高强度液压螺栓在船舶传动轴系上的应用
液压传动和液压控制在船舶动力系统的应用
液压传动和液压控制在船舶动力系统的应用石 君(上海中侨职业技术学院，上海 201319)摘要: 动力系统是船舶的心脏，经济全球化带来了商品物流量的增加，使海上航运船舶的吨位大幅增加，人们对船舶动力系统的性能要求越来越高，尤其是动力系统的机动性、可靠性和控制精度等方面。
液压传动和液压控制技术具有精度高、柔性强等优点，被广泛应用于各种工业传动和控制领域。
本文针对传统船舶动力系统存在的缺点，充分结合伺服液压传动和控制技术，对船舶动力系统的液压回路和控制策略进行研究，使船舶动力系统能够满足现代船舶工业的实际要求。
关键词：船舶动力系统；液压传动；液压控制；可靠性中图分类号：U664.2 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7649(2017)10A – 0061 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2017.10A.021Application of hydraulic transmission and hydraulic control in marine power systemSHI Jun(Shanghai Zhongqiao College, Shanghai 201319)Abstract: The power system is the heart of the ship, the economic globalization has brought to increase the flow of goods, the shipping tonnage increased demands to the ship power system is more and more high, especially in the aspect of power system flexibility, reliability and control accuracy etc.. Hydraulic transmission and hydraulic control technology have the advantages of high precision, flexibility and so on. They are widely used in various fields of industrial transmission and control. The traditional ship power system faults, fully integrated servo hydraulic transmission and control technology, hy-draulic circuit and control strategy of marine power system was studied, the marine power system can meet the practical re-quirements of modern shipbuilding industry.Key words: marine power system；hydraulic drive；hydraulic control；reliability0 引 言随着世界范围内商品物流量的增加，海上航运船舶的吨位和承载量大幅增加，对航运船舶动力系统的可操作性、稳定性、机动性等性能的要求也越来越高。
液压装置原理在船上的应用
液压装置原理在船上的应用1. 引言液压装置是一种利用液体传递能量的工作原理，在船舶工程中具有广泛的应用。
通过利用液体的不可压缩性和传递力的特性，液压装置可以实现各种船舶工作过程中的动力传递、控制和操作。
