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1、項目:傳動軸計算,能力目標:掌握傳動軸的基本直徑計算;掌握傳動軸的強度計算。 知識目標:掌握傳動軸的基本直徑計算;掌握傳動軸的強度計算。,傳動軸的計算主要包括傳動軸的基本直徑計算和強度校核兩方面內(nèi)容。 基本直徑計算按照相關(guān)的船舶規(guī)范進行。 強度校核則是計算靜載荷下的合成應(yīng)力,再根據(jù)由經(jīng)驗所確定的許用安全系數(shù)來考慮動載荷的作用。,按鋼質(zhì)海船入級與建造規(guī)范計算軸的基本直徑,軸的直徑d應(yīng)不小于按下式計算的值:,式中:d軸的直徑m m; F推進裝置型式系數(shù); F95,對于渦輪推進裝置具有滑動型聯(lián)軸節(jié)的柴油機推進裝置和電力推進裝置 F100,對于所有其他型式的柴油機推進裝置 C不同軸的設(shè)計特性系數(shù)具體數(shù)
2、值見表214; ne軸傳遞的額定功率,k W; Ne軸傳遞Ne的額定轉(zhuǎn)速,r /min; b軸材料的抗拉強度。對于中間軸若800MPa時,取800MPa;對于螺旋槳軸和尾管軸若600 MPa時,取600MPa。,表214 不同軸的設(shè)計特性系數(shù),表214的說明,法蘭根部過渡圓角半徑應(yīng)不小于0.08d。 至少在鍵槽及從鍵槽兩端延伸到0.2d 的長度范圍內(nèi),C取1.10。在這個范圍以外,軸的直徑可以減至以C1.0的計算直徑。鍵槽底部橫截面的過渡圓角半徑應(yīng)不小于0.0125d。 至少在孔及從孔兩邊緣延伸到0.2d的長度范圍內(nèi),C取1.10。在這個范圍以外軸的直徑可以減至以C1.0的計算直徑。鏜孔直徑應(yīng)
3、不大于0.3d。 至少在槽及從槽兩邊延伸到0.3d的長度范圍內(nèi),C取1.2。在這個范圍以外,軸的直徑可以減至以C1的計算直徑。鍵槽長度應(yīng)不大于1.4 d,寬度應(yīng)不大于0.2d。 當遇到軸上有多種型式時,則其修正時,多個系數(shù)應(yīng)連乘計算。 其中d為以C1.0時計算所得的值。 尾尖艙艙壁前的槳軸或尾管軸直徑可以向前逐漸減小到中間軸直徑; 螺旋槳軸在從螺旋槳槳轂前面到尾管后軸承前端軸段的直徑應(yīng)不小于按照C取1.22或1.26計算所得數(shù)值,如果這部分軸段長度小于規(guī)定直徑的2.5倍,則符合規(guī)定直徑的軸段應(yīng)由尾管后軸承前端向前延伸,使具有規(guī)定直徑軸段的長度不小于規(guī)定直徑的2.5倍。,按內(nèi)河鋼質(zhì)船舶入級與建造
4、規(guī)范計算軸的基本直徑,軸的直徑d應(yīng)不小于按下式計算的值:,式中:d軸的直徑m m; K不同軸的設(shè)計特性系數(shù),按表259 (1)、(2)選取; ne軸傳遞的額定功率,k W; Ne軸傳遞Ne的額定轉(zhuǎn)速,r /min; b軸材料的抗拉強度。對于中間軸,若800MPa時,取800MPa;對于螺旋槳軸和尾管軸,若600MPa時,取600MPa。,,表215(1)用于中間軸、推力軸的K值,注: 在鍵槽底部橫截面處的圓角半徑不得小于0.0125d。 孔徑應(yīng)不大于0.3d。 縱向槽的長度應(yīng)不大于1.4d;寬度應(yīng)不大于0.2d。 距鍵槽端、橫孔邊緣0.2d長度以及距縱向槽道端0.3d長度以后的軸及推力軸在距推
5、力環(huán)長度等于推力軸直徑以外的軸徑可以逐漸減少到以K1算得的直徑。,表215(2)用于螺旋槳軸的K值,注: 軸直徑可逐漸減小到按公式計算的中間軸直徑。,傳動軸的強度校核,傳動軸在工作時,同時受到扭轉(zhuǎn)、彎曲和壓縮三種負荷,不僅承受靜載荷,而且還有附加動載荷作用,受力情況很復(fù)雜,目前普遍采用的傳動軸強度校核方法,是在按規(guī)范計算出傳動軸基本軸徑的基礎(chǔ)上計算靜載荷下的合成應(yīng)力,再根據(jù)由經(jīng)驗所確定的許用安全系數(shù)(見表217)來考慮動載荷的作用,是一種近似計算方法。,許用安全系數(shù)的確定,許用安全系數(shù)的確定主要考慮下面幾個問題: 軸的負荷情況:螺旋槳軸的工作條件惡劣,受力情況復(fù)雜而且與海水接觸,安全系數(shù)應(yīng)取大
