船舶轴系组成以及设计主要任务要点
第二章 船舶轴系布置及设计
缺点
• 机构比较复杂，整个装 置制造、安装及维修保养 困难，造价高； • 桨毂尺寸较大，在设计 工 况下效率比定距桨低
可调螺距螺旋桨（调距桨）装置
电力传动推进装置
电力传动是主机驱动主发电机发电，然后网，再由电网供电给电动机驱动螺旋 桨的一种传动型式。主机和螺旋桨间没有机械联系，机、桨可任意距离布置。
轴系设计流程
轴系环境与条件： 船体型线、主机参数、螺旋桨参数、 船体结构、主机位置、螺旋桨位置、 尾管、轴支架位置、密封型式等 轴系布置草图
有问题
轴径、轴材料 通过
扭振计算 纵振计算
有问题
轴承间距及负荷 尾轴尾管总图 轴系布置图 各部详图
通过
教中计算 回旋振动计算
轴系种类及设计要点
轴系应保证在船舶横倾15°、横摇22.5°、纵倾 5°、纵摇10°时以及上述几种情况同时发生时能 可靠的运行。 *轴系一般有单轴系和双轴系 单轴系
轴系种类及设计要点
双轴系 – 轴承间距与轴径比l/d较大时，特别要注意回旋 振动； – 注意轴线与基线及纵中心线的夹角，从而考虑 推进分量和主机的允许倾斜度； – 螺旋桨轴大部分在船体外，应注意防腐蚀。
轴系种类及设计要点
调距桨轴系 – 由于轴不仅承受螺旋桨的推力，还要承受调距推进杆(如用 推进杆调距时)的轴向力，所以轴系各部分尺寸均需考虑该 力的作用； – 由于调距桨在系泊时能发挥主机全功率, 系泊推力大,因此， 推力轴承及其他有关轴系部件均需考虑系泊推力的作用； – 配油器位置应尽量靠近尾舱(对使用推拉杆调距时)，推拉杆 最长不应大于20m； – 在相同的功率和转速下, 调距桨比定距桨重,所以对尾管后轴 承的受力应予仔细考虑
1、大、中型货船（散货船、油船、集装箱船）的要求：安 全可靠，运行经济性高。 配置方案：低速机+定距桨 2、中小型货船，特别是中小型集装箱船的要求：除安全可 靠经济性高外，考虑主机高度、船上运装更多的集装箱。 配置方案：中速机+减速箱+定距桨 3、客船（车客渡船、调查船等）的要求：安全性、操纵性、 设置双桨。 配置方案：中速机*2+定距桨 4、政务船（渔政船、海监船）的要求：具有尖峰负荷的功 能。 配置方案：中速机*2+调距桨
轴系布置设计
⒉轴线及轴定于 两个端点。前端点为主机（或推进机组） 的输出法兰中心，后端点为螺旋桨的桨毂 中心。 在轴线总长度确定之后，统筹考虑船体尾 部线型和结构、隔舱壁位置、各轴承负荷 情况、工厂的加工能力以及轴系在机舱内 的装拆要求等因素，决定螺旋桨轴、中间 轴等传动轴的配置及各轴段长度。
⑵中间轴承最大间距：lmax=7785 (mm) 缘由：加大轴承间距可以减小轴承的附加负 荷，但轴承间距要受到下列因素的限制： ①轴系临界转速的限制。轴承跨距过大，易 产生轴系的回转振动和横向振动。 ②比压和挠度的限制。增大轴承跨距，减少 轴承数量，使轴承比压增加，挠度增加，同 时造成轴承负荷的不均匀性。 ③工艺条件的限制。增大轴承跨距给轴系的 制造和安装带来困难。
课堂小结
轴系布置设计是船舶轮机设计的重点； 轴系布置不是孤立的环节，它与船舶总体布置设 计，船体结构设计，主机、螺旋桨等密切相关， 甚至与轴系零部件也有一定关系；同时，轴系布 置也会考虑一些工艺方面的因素，在后续学习中 会谈到 作业： 说明中间轴承布置时应该考虑哪些问题。 轮机中心的那条船，试述其推进装置和轴系的设 置情况，要求绘草图。