本文将介绍液压装置在船上的原理和应用。
2. 液压装置原理液压装置的工作原理是基于液体的不可压缩性。
液压装置将液体从一个位置传输到另一个位置，实现力的传递和动力的控制。
主要包括以下几个基本组成部件：2.1 液体媒介液压装置中使用的液体通常是油，具有良好的润滑性和密封性能。
油液通过泵送、输送和控制来传递力和实现机械的工作。
2.2 液压泵液压泵是液压装置的动力源，通过机械能将液体压缩并推送到系统中。
液压泵可以分为齿轮泵、叶片泵和柱塞泵等类型，根据具体应用的需要选择合适的泵。
2.3 液压缸液压缸是液压装置中的执行部件，通过液体的压力将机械能转化为力，推动船舶各个部件的运动。
液压缸通常由缸筒、活塞和密封件组成。
2.4 液压阀液压阀是液压装置中的控制部件，用于控制液体的流向、流量和压力。
常见的液压阀有换向阀、节流阀、溢流阀等，通过控制液压阀的开关和调节来实现对液压装置的控制。
3. 液压装置在船上的应用液压装置在船舶工程中有广泛应用，涵盖了船舶各个系统和设备的动力传输、控制和操作。
以下是液压装置在船上常见的应用场景：3.1 舵机系统舵机系统是船舶控制系统中的重要组成部分，通过液压装置实现舵盘的转动。
液压装置通过液压泵提供动力，推动液压缸来转动舵盘，从而控制船舶的方向。
3.2 起重设备在船舶的起重设备中，液压装置被广泛应用于起重机、绞车和船舶各个舱口的开闭装置。
液压装置提供了强大的力量和精确的控制，能够满足各种起重操作的需求。
3.3 舱门系统在船舶的舱门系统中，液压装置用于控制舱门的开启和关闭。
通过控制液压阀和液压缸的工作，舱门可以快速、平稳地打开或关闭，确保船舶的密封性和安全性。
3.4 自动控制系统液压装置在船舶的自动控制系统中起着关键作用。
舰船轴系用高强度液压紧配螺栓研究的技术进展
维普资讯
第 ２卷 第 ２期 ２０ ０ ７年 ４月
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舰船轴 系用高强度液压紧配螺栓研究 的技术进 展
黄冰阳 陈 奇
（ 哈尔滨 工程 大学轮 机工 程 系 ， 黑龙 江 哈 尔 滨 １０ ０ ） ５ ０ １
成 。它利用 过盈 紧配合 的轴 向力使 得法兰 面产 生 摩擦 力传力 ， 以其 扭 矩 的 传递 是 通 过 两 方 面来 所 实现 的 ， 一是 依 靠螺 栓 在 螺孔 中 的膨胀 所 产 生 的
超强液压连轴器
超强液压连轴器The optimum connection for shafts and axles 最佳的轴系连接方式Powerful - Play-free - Unique 强大－无磨损－独一无二SCHAAF公司自1954年以来致力于研发并生产高压液压工具，在船舶制造，船用柴油引擎制造，近海远洋工程拥有多年的经验。
GripLoc超强液压联轴器是其拳头产品，被广泛应用于大型船舶螺旋桨推进轴系的联接。
船舶的螺旋桨推进轴系中，艉轴与中间轴的连接主要有两种方式：一种是传统的法兰螺栓连接，另一种是液压联轴器连接。
而按照船级社的规范要求，大型商船每隔5年需要将艉轴从机舱抽出，以便检查艉轴密封情况，防止因密封失效而导致海水进入机舱。
传统法兰螺栓连接的缺陷使用传统的法兰螺栓连接方式，会带来以下令人困扰的问题：∙安装困难-在传统的安装工艺中，需要用极低温(-198 ℃) 的液态氮冷却螺栓，令螺栓的直径缩小以便可穿进螺孔。
这样的安装方式需要快速地进行，时间的拿捏需要很精准，从而增加了造船厂或修船厂的安装难度。
而液态氮也可能会引起冻伤并导致其它的危险。
∙拆卸困难-由于螺栓与螺孔之间配合紧密，很容易发生卡涩和咬死，所以，分解法兰不得不花费很长时间，甚至需要强行破坏螺栓后才得以完成。