6、些;剛性連接的傳動軸受到主機交變扭矩負荷,材料易疲勞,其安全系數(shù)應(yīng)比柔性連接的傳動軸要大些。 材料的特性:如選擇合金鋼,其安全系數(shù)比碳鋼要高, 船型:軍用船舶的軸徑是按照最大負荷進行計算的,但是實際上軍用船舶多在較輕負荷下航行,為了減輕軸系重量,軍用船舶多采用許用應(yīng)力大的材料和較小的許用安全系數(shù)。,中間軸的強度校核,將軸看成一根自由放置在兩支點上的等截面的簡支梁,其所受的外力為轉(zhuǎn)矩、推力T、自重q和集中載荷G(G為聯(lián)軸節(jié)重量)。 由主機扭矩引起的剪應(yīng)力=Mt/Ww N/ m 式中:Mt主機最大功率時扭矩 ; Mt=9550 Pmax/nmax i N/ m 式中:Pmax傳遞的最大功率,K
7、W; nmax最大功率時的轉(zhuǎn)速,r/min; i減速箱的減速比; 減速箱的傳動效率; Ww中間軸抗扭截面模數(shù):Ww=dz3(1-m4)/16 式中:dz中間軸直徑cm ; m中空系數(shù):m= do / dz do中孔直徑cm,,由中間軸重量所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力: w =Mw/Ww N/ cm 式中: Mw:由中間軸本身及其法蘭重量所產(chǎn)生的最大彎矩(最大彎矩可以用力矩分配法計算,也可以用工程力學(xué)的方法計算) ; Ww:中間軸抗彎截面模數(shù) :Ww=dz3(1-m4)/32 式中:dz中間軸直徑cm ; m中空系數(shù):m= do / dz do中孔直徑cm
8、,由螺旋槳推力產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力 : y = T /Fw N/ cm 式中: T:螺旋槳最大推力,N; Fw :中間軸截面積, cm 由安裝誤差引起的彎曲應(yīng)力附加應(yīng)力: 按經(jīng)驗選取, w1 =1471.52943 N/,合成應(yīng)力: H = (w + y + w1)2+32 安全系數(shù):其安全系數(shù)應(yīng)滿足下式要求: 按經(jīng)驗選取, k=s /H k 式中:s材料屈服強度; H 傳動軸合成應(yīng)力; k 許用安全系數(shù)。,螺旋槳軸的強度校核,由主機扭矩引起的剪應(yīng)力; 由螺旋槳推力產(chǎn)生的壓應(yīng)力y; 合成應(yīng)力H = (y 2+32) 式中: 彎曲應(yīng)力系數(shù),1.021.06 安全系數(shù):其安全系數(shù)應(yīng)滿足下
9、式要求: 按經(jīng)驗選取, k=s /H k 式中:s材料屈服強度; H 傳動軸合成應(yīng)力; k 許用安全系數(shù)。,,轉(zhuǎn)矩作用下的軸扭轉(zhuǎn)角度的校核計算,傳動軸所發(fā)生的扭轉(zhuǎn)角度: =18000Mt/IpG N/ m 式中:Mt傳動軸最大扭矩 ; G傳動軸材料的剪切彈性模數(shù),N/cm2 Ip 傳動軸的截面慣性矩 , cm4 Ip =d3(1-m4)/32 式中:d軸直徑cm ; m中空系數(shù):m= do / dz do中孔直徑cm,,校核要求:= 式中: 為最大許用扭轉(zhuǎn)角度,大型船舶為0.45/cm,一般小型船舶為2.5 /cm 。,,鍵強度校核,對于完全用鍵來傳遞扭矩時,則鍵受剪切的有效截面積應(yīng)符合下式規(guī)定,且鍵材料的抗拉強度應(yīng)等于或大于軸材料的抗拉強度。 BLd3 /2.35 dm 式中:B鍵的寬度,mm; L鍵的有效長度,mm; d計算的中間軸直徑,mm; dm在鍵中部處的軸直徑,mm。 螺旋槳 聯(lián)軸節(jié)鍵2.6,,課堂小結(jié),系數(shù)和單位的重要性,