船軸系軸承斜鏜孔方案研究

對(duì)于具有代表性的船只，主缸由電機(jī)通過(guò)減速齒輪箱和螺釘軸的定距槳驅(qū)動(dòng)。CCS船級(jí)社規(guī)范“螺旋槳軸直徑大于300mm的推進(jìn)軸系須進(jìn)行軸系校中計(jì)算”,本船螺旋槳軸最大軸承位的直徑為300mm,軸系設(shè)計(jì)時(shí)未進(jìn)行校中計(jì)算,在軸系設(shè)計(jì)完成后根據(jù)驗(yàn)船師要求,須提交軸系校中計(jì)算書(shū),根據(jù)本船推進(jìn)軸系相關(guān)參數(shù),對(duì)軸系進(jìn)行校中計(jì)算。推進(jìn)軸系參數(shù)如下。推進(jìn)型式單機(jī)單槳主機(jī)功率2500kW(MCR)主機(jī)轉(zhuǎn)速750r/min螺旋槳類型定距槳槳葉數(shù)5螺旋槳直徑3500mm螺旋槳轉(zhuǎn)速184.7r/min螺旋槳重量3443.9kg后艉軸承長(zhǎng)度900mm后艉軸承直徑300mm前艉軸承長(zhǎng)度224mm前艉軸承直徑295mm艉軸承許用比壓0.6MPa齒輪箱輸出軸后軸承直徑300mm齒輪箱輸出軸后軸承寬度128mm齒輪箱輸出軸前軸承直徑220mm齒輪箱輸出軸前軸承寬度88mm齒輪箱軸承熱態(tài)上浮量0.072mm齒輪箱軸承許用比壓4MPa外部載荷簡(jiǎn)化如下。1)螺旋槳的重量計(jì)為集中載荷,作用點(diǎn)取在螺旋槳的中心(考慮水的浮力);齒輪箱輸出軸上大齒輪的重量計(jì)為均布載荷;液壓螺母的重量也計(jì)為均布載荷;液壓聯(lián)軸器作為軸系的一部分。2)通過(guò)改變浸入水中螺旋槳的質(zhì)量來(lái)考慮水的浮力;每個(gè)軸承取一個(gè)作用點(diǎn),每個(gè)作用點(diǎn)的位置反應(yīng)出軸在這個(gè)軸承上的撓度。3)因?yàn)楹篝狠S承足夠?qū)?該軸承的作用點(diǎn)取在艉部軸承寬度的1/7處,其他軸承的作用點(diǎn)取在軸承寬度的中點(diǎn)。根據(jù)以上參數(shù)對(duì)本船推進(jìn)軸系建模(見(jiàn)圖1),校中計(jì)算軸系包括螺旋槳軸和齒輪箱輸出軸。1提出問(wèn)題本船推進(jìn)軸系校中計(jì)算分為直線校中、合理校中(冷態(tài))、合理校中(熱態(tài))3種情況。1.1在直線學(xué)校軸系處于直線狀態(tài),軸承不進(jìn)行變位,也不考慮軸承熱態(tài)上浮量。結(jié)果見(jiàn)表1。計(jì)算結(jié)果顯示軸承負(fù)荷不均勻,軸承受力不理想。1.2齒輪箱軸承負(fù)變位實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)能夠變位的軸承進(jìn)行變位,同時(shí)考慮軸承在熱態(tài)時(shí)的上浮量,對(duì)齒輪箱軸承負(fù)變位0.52。結(jié)果見(jiàn)表2。計(jì)算結(jié)果顯示各軸承負(fù)荷均勻,計(jì)算比壓均在許用比壓范圍內(nèi),且受力比較均勻,但艉軸承(軸承序號(hào)1)處轉(zhuǎn)角太大,超出規(guī)范要求的3.5×104rad。1.3細(xì)胞系統(tǒng)檢測(cè)結(jié)果軸系的安裝狀態(tài)為冷態(tài),不考慮軸承熱態(tài)的上浮量(本船齒輪箱軸承熱態(tài)的上浮量為0.072mm),冷態(tài)時(shí)齒輪箱軸承的變位值為-0.520-0.072=-0.592mm。