很多的情况下，修船厂为了取出法兰螺孔内的螺栓，经常需要使用大铁锤、锯子、氧乙炔割具、千斤顶、钻床等辅助工具进行强行拆卸，这种情形下，很容易拉毛螺栓，同时也给法兰螺孔带来不可逆的损伤，因此检修时需要耗费大量时间重新铰孔，这会进一步放大了螺栓与螺孔的间隙，而间隙的放大，必然会影响整个轴系的对中精度，并由此可能引起轴系的强烈振动，造成轴系元件如轴承、齿轮箱及主机的损坏，为船东带来沉重的经济损失，也为日后船舶的运行埋下安全隐患。
∙坞内周期延长- 螺栓拆卸的困难，造成拆轴、抽轴的困难，直接导致检修时的坞内周期延长，为船东带来不菲的船坞租金额外支出；检修周期延长，导致船舶未能及时恢复运营，也为船东造成重大经济损失；∙带来巨大的额外工作量- 拆出艉轴时，需要先将中间轴及其支撑轴承体拆下并吊离原位，以腾出空间，再将艉轴抽入机舱，这不仅要求机舱的空间足够大，而且为修船厂带来了巨大的额外工作量。
高强螺栓用途
高强螺栓用途高强螺栓是一种具有高强度和高耐久性的紧固件，广泛应用于各种工程领域。
其用途主要包括以下几个方面。
首先，高强螺栓常用于建筑领域。
在建筑结构中，高强螺栓可用于固定钢构件，如钢梁、钢柱等。
由于高强螺栓具有较高的抗拉强度和抗剪强度，能够承受大的载荷和外力，可确保结构的稳定性和安全性。
其次，高强螺栓常用于桥梁建设。
桥梁是承受车辆和行人重量的重要工程，需要使用具有高强度和高耐久性的紧固件来连接和固定各个构件。
高强螺栓能够在桥梁的施工和运营过程中承受巨大的载荷和振动，确保桥梁的稳定性和安全性。
此外，高强螺栓还常用于机械制造行业。
在机械设备的制造过程中，各个零部件需要通过紧固件进行连接和固定。
高强螺栓由于具有较高的抗拉强度和抗剪强度，能够在机械设备的工作过程中承受大的压力和摩擦力，确保设备的功能正常运行。
另外，高强螺栓还常用于汽车制造行业。
在汽车制造过程中，高强螺栓被广泛用于固定车身构件、发动机部件等。
由于汽车在行驶过程中承受着各种外界力的作用，需要使用高强度的螺栓来确保车身的稳定性，提升汽车的安全性能。
此外，高强螺栓还广泛应用于航空航天和能源领域。
在航空航天领域，高强螺栓用于连接和固定各种航空器部件，如飞机机翼、发动机等。
在能源领域，高强螺栓常用于固定和连接各种设备，如风力发电机组、太阳能板等。
这些应用场景对螺栓的强度和耐久性要求很高，需要使用高强螺栓来确保设备的可靠性和安全性。
综上所述，高强螺栓在建筑、桥梁、机械制造、汽车制造、航空航天和能源等领域都有广泛的应用。
其具有高强度、高耐久性和稳定性等特点，能够承受大的载荷和外力，确保工程的稳定性和安全性。
随着技术的不断发展和进步，高强螺栓的应用范围将进一步扩大，并且在设计和制造中将更加注重螺栓的材质和性能，以提高工程的质量和可靠性。
SCHAAF萨尔福液压螺栓液压膨胀螺栓
ExpaTen –超强液压膨胀夹紧螺栓The ideal connecting boltFree from backlash – Powerful – ReusableExpaTen最佳的螺栓连接方案完全消除侧隙 - 超强夹紧力 - 可重复使用ExpaTenExpa = 径向膨胀= 100% 绝对锁紧在法兰的螺栓孔里Ten = 轴向拉伸 =结合处的摩擦连接ExpaTen带锥度的螺栓由高强度调质钢制成，可吸收径向剪切力以及轴向锁紧力保证多年后能重复被使用. 总能确保无磨损当带锥度的螺栓被预拉伸与锥套发生粘合时，定位环用来支撑锥套，使其保持在原位，使得轴套径向扩张（expansion），与法兰孔产生过盈配合。