⑴轴承应安装在船体结构较强、变形相对较 小的部位。 ⑵中间轴承多安装在靠近法兰处。
连接法兰 中间轴 L L/3-L/4 中间轴承
⒋轴承负荷
⑴轴承负荷的大小用轴承比压p表示 P=R/DL （N/mm² ） 式中：R—轴承负荷，N； D—轴颈直径，m； L—轴承长度，m。
⑵各轴承的比压在许用范围之内，并力求使各轴承 的负荷均匀。 如轴承负荷过重，超过了许用比压，将导致轴承迅 速磨损、发热及其他事故。遇到这种情况，不能轻 易用加大轴承长度的方法来降低比压，一般可采用 减小轴承间距、降低轴承高度的方法。 轴承负荷过小，甚至出现零值或负值，也是不允许 的，这不仅影响轴承的正常工作，而且造成邻近轴 承负荷过重。这是因为当轴承负荷为零值或负值时， 轴段与下轴瓦脱离，这样，一方面使计算的负荷与 实际不符，另一方面影响横向振动的频率的计算， 设计者应加大轴承间距，甚至取消一道轴承，以改 变受力情况，也可以降低或升高其高度。 《钢质海船建造与入级规范》规定：每个轴承应为 正压力，且应不小于相邻两跨轴重量的20％。
船舶推进轴系设计要点解析
第19卷 第11期 中 国 水 运 Vol.19 No.11 2019年 11月 China Water Transport November 2019收稿日期：2019-07-29作者简介：虞 凯，舟山兴舸船舶设计有限公司。
船舶推进轴系设计要点解析虞 凯，李永顺（舟山兴舸船舶设计有限公司，浙江 舟山 316000）摘 要：本文主要介绍船舶轴系设计的步骤和要点，按实际要求并根据船舶类型、营运水域合理设计轴系。
关键词：轴系；设计；条件；要求；计算中图分类号：U662 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2019）11-0078-03船舶推进轴系作为独立的系统，结构外形较为简单，但作用十分重大，其设计的合不合理直接影响到船舶的安全性能和运行成本。
船舶轴系主要由传动轴（推力轴、中间轴、螺旋桨轴等）传动设备（主机、联轴器、齿轮箱等）、支撑部件（推力轴承、中间轴承、尾管轴承等）、尾密封装置以及其它附件等组成。
轴系的基本作用：主要是连接主机和螺旋桨，并将主机产生的功率通过轴传递给螺旋桨，螺旋桨旋转后产生轴向推力通过轴系传给推力轴承，再由推力轴承传递于船体。
因此，螺旋桨能否正常高效的运转，主要取决于轴系工作的稳定性。
在设计前期轴系材质、强度、结构等需综合合理的考虑，以便船舶性能达到最佳状态。
一、轴系布置设计流程根据船舶类型、用途、吨位、航速；再按船舶主机的功率、转速以及相匹配离合器的传递能力。
确定轴线及轴段的配置；再以轴的长度来决定中间轴承位置、数量和间距等，绘制轴系布置图；在确定完主机和齿轮箱后，根据《规范》计算确定螺旋桨轴、中间轴基本轴径。
且轴的主要尺寸和轴的冷却方式初步确定的前提下，即可进行轴系的强度校核。
然后进行轴系部件结构设计及选型；最后绘制轴系布置图、艉轴尾管总图、螺旋桨轴图、中间轴图、可拆联轴器及有关部件图纸。
船舶轴系必需进行扭振计算，且轴径大于250mm 时需要合理校中计算。
二、轴系设计考虑的条件船体线型、主机参数、齿轮箱参数、螺旋桨参数、船体结构、主机位置、螺旋桨位置、尾轴尾管、尾柱／轴承支架位置、润滑和密封型式等。
(完整版)船舶动力装置轴系设计计算
轴系强度计算在推进装置中，从主机（机组）的输出法兰到推进器之间以传动轴为主的整套设备称为轴系。
