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1、漓江旅游客船动力装置轴系及螺旋桨分析南宁船检处 阮晓宁摘要：分析漓江旅游客船轴系及螺旋桨的工作环境并推导了相关计算公式， 对认识和执行规范有一定的参考意义。关键词：船舶 轴系 螺旋桨 分析船舶传动装置轴系的功能是将主机的扭矩传递给推进器（漓江船 舶均采用螺旋桨），同时又将螺旋桨产生的推力传递给船体以推动船 舶前进。轴系受力十分复杂，除主要承受扭矩和推力外，还承受有弯曲应 力，交变应力和振动应力。由于轴系的损坏将引起严重事故，故对轴 系尺寸的计算和材料的选用，在钢质内河船舶入级与建造规范 （2002）（以下简称规范）中都有明确的规定。为从实际出发，使计 算简单，应用方便和保证安全，国内外的海、河
2、船舶规范对轴系所采 用的计算式，多以主要承受扭矩作用，对自身重量所引起的弯矩可忽 略不计的中间轴径计算为基础。尾轴、推力轴轴径则根据其受力分析 的前提下，以中间轴径乘以一个大于1 的系数（考虑弯曲应力、交变 应力、振动应力）所得之值。漓江旅游客船受航道条件限制，船舶主尺度较小，且多为尾机型， 其轴均为整根式轴系，其计算系按船舶规范规定。1 轴直径设轴主要承受扭矩，并将其分解为平均扭矩Mp和变动扭矩Mb（含 螺旋桨引起的弯矩及其应力，振动时的振动应力、应变应力），则轴 系所受到的合成扭矩M为：M=Mp+Mb（为变动扭矩系数）M = Mp-FeMp = MpCl-FE）根据理论力学，轴系在力偶矩
3、M 作用下，单位时间内所作的功Ne 为：（其中3为角速度宁M = 土 =土- : N mm3n根据材料力学n 为许用切应力貞二兰W为抗扭剖面模数16M = Wr=专=9740260 （1 十 e）16 X 9740260（1+ s）Netitn根据材料力学，材料许用应力的大小与材料、构造、尺寸、制造 和载荷性质有关。由于轴系受力复杂的不确定性，轴系持久地承受扭转交变应力作用。据有关资料表明，对低碳钢6 W490 N/mm2时，其 b持续扭转极限n W 137 N/mm2，并计入安全系数 k = 1.3后，取t =53N/mm2irX53据相关资料介绍，变动扭矩系数是一项考虑不同缸数的柴油 机由
4、于扭矩的变化，转动惯量的不同和螺旋浆转动惯量引起运转的不 均匀，以及振动等对轴系影响的随缸数而变化的系数。对电力推进的中间轴，没有缸数的不均匀性，运转是平稳的，所以 =0。船舶规范把系数（1+）合并起来考虑。便于用一个公式能 把各种动力传动情况都包括在内，只需用不同系数便能区别各种情 况；对于有减速齿轮箱的轴系，要作烦琐的惯量计算，才能最后求 得轴的直径。为使计算简单，船舶规范对中间轴的计算采用与海规和 国外规范基本一致的计算公式，仅是各系数值大小的差异。对采用整根轴的漓江旅游客船，设将 1+ 合并考虑较方便设 1+ 二k c其中 k 为与所核算轴段在轴系中的位置和联接方式有关的系数，C 为材
5、料修正系数，如尾轴处，因螺旋浆运转所产生的弯曲应力较大，取二迂；中间轴 段取 k=1；计入浅水航道影响，轴径增加 10%，有：mm式中：Ne轴传递的额定功率，kw；n轴传递Ne时的转速，r/min；k系数;(5 材料抗拉强度，N/mm2。 b2 联接键受剪切的有效面积联轴器用键安装到轴上时，键材料的抗拉强度应不小于轴材料的抗拉强度。键受剪切的有效面积分析如下：设键所承受的剪切力为Q,键的宽度为B,键的有效长度为L,键中部处的直径为 dm。根据材料力学2MQ = KD0Q2 MT =KBL d -BLm兀 d 3 T M =K 16dm2BlIt!2d3 Td3BL 二二16d T2.55dmm
6、m2取BL二丄2.6dm上式即为联接键受剪切的有效面积计算式3 螺栓直径联轴器法兰连接螺栓应有紧配螺栓，紧配螺栓数目Z应不少于螺栓总数的 50%,螺栓直径计算分析如下：设法兰有Z个紧配螺栓，它所承受的扭矩为Mk，并设螺栓均匀地布置在直径为D的节圆圆周上，各螺栓所承受的剪力相同并设为Q。2MKZD各紧配螺栓所受切应力 ：丄二2Mk亠1 d 2 ZD 叫 24f根据材料力学，轴承受扭矩M为:kM =型訂为轴系材料许用应力K 16根据螺栓承受扭矩与轴系承受扭矩相等的原则8id 3 貝16兀ZD围取乳0.838兀d 3161ZDx 0.83f 0.叫 ZD岛=0.83的含义是：用于螺栓材料的许用应用力
7、討一定应咼于轴系材质的许用应力，当轴系与螺栓选用同一材质时，为保证螺栓使 用安全可靠，只能是增大螺栓直径f 当螺栓材质提咼，其许用应 力与訂随之提高,疲劳强度极限 也提高，使其螺栓直径可降低， -1从而引进材料修正系数K冷mmd3 G +157 ) 取 d = 0.65 bfZDo1bb式中：d中间轴直径，mm；z紧配螺栓数目，但不少于总数的50%；D节园直径，mm；轴材料抗拉强度， N/mm2； b螺栓材料抗拉强度， N/mm2 bb4 螺旋浆漓江旅游客船所用螺旋浆均采用钢板焊接式螺旋桨。这是因为漓 江航道水浅，且为鹅卵石河床，损坏螺旋浆的事时有发生。钢板焊接 螺旋浆叶的韧性较好，且更换容易，一般在螺旋浆上方的船尾甲板上 开有供更换螺旋浆用的孔口“水局井”，正常航行状态下为常闭 式，更换螺旋浆时旋开导门，人员能够很方便地进行更换工作，漓江 水清，观察与操作方便，更换螺旋浆时不用上排，停航状态即可操作。