SCHAAF 螺栓拉伸器(SSV系列)可以生成最高达4000巴的液压压力两只圆螺母以及锥套由具有最大疲劳强度的超高强度钢制成锥套由具有较高塑性的高强度钢制成可传递最大的剪切力优点与传统的螺栓比较，ExpaTen螺栓利用径向膨胀及轴向拉伸原理， 具有以下明显的优点：装配后100%绝对锁紧以及摩擦连接，法兰之间无相对滑动即使经过多年的使用，ExpaTen螺栓依然可以简单快速地被安装或拆除 – 次数不限拆卸后仍可再次使用，所以无需采购备用螺栓即使速度，扭矩或者方向发生突然改变的情况下，液压螺栓完全可以保证连接的刚性，避免变形不会出现螺栓卡死或螺栓尺寸大小不合适的现象能传递强大的扭矩，完全消除元件间的侧隙数量较少的螺栓即可传递强大的转矩，最大限度减少法兰尺寸在最小空间尺寸内可传输最大扭矩和剪切力安装间隙为钻孔直径的0.05%到0.2%简单加工螺栓孔即可可以用相同的SSV拧紧其他标准螺栓应用领域SCHAAF ExpaTen液压膨胀夹紧螺栓被广泛应用于既需要传递强大转矩或扭矩，同时又能保证日后可方便被拆除的场合。
例如船舶螺旋桨传动轴系，发电站，压碎机，钢厂和非金属制造以及风力发电装置ExpaTen 2理想的法兰连接方案，用于法兰螺栓孔不同心或者直径不相等的情况软件用于计算旋转角度和装配工艺，包括文档记录。
船舶轴系校中的原理及方法分析
船舶轴系校中的原理及方法分析【摘要】船舶轴系是船舶动力装置的重要组成部分之一。
本论文对影响轴系校中质量有关发面进行了分析，同时介绍了轴系校中的一些方法。
最后以水下轴系校中为例，从中提出轴系校中工艺方面的意见，确保整个轴系在安装过程中，尽可能接近轴系校中计算书所计算出的状态。
【关键词】船舶；轴系；校中；安装；工艺1.影响船舶轴系校中质量优劣的因素主要有1.1传动轴的加工精度传动轴（包括艉轴、中间轴、推力轴）是组成轴系的主要部件，在加工制造时必须按照规定的精度要求进行加工。
若加工误差过大，传动轴对轴系校中的质量会造成不良的影响。
1.2轴系的安装弯曲在安装轴系时，为获得良好的校中质量，往往将轴系按一定的弯曲状态敷设，也就是轴系的安装弯曲。
但，当轴系存在安装弯曲时，在各支承轴承上就会造成附加负荷，该附加负荷的大小及方向由轴系的弯曲度及方向所决定。
1.3船体变形船体在安装轴系范围内发生变形则会造成安装在其上的轴系随之发生弯曲。
轴系的这种弯曲是附加的，且往往使难以控制。
1.4轴法兰端的下垂各轴端因自重或其他载荷的作用而引起轴系的下垂，以至造成主机和基座高度的改变，或重镗尾轴管。
影响轴系校中质量的因素，除上述几种之外，还包括轴系的结构设计、尾轴管轴承中的油膜、海水或润滑油压力的影响，螺旋桨水动力不平衡力矩及推力中心偏心所形成力矩的影响，减速齿轮箱运转时温升的影响等。
在研究轴系校中质量时，这些因素均应予以考虑或研究。
2.船舶轴系校中指导2.1轴系校中方法轴系校中的方法一般有三种：平轴法、负荷法、合理校中法。
修船从前向后，造船从后向前，平轴法用于中小型船舶，对于螺旋桨>300mm的船舶，我国船级社要求按合理校中法校中。
轴系合理校中是通过校中计算确定各轴承的合理变位，使支撑螺旋桨的艉管后轴承的负荷减为最小；把轴承的负荷限制在某个最大与最小值间的范围内；把轴的弯曲应力也限制在允许值内；使施加到柴油机输出法兰的弯矩与剪力在允许范围内等。
液压技术在船舶行业的应用
液压技术在船舶行业的应用摘要目前，液压传动技术在船舶上的应用日益广泛，如舵机、起货机、锚机、绞缆机、吊艇机、旋梯升降机、舱盖板启闭装置等船舶甲板机械多采用液压系统作为动力源或推进装置，而传统的气动、蒸汽甲板机械已逐渐淘汰。
水代替矿物油作用作为工作介质这一绿色液压技术成为当今国际流体动力领域的前沿热点研究方向之一。
文章介绍了液压系统的发展历史以及其趋势。
通过对液压技术的分析，阐明了其在船舶行业应用的前景、难点以及关键技术。
最后，本文展望了液压技术在船舶上的发展趋势。
关键词液压技术；船舶行业；优点；难点与关键技术；前景正文一、引言液压技术是使用处理后的淡水或海水代替矿物油作为工作介质的绿色液压技术。
因水工作介质无污染、成本低、阻燃性、安全性好，其系统动态特性好、温升小，液压技术在一些应用场合具有油压技术无法比拟的优势。
但水的粘度低、润滑性差、腐蚀性强、饱和蒸汽压高等性质也给液压系统的研制带来一系列难以解决的关键技术难题，限制了其进一步发展和应用。