轴系的基本任务是：连接主机（机组）与螺旋桨，将主机发出的功率传递给螺旋桨，同时又将螺旋桨所产生的推力通过推力轴承传给船体，以实现推进船舶的使命。
当机舱位置确定，主机布置好后，即可考虑轴系设计和布置。
4.1轴系的布置4.1.1 传动轴的组成和基本轴径传动轴一般由螺旋桨轴(尾轴)、中间轴和推力轴，以及将它们相连接的联轴器所组成。
本船因其推力轴承已放置在减速齿轮箱中，所以不设推力轴。
而且本船螺旋桨轴不分段制造，最后本船传动轴组成设计成1根中间轴和1根螺旋桨轴。
轴的基本直径d(mm)应不小于按下式计算的值（考虑到标准化的要求，各轴轴径一般取不小于计算值的整数）d=(4.1)100=100=191.88C mmC=1.0——中间轴的直轴部分，d=mm，取200mm作为设计尺寸。
191.88C=1.27——对于油润滑的且具有认可型油封装置的，或装有连续轴套（或轴承之间包有适当保护层）的具有键的螺旋桨轴d=⨯=243.69mm，设计时取250mm。
191.88 1.27C=1.05——尾尖舱隔舱壁前的尾轴或螺旋桨轴的直径可按圆锥减小，但在联轴器法兰处的最小直径应不小于C=1.05计算所得的值。
d=⨯=201.47mm，即螺旋桨轴在联轴器法兰处的最小191.88 1.05直径应不小于201.47mm。
4.1.2 轴系布置的要求传动轴位于水线以下，工作条件比较恶劣，在其运转时，还将受到螺旋桨所产生的阻力矩和推力的作用，使传动轴产生扭转应力和压缩应力；轴系本身重量使其产生的弯曲应力；轴系的安装误差、船体变形、轴系振动以及螺旋桨的水动力等所产生的附加应力等。
上述诸力和力矩，往往还是周期变化的，在某些时候表现更为突出，例如船舶在紧急停车、颠繁倒车或转弯，或是在大风大浪中受到剧烈纵摇或横摇时，使传动轴所受负荷更大，有时甚至使它产生发热或损坏。
6-轴系
二、 轴系元件的选型与设计
2.1 传动轴的设计
2.1.1 结构设计与轴径估算 1. 轴结构设计
由于工作环境不同，尾轴、中间轴和推力轴的 结构略有不同。 尾轴：其表面有防止海水腐蚀的结构如：包覆玻璃钢， 轴承部位的轴干上镶有青铜轴套，防腐层与轴套的 连接处有可靠的密封连接，舰艇尾轴通常有2~3个轴 承，镶套的轴套多达2～4个，为了便于安装轴套， 轴径设计成阶梯形。尾轴的长度9～20米不等，因船 而异。尾轴过长一般分为两段：螺旋桨轴和尾轴， 中间用防腐的液压联轴节连接。
3
Nb n [ ]
Nb －轴传递的最大功率（kW）；
n －最大功率时的转速（rpm）；
A －系数，对于涡轮机、电力推进舰船A＝49； 对于轴系中设有液力或电磁离合器的柴油机推进的舰船或缸数不少于12 的柴油机推进的高速艇A＝54； 对于其他柴油机推进A＝60
[τ]=轴材料的系数，按以下公式计算：
－－其他型式的推进装置，附加扭矩为最大功率扭矩的20％
5）弯曲应力 （1）重力弯矩
艉拖架轴承支点处的重力弯矩MG0，是由螺旋桨和该支点后轴段及螺旋桨固 定螺母等的悬臂重量引起的。
轴系上其余各点的重力弯矩MGi应根据轴系校中分析计算选取各种使用状态 下的最大弯矩值。在初步设计时没有轴系校中结果的情况下，可以根据直线 校中按连续梁求取各支点的重力弯矩。
（2）推力轴的直径dt
推力轴在推力环处的直径应比中间轴直径增加12％， 而其余部分的直径可以减少的与中间轴直径相等。
（3）尾轴的直径dw
不与海水接触的尾轴直径应比中间轴直径计算值增加 12％，与海水接触的则应增加21％ 。