結(jié)果見(jiàn)表3。由表1可以看出,對(duì)軸承進(jìn)行變位軸系合理校中后,改善了各軸承的受力情況,但增大了艉軸承處軸的轉(zhuǎn)角,使得螺旋槳軸在艉管軸呈承彎曲狀態(tài),過(guò)大的轉(zhuǎn)角使得軸徑與軸承襯沿軸系極不均勻地接觸,即在后艉軸承艉部邊緣附近局部接觸,形成“邊緣負(fù)荷”,造成該軸承局部迅速磨損,同時(shí)使艉軸密封迅速磨損,造成漏油。2斜銑孔斜度的計(jì)算如果在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了軸系校中計(jì)算,可以適當(dāng)增加后艉軸承處的軸徑來(lái)改善艉軸的轉(zhuǎn)角。由于軸系設(shè)計(jì)已經(jīng)完成,只有采取對(duì)后艉軸承進(jìn)行斜鏜孔的措施來(lái)減小艉軸承處的相對(duì)轉(zhuǎn)角,使之滿足軸系校中規(guī)范要求。根據(jù)熱態(tài)校中計(jì)算結(jié)果,計(jì)算斜鏜孔的斜度。式中:β———軸系轉(zhuǎn)角,4.0087×104rad;l———艉軸承長(zhǎng)度,900mm。計(jì)算得出h=0.361mm,實(shí)際取h=0.200mm,即艉軸承斜鏜孔的斜度為0.200/900mm。3斜孔方案3.1軸與軸承的相對(duì)偏轉(zhuǎn)保證軸承支點(diǎn)高度不變(見(jiàn)圖2a))。相當(dāng)于該軸承沒(méi)有變位,因此軸承所受負(fù)荷不變,斜鏜孔后可減小軸與軸承的相對(duì)轉(zhuǎn)角β1為2.2222×10-4rad。實(shí)際相對(duì)轉(zhuǎn)角為β2=β-β1=1.7865×10-4rad,滿足規(guī)范要求的小于3.5×10-4rad。3.2軸承支點(diǎn)位置下降保證軸承艏端中心高度不變(見(jiàn)圖2b))。此方案艉軸承支點(diǎn)位置下降0.171mm,相當(dāng)于該軸承負(fù)變位0.171mm,由此使軸承的負(fù)荷和相對(duì)轉(zhuǎn)角相對(duì)于未進(jìn)行斜鏜孔的狀況均得到相應(yīng)的改善(見(jiàn)表4)。3.3軸承傾斜角保證軸承艉端中心高度不變(見(jiàn)圖2)。此方案艉軸承支點(diǎn)位置上升0.029mm,相當(dāng)于該軸承正變位0.029mm,由此使軸承的負(fù)荷和相對(duì)轉(zhuǎn)角相對(duì)于未進(jìn)行斜鏜孔的狀況均得到相應(yīng)的改善。除了采用斜鏜孔措施外,還可以采取軸承傾斜的方法(見(jiàn)圖3)。軸承傾斜是另一種增加艉軸與艉軸承接觸面積的方法,不像斜鏜孔是安裝之后對(duì)艉軸承進(jìn)行加工鏜孔,而是直接加工到最后的尺寸,然后將軸承傾斜,然后采用環(huán)氧樹(shù)脂澆注固定在艉管內(nèi)。但是,控制軸承傾斜角度的過(guò)程較復(fù)雜。這樣采用軸承傾斜方法時(shí),同樣有3種情況:保證軸承支點(diǎn)高度不變;保證軸承艏端中心高度不變以及保證軸承艉端中心高度不變。4船舶制造過(guò)程中軸系校中問(wèn)題的解決方法分析隨著船舶設(shè)計(jì)水平的提高,船舶軸系校中計(jì)算在軸系設(shè)計(jì)過(guò)程