现代液压技术是基于帕斯卡原理，根据水压传动技术发展、完善起来的。
英国人Jeseph Brama （1749～1814）研制的水压机是世界上第一台根据帕斯卡原理研制的水压机。
19 世纪后半叶，由W. G. Arm strong 研发的利用水为介质的液压机械和元件，开始主要用于船舶起重机和锚机上。
在17 世纪末到20世纪初这100多年里，液压传动的介质一直是水[1]。
但是20世纪伴随着石油化工行业的蓬勃发展以及水液压固有的缺点（易泄露，易腐蚀金属元件，液压元件制造和维护成本高等），液压技术逐渐开始往油压发展。
到了20 世纪60～70 年代，液压技术快速发展并日益完善，如今进入到稳定成熟的发展时期。
然而伴随着时代发展的要求不断提高，液压油易燃烧和污染环境两大严重问题日益困扰着液压行业的发展，尤其对船舶行业带来很大的冲击。
鉴于现代液压技术中多以矿物油作为介质，其在高温下极易燃烧。
船舶齿轮传动轴的强度与疲劳寿命分析
船舶齿轮传动轴的强度与疲劳寿命分析随着航运业的迅猛发展，船舶作为运输和贸易的重要工具，对于其性能和可靠性的要求也越来越高。
船舶齿轮传动轴作为船舶主要的动力传动组件之一，其强度和疲劳寿命的分析对于确保船舶的正常运行，提高其可靠性和安全性至关重要。
本文将详细分析船舶齿轮传动轴的强度与疲劳寿命，并探讨其对船舶性能和可靠性的影响。
首先，船舶齿轮传动轴的强度分析是确保传动轴能够承受正常工作负荷的基础。
传动轴的强度取决于多个因素，包括材料的力学性质、几何形状、载荷、制造工艺等。
在进行强度分析时，需要以材料的强度特性为基础，通过应力和应变的计算来评估传动轴的强度是否满足要求。
同时还需要考虑静载荷、动载荷以及冲击负荷等因素对传动轴的影响，以确保传动轴在各种工作条件下均能正常运行，并具备足够的安全边际。
其次，疲劳寿命分析是评估传动轴在长期疲劳加载下的使用寿命。
由于船舶齿轮传动轴在实际工作中会受到交变载荷的作用，这些交变载荷会引起传动轴的应力变化从而导致疲劳损伤。
因此，准确评估传动轴的疲劳寿命对于预测其使用寿命和维修计划至关重要。
疲劳寿命分析通常采用SN曲线和Wöhler曲线等方法，通过收集并分析实验数据，建立合适的数学模型来预测传动轴的疲劳寿命。
在船舶齿轮传动轴的强度与疲劳寿命分析中，还需要考虑轴向载荷对传动轴的影响。
船舶作为传输货物和人员的工具，其运输过程中往往会存在轴向载荷，例如船舶的加速度、减速度等。
这些轴向载荷会增加传动轴的应力，从而影响其强度和疲劳寿命。
因此，在进行强度与疲劳寿命分析时，需要综合考虑轴向载荷对传动轴的影响，并根据实际工作情况进行合理的载荷计算和分析。
最后，对于船舶齿轮传动轴的强度与疲劳寿命分析，无论是在设计阶段还是在实际运行中，都需要密切关注相关的国际标准和规范。
船舶的设计和制造通常需要符合国际海事组织（IMO）和国家海事局等相关机构颁布的规定和标准，以确保船舶的安全性和可靠性。
船舶轴系校中工艺
船舶轴系校中工艺船舶轴系校中工艺轴系是船舶的重要组成部分，在船舶建造过程中，轴系校中的好坏是极为重要的。
船舶轴系校中的质量好坏，关系到船舶能否长期正常的运转以及船舶的安全航行和船员的生命安全。
尤其在当前，随着建造大型船舶的出现，对船舶轴系合理校中的研究和应用，成为当前船舶建造过程中迫切需要解决的重要课题之一。
目前，国内多数船厂都采用液压千斤顶和偏移、曲折值进行校中质量检测，一般轴系校中的计算书都提供这方面的安装后的检测数据。
这种方法设备简单、精度较高，适用于测量附近能布置千斤顶的轴承负荷。
在已有的理论基础上，结合笔者多年船厂工作经验，总结顶举法在船厂主机安装校中工艺中的一些应用，讨论了轴系校中的安装方法，并将合理校中应用于生产实际，采用“曲折偏移法”和“负荷法”进行轴系安装，通过千斤顶顶举系数法检验轴系对中状态。
大型船舶轴系主要由螺旋桨、艉轴、艉轴承、中间轴、中间轴承及主机等组成。