（4）螺旋桨轴的直径dL dL＝1.13dz+K2Dp dL：螺旋桨轴的直径 Dp：螺旋桨的直径 K2：系数，轴不与海水接触时取0.007;与海水接触时取0.01 （5）空心轴直径修正 当m>0.4 时， 1 '
第2节 船舶轴系的组成课件
构复杂化，如安装不好，易使各轴承受力不均 对于较短的尾轴也可以只用一道尾轴承
第一章船舶轴系及传动装置设计
第2节船舶轴系的组成、特点及布置
➢轴系的布置设计:
➢尾轴承的数目和间距
第一章船舶轴系及传动装置设计
第2节船舶轴系的组成、特点及布置
➢轴系的布置设计:
➢设计的大体思路: 在布置时首先要充分了解船舶总体、线形、肋距、结构等方 面的有关图纸，认真考虑轴系装卸运输路线、顺序、起重设 备与工具。高度重视调距桨的轴系，双轴线桨轴较长的轴系 布置、辅助设备的配合与安装工艺等。
第一章船舶轴系及传动装置设计
附近) 轴承间距过小—附加负荷越大 轴承间距过大—①安装困难，②轴的挠度过大，造成轴承 负荷不均匀，③轴的固有频率降低，容易造成在轴系的工 作转速范围内出现临界转速
第一章船舶轴系及传动装置设计
第2节船舶轴系的组成、特点及布置
➢轴系的布置设计:
➢中间轴承的位置与间距
对于一般轴径，轴承跨距可参考以下公式估算： 俄罗斯尼古拉也夫推荐公式
旋桨的不均匀水动力作用等产生附加应力 风浪天，螺旋桨上下运动的惯性力，使尾轴产生额外的周期变化的弯
曲应力和力矩 轴系在工作中，轴颈与轴承发生摩擦，当用海水做尾轴承润滑剂时，
尾轴管和轴颈还要受到腐蚀作用
第一章船舶轴系及传动装置设计
第2节船舶轴系的组成、特点及布置
➢传动轴系的组成、作用和工作条件:
➢轴系的设计要求：
传递设备—主要有联轴器、减速器、离合器等 轴系附件—主要是润滑、冷却、密封设备等
第一章船舶轴系及传动装置设计
第二章 船舶轴系的组成和设计
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当轴线出现倾角a和偏角 时 当轴线出现倾角 和偏角b时，将使螺旋桨 和偏角 的推力受到损失，其有效推力： 的推力受到损失，其有效推力： T效=T桨cosa cosb 式中： 螺旋桨的推力； 式中： T桨—螺旋桨的推力； 螺旋桨的推力 T效—螺旋桨的有效推力。 螺旋桨的有效推力。 螺旋桨的有效推力 为了保证足够的螺旋桨有效推力， 为了保证足够的螺旋桨有效推力，必须对倾 角 a和偏角 加以控制，一般将倾角控制在0~5°， 和偏角b加以控制，一般将倾角控制在 ° 和偏角 加以控制 偏角控制在0~3°。 偏角控制在 °
船舶与海洋工程专业
船舶动力装置
授课人： 授课人：李德堂
第二章、 第二章、船舶轴系的组成和设计
基本内容
1、轴系的任务、组成与设计要求 、轴系的任务、 2、轴系的布置设计 、 3、传动轴的规范计算及强度校核 、 4、传动轴的结构设计 、 5、中间轴承与推力轴承 、 6、尾轴管装置 、
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二、螺旋桨轴和尾轴 （1）轴干和轴颈 ） （2）椎体与螺纹部分 ） 锥度K、椎体尺寸、尾螺纹部分的尺寸、 锥度 、椎体尺寸、尾螺纹部分的尺寸、 键的主要尺寸。 键的主要尺寸。 （3）轴套 ） （4）轴干的保护层 ） （5）螺旋桨和螺旋桨联轴器联接形式 ） 常见的联接形式主要有三种：机械联接、 常见的联接形式主要有三种：机械联接、 液压无键联接、环氧树脂粘接。 液压无键联接、环氧树脂粘接。