艉轴、中间轴，及主机曲轴之间都用法兰联轴器连成一体。
螺旋桨推力通过主机推力轴承和主机座传到船体。
推力轴承安装在曲轴末端，随主机共同制造。
1.艉轴艇轴位于轴系最末端，穿过艇轴管轴承和螺旋桨相连，前端连中间轴。
由于艉轴经过艉轴管的双轴承，所以对艉轴的加工精度要求一般较高。
2.轴承艉轴承由于安装在艇轴管上;且多选用双轴承，由于螺旋桨的重量和推力，使艉轴承的工作环境非常恶劣。
对艉轴承的加工精度要求很高，通常选用的材料为白合金或树脂。
3.中间轴大多数轴系都有中间轴，一般多为一根，但一般特殊船只，如大型集装箱船，客船等，是中间机舱，则具有多根中间轴。
中间轴的两端法兰，都通过液压螺栓或冷装螺栓和艉轴及曲轴连为一体。
4.中间轴承大型船舶中间轴承都为滑动轴承，接触面材质多为白合金。
通过刮油环，保证轴承的润滑。
随着造船技术的发展，大型船舶都实现了分段建造。
在分段制作过程中，艉轴管通过找正，都安装在分段上，分段合拢后，通过照光，确定轴系中心线和艉轴管加工量。
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高强度液压螺栓在船舶传动轴系上的应用王小娥，陈作越(乐山职业技术学院机电工程系，四川乐山 614000)摘要: 船舶轴系传递的转矩载荷很高，对联接件的强度和韧度有很高的要求，高强度液压螺栓作为一种新型扭矩联接件近年来引起了广泛的重视。
本文系统分析船舶推进系统轴系的力学特性，借助理论力学和弹性力学知识对高强度液压螺栓的转矩、最佳预紧力和强度载荷进行分析，并利用Ansys有限元分析软件对高强度液压螺栓的应力和形变量建模分析。
关键词：液压螺栓；联接件；弹性力学；有限元中图分类号：U663.7 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7619(2017)6A – 0064 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7619.2017.6A.021The application of high strength hydraulic bolt in marine transmission shaft systemWANG Xiao-e, CHEN Zuo-yue(Department of Electromechanical Engineering, Leshan Vocational and Technical College, Leshan 614000, China)Abstract: The torque load of ship shaft system is very high, and the strength and toughness of the joint are very high too. As a new type of torque coupling, high strength hydraulic bolt has been paid more and more attention during the recent years. This paper analyzes the mechanical characteristics of the ship propulsion shafting system, and were analyzed by using theory and elastic mechanics, torque of high strength hydraulic bolt optimal preload force and strength load, and the stress and deformation analysis of high strength bolt hydraulic modeling using the Ansys finite element analysis software.Key words: hydraulic bolt；connecting piece；elastic mechanics；finite element0 引言在大型船舶推进系统中，传动轴系起到传递船舶柴油电动机的转矩和驱动螺旋桨转动的作用，对船舶动力性能有重要的意义。
因此，深入研究船舶传动轴系的紧固件和联接件力学性能，分析其结构强度和最大承受载荷，可以有效促进船舶推进系统性能的提高。
通常，船舶轴系的法兰联接件为液压螺栓。
液压螺栓是一种具有弹性锥套的双螺母螺栓，其产生的轴向力主要来自螺栓与法兰过盈配合产生的轴向摩擦阻力。
液压螺栓传递的扭矩主要来自 2 个方面：一是液压螺栓与螺孔过盈配合产生的抗剪力；二是液压螺栓的预紧力使2个法兰之间的摩擦阻力增大，产生传递转矩的作用。
本文主要针对船舶传动轴系的高强度液压螺栓，对其结构和工作原理进行介绍，并运用弹性力学和有限元分析等方法对其最佳预紧力和最佳扭矩等进行系统分析。
1 高强度液压螺栓联接件的研究船舶推进系统的传动轴系结构和功能较复杂，通常一个大型船舶的轴系长度可以达到40 m 以上。
跨度较大的轴系在制造和安装时通常会分成几段，然后利用联轴器和紧固件装配起来。
因此，联轴器的性能决定了整个传动轴系的性能，而联轴器的性能又取决于紧配螺栓的强度。
通常传动轴系的联轴器螺栓分为铰制螺栓和液压螺栓2种。
传统的铰制紧配螺栓存在不易于装配，且传递的扭矩载荷较低等缺点。
液压紧配螺栓装配方便，广泛应用于汽车减速箱法兰、螺旋桨法兰等零部件。
本研究应用液压螺栓优化船舶传动轴系的联轴器等器件，是因为液压紧配螺栓存在以下几个优点：第39 卷第 6A 期舰船科学技术Vol. 39, No. 6A 2017 年 6 月SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Jun. , 2017收稿日期: 2017 – 03 – 05作者简介: 王小娥(1980 – )，女，硕士，讲师，研究方向为机械制造及数控加工。
1）液压螺栓的材料适配性好不同的船舶类型由于使用工况和制造成本的不同，其传动轴系的选材、尺寸、强度和韧性等各不相同。
民用船舶上通常使用45号钢制造传动轴系，而军用轴系常使用合金等高强度材料。
由于轴系材料的不同，选用联轴器和相应的螺栓时就会存在问题，而液压紧配螺栓的材料适配性好，具有一定的互换性。
2）装配方便传动轴系对螺栓的装配性能有较高要求，而高强度液压紧配螺栓的装卸采用了高压油泵配合液压拉伸器完成。
液压螺栓与锥套之间是间隙配合，因此螺栓很方便就可放入螺栓孔中。
同时，泵入高压油可以使两者的接触表面覆盖一层油膜，有助于螺栓与螺栓孔之间的润滑，防止出现卡涩等现象。
3）抗振动性能好船舶推进系统的传动轴系通常有扭转、回旋和纵向振动3种，机械振动可能导致螺栓发生松动等现象。
液压紧配螺栓利用高压油和自锁机构，具有良好的抗振动能力。
4）高强度液压螺栓强度高，工作性能可靠，可以传递较大的扭矩度5）经济性高强度液压螺栓的使用寿命长，且互换性高，因此从长期看具有良好的经济性。
图1为高强度液压螺栓作为传动轴系的法兰联接件的二维结构图。
2 高强度液压螺栓在船舶传动轴系的应用2.1 传动轴系中的液压螺栓弯矩分析高强度液压紧配螺栓是起到联接传动轴系上的法兰作用，起着传递转矩和预紧拉力的重要作用。
对液压螺栓的弯矩和阻力力矩分析如下：首先，船舶主机的输出转矩为n max =ni式中：P max 为主机输出的最大功率，单位kW ；n 为传动轴系的最大转速。
假设传动比为i ，则，原式为：T y =T +T F 式中：n max 为轴系的最大转速；η为轴系的传动效率。