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三、轴系的工作条件及设计要求 轴系工作条件十分恶劣，设计时除满足布置上的要求外， 轴系工作条件十分恶劣，设计时除满足布置上的要求外，尚 有以下设计要求： 有以下设计要求： 1、有足够的强度和刚度，工作可靠并有较长的使用寿命； 、有足够的强度和刚度，工作可靠并有较长的使用寿命； 2、有利于制造和安装，在满足工作需要的基础上，力求简 、有利于制造和安装，在满足工作需要的基础上， 使制造与安装方便并便于日常的维护保养； 化，使制造与安装方便并便于日常的维护保养； 3、传动损失小、合理选择轴承种类、数目及润滑方法； 、传动损失小、合理选择轴承种类、数目及润滑方法； 4、对船体变形的适应性好，力求避免在正常航行状态下因船 、对船体变形的适应性好， 体变形引起轴承超负荷。 体变形引起轴承超负荷。 5、保证在规定的运行转速范围内不发生扭转、横向和耦合共 、保证在规定的运行转速范围内不发生扭转、 振； 6、避免海水对尾轴的腐蚀，尾管装置具有良好的密封性能； 、避免海水对尾轴的腐蚀，尾管装置具有良好的密封性能； 7、尽可能减小轴的长度和减轻轴的重量。 、尽可能减小轴的长度和减轻轴的重量。
典型商船的轴系布置与结构设计
典型商船的軸系佈置與結構設計摘要：文中主要介紹了商船軸系結構設計與佈置，安裝時應注意的問題目錄：1 軸系的任務,組成，與設計要求2 軸系的種類3 軸系工作條件及故障4 軸系佈置設計流程5 軸線的確定及數目6軸線及軸線長度的確定7 軸承的設置，間距和位置8 軸承負荷及負荷計算中支點位置的確定9 軸承的比壓許用範圍引言：船舶軸系的佈置與設計在船舶建造過程中是一個非常重要的環節，此設計的任務是使讀者獲得必要的專業入門知識，增加對商船軸系佈置與結構設計的瞭解和興趣。
開拓視野，拓展相關專業知識，以有利於學好本專業的其他課程和將來的工作。
本設計系統的介紹了商船軸系的工作原理，性能特點，典型結構，裝調要修要點等。
全文共分為10章，重點詳細介紹了軸系的佈置與結構設計。
由於本人水準有限，加之時間倉促，文中謬誤和不足之處懇請老師及讀者批評指正，以期日後改正。
1軸系的任務，組成與設計要求：軸系的任務：船舶軸系是船舶動力裝置中的重要組成部分，承擔著將主機發出的功率傳遞給螺旋槳。
在講螺旋槳產生的軸向推力傳遞給船體實現推船航行的目的。
船舶軸系的結構較為簡單。
但作用十分重大，維護管理好軸系，對保證船舶的安全航行至關重要。
軸系的組成：船舶軸系是主機輸出端法蘭起至艉軸為止，連接主機和螺旋槳。
對於直接傳動的推進系統，包括傳遞功率的傳動軸等零部件，主要有：推力軸和推力軸承，中間軸和中間軸承，尾軸承以及其他附件等；對於間接傳動的推進系統，除有上述傳動軸和軸承外，還有離合器，彈性聯軸器和減速齒輪箱等部件。
2軸系的種類單軸系：單軸系軸線佈置於船體的中縱剖面上，並平行於船體基線。
單軸系的長度主要由中間軸數目來定，而中間軸的數目則取決於機艙的位置。
中機艙的中間軸數量多軸系長。
凡具有兩節或兩節以上中間軸的軸系稱為長軸系；尾機艙的中間軸數量少，甚至沒有中間軸，軸系較短。
凡具有一節中間軸或無中間軸的軸系稱為短軸系。
軸系短不僅便於船艙佈置，節省船舶建造費用，而且便於維護管理。