进而，本研究可以得到传动轴系的扭矩为，式中T F 为船舶的振动扭矩，T 为输出扭矩。
液压螺栓同时受到法兰的摩擦阻力，产生的力矩为：式中：μ为两者之间的摩擦系数，通常取0.1；F a 为液压螺栓受到的预紧力。
液压螺栓在联接2个法兰面时，通常需要16个螺栓均匀的分布在接触面上，每个螺栓受到的剪应力为：建立单个螺栓的受力数学模型如图2所示。
如图所示，单个液压螺栓受到的应力包括：过盈配合产生的法向拉应力σ1；剪切应力σ3；轴向预紧拉力σz ；径向预紧拉力σ2。
将各个方向的切应力和拉应力合成即可得到螺栓受到的最大应力为：2.2 液压螺栓的安装压力考虑到液压螺栓受到的压紧力和轴向力作用，可图 1 传动轴系的高强度液压螺栓结构图Fig. 1 High strength hydraulic bolt structure of transmission shaft图 2 单个液压螺栓的受力数学模型Fig. 2 A mathematical model of single hydraulic bolt第 39 卷王小娥，等：高强度液压螺栓在船舶传动轴系上的应用· 65 ·以根据静力方程模拟螺栓的受力为：式中：F N为法兰结合面的正压力；θ为高强度液压螺栓锥套的倾斜角；μ为2个面的摩擦系数，油润滑条件下取0.1，干摩擦情况下取0.3。
F N=p·A正压力F N由结合面面积和轴向压力确定，；而传动轴系上2个法兰的结合面的面积为：从而可以得到螺栓受到的安装预紧力为：假设在液压螺栓与法兰之间的油膜厚度为δ，代入螺栓锥套的尺寸数据可得锥套的内径附加压力为：式中：r为锥套的内径均值；E为锥套的弹性模量；p为端面受到的压力。
3 液压螺栓的有限元分析近年来，基于有限元方法的结构件应力、应变分析引起了研究人员的广泛重视。
有限元分析方法将结构件细分为无数个单位体积很小的单元体，通过施加一定的边界条件和定义，对结构件模型的受力、形变、磁场等进行求解。
在船舶传动轴系法兰联接件的研究中，液压螺栓的研究是一种典型的过盈配合接触问题。
上文中，我们对液压螺栓受到的剪切应力、弯矩应力和安装预紧力建立了数学模型，并利用弹性力学方法对应力进行了系统的分析。
为了进一步研究液压螺栓在实际应力下的形变量，本文还要结合Ansys有限元分析软件，对液压螺栓在受剪切应力、弯矩应力和安装预紧力条件下的形变量进行了分析。
本研究在液压螺栓实体三维建模、边界条件确定、网格划分等基础上，完成了液压螺栓的应力应变分析。
图3为在Ansys环境下，高强度液压螺栓的网格化有限元模型。
4 结语在船舶推进系统中，传动轴系联接件的性能决定了轴系的性能，进而影响整个船舶的性能。
本文主要针对船舶轴系的法兰联接件，系统地介绍了铰制螺栓和液压螺栓的工作原理，着重介绍了高强度液压螺栓法兰联接件。
本研究利用力学原理和有限元分析对液压螺栓的强度、扭矩、各向应力和变形量进行理论分析，具有指导实际工业制造和设计的意义。
参考文献：张晓阳, 陈汝刚, 解忠良, 等. 舰船轴系用液压螺栓抗冲击性能的数值仿真[J]. 噪声与振动控制, 2015, 35(4): 149–152. [1]何建华. 液压紧配螺栓在1800TEU集装箱船上应用和装拆工艺介绍[J]. 中国水运月刊, 2012(7): 91–92.[2]黄冰阳, 陈奇, 王焕杰. 船舶轴系用液压紧配螺栓连接结构的有限元分析[J]. 中国舰船研究, 2008, 3(5): 45–49.[3]黄冰阳, 陈奇. 舰船轴系用液压紧配螺栓最佳预紧力的设计研究[J]. 船舶, 2008, 19(3): 51–56.[4]张富明, 王英. 新型液压紧配螺栓的优点及其应用[J]. 船舶, 1999(2): 24–25.[5]图 3 液压螺栓锥套的有限元分析图Fig. 3 Finite element analysis of hydraulic bolt taper sleeve· 66 ·舰船科学技术第 39 卷。