第十二章

推進軸系第一節(jié)推進軸系的基本組成、作用和工作條件一、推進軸系的基本組成在船舶主推進動力裝置中，從主機曲軸動力輸出端法蘭到螺旋槳間的軸及其裝置統(tǒng)稱為推進軸系，或稱傳動軸系，簡稱軸系。推進軸系一般包括：(1)傳動軸：包括推力軸或連接軸，中間軸，艉軸或螺旋槳軸。(2)軸承：包括推力軸承，中間軸承，艉軸承。(3)軸系附件：包括潤滑、冷卻、密封裝置等。二、推進軸系的作用

推進軸系的作用是將柴油機曲軸的動力矩傳給螺旋槳，以克服螺旋槳在水中轉(zhuǎn)動的阻力矩；同時，又將螺旋槳在水中旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的推(拉)力通過推力軸承傳給船體，以克服船舶航行的阻力，使船舶前進或倒退。從它傳遞的功率和軸的轉(zhuǎn)速算出。軸上的扭矩M(單位：Nmm)為M=9550P/n(12-1-1)式中：P——軸傳遞的功率，kW；N——軸的轉(zhuǎn)速，r/min。

軸系所傳遞的推力，可以根據(jù)螺旋槳所吸收的功率、螺旋槳的效率和船舶航速算出，軸系所傳遞的推力T(單位：N)為T=1.94(Pp/v)ηp(12-1-2)式中：Pp——螺旋槳吸收的功率，kW；v——船舶航速，kn；ηp——螺旋槳的效率。三、推進軸系的工作條件從上述軸系的作用可知，推進軸系在工作中要受到：

(1)壓拉應(yīng)力：軸系因傳遞螺旋槳產(chǎn)生的推、拉力而產(chǎn)生。(2)扭應(yīng)力：軸系因承受扭矩而產(chǎn)生。(3)彎曲應(yīng)力：因軸系和螺旋槳本身的重量以及其他附件的作用而產(chǎn)生。(4)額外的彎曲應(yīng)力，風(fēng)浪天螺旋槳上下運動的慣性力產(chǎn)生。(5)附加應(yīng)力：因安裝誤差、船體變形、軸系的扭轉(zhuǎn)振動、橫向振動、縱向振動以及螺旋槳的不均勻水動力作用等而產(chǎn)生。(6)軸頸與軸承發(fā)生摩擦，當(dāng)用海水做艉軸承潤滑劑時，艉軸管和軸頸還要受到腐蝕作用。第二節(jié)中間軸、推力軸和艉軸的結(jié)構(gòu)

一、軸線的布置推力軸系（含曲軸）通常由位于同一直線上的軸連接而成，位于同一直線上的軸中心線稱為軸線。推力軸系一般從主機伸向船艉，也有特種船的傳動軸系伸向船艏。理想的軸線位置有時很難實現(xiàn)。如主機位置比較高而船舶吃水比較淺時，為保證螺旋槳能浸入水下一定深度，有時不得不使軸線向船體尾部傾斜一定角度，如圖12-2-1(a)中所示的α角即為傾斜角。再如有些雙槳或多槳船的軸系，為使螺旋槳葉的邊緣離開船的外板并留有一定空隙，允許軸線在水平投影面上與船舶縱中剖面偏斜一定角度，如圖12-2-1(b)所示的Φ角。

(a)傾斜角α(b)偏斜角Φ圖12-2-1軸系的傾斜角和偏斜角二、中間軸

中間軸的作用是連接各主要軸段，還可在中間軸上安裝其它傳動設(shè)備，如離合器、剎車裝置、減速器等。

中間軸按其兩端連接件的不同，主要有兩種類型：帶整段法蘭的中間軸和兩端為錐體的中間軸。

帶整段法蘭的中間軸如圖12-2-2所示。兩端為整段法蘭A，主體為軸干B，軸的支撐處為軸頸C。圖12-2-2帶整鍛法蘭的中間軸三、推力軸(1)推力軸

推力軸位于主機曲軸的輸出端，用于安裝推力軸承。(2)連接軸

連接軸是位于柴油機輸出法蘭與第一根中間軸首法蘭之間的傳動軸。四、艉軸

艉軸位于軸系的末端，首端與最后一根中間軸的尾法蘭相連，尾端穿過艉軸管伸出船艉。當(dāng)螺旋槳直接安裝在艉軸上時，艉軸亦稱為螺旋槳軸。當(dāng)艉軸伸出船體過長并由兩段組成時，裝螺旋槳的那段軸稱為螺旋槳軸，穿過艉軸管的那段軸稱為艉軸。艉軸由法蘭、軸干、軸頸、安裝螺旋槳的錐形軸和螺柱等部分組成，其基本結(jié)構(gòu)如圖12-2-3所示。圖12-2-3尾軸結(jié)構(gòu)

艉軸用優(yōu)質(zhì)碳鋼鍛造，艉軸法蘭與中間軸法蘭用緊配螺栓連接。

螺旋槳與艉軸間采用錐面結(jié)合、鍵連接和螺母緊固。

艉軸的工作條件比中間軸惡劣，因而故障也比中間軸多。第三節(jié)中間軸承和推力軸承的作用、結(jié)構(gòu)和工作原理一、中間軸承1、中間軸承的布置

中間軸承的作用是支承中間軸并徑向定位。中間軸承的數(shù)量、位置和間距對軸系工作的可靠性有很大影響，在軸系布置時必須認(rèn)真考慮。軸承的間距與中間軸直徑有關(guān)，一般可由以下經(jīng)驗公式估算：(12-3-1)式中：L——兩軸承的間距，mm；d——中間軸軸頸，mm。

中間軸承的實際布置間距還應(yīng)通過軸系校中計算后確定。中間軸承的數(shù)量應(yīng)盡量根據(jù)每根中間軸上只設(shè)置一個支承點的原則確定。一般將中間軸承布置在距中間軸一端法蘭端面(0.18～0.22)L處，L為該中間軸的長度，如圖12-2-2所示。軸系校中時，在距另一端法蘭端面(0.18～0.22)L處設(shè)置一個臨時支承，以減小中間軸因自重產(chǎn)生的彈性變形對兩端法蘭偏移量的影響，使法蘭仍與未發(fā)生彈性變形時的軸線垂直。圖12-3-1中間軸承的位置2、中間軸承的結(jié)構(gòu)

中間軸承是為了減小軸系撓度而設(shè)置的支撐點，用于承受中間軸的重量以及因軸系變形和各種形式的運動而造成的附加徑向負(fù)荷。

中間軸承的結(jié)構(gòu)形式很多，按其摩擦形式的不同可分為滾動式和滑動式兩大類，商船上多采用滑動式。按潤滑方式的不同，滑動式軸承又可分為滑環(huán)式和固定油盤式兩種。

固定油盤式滑動軸承是目前應(yīng)用較多的軸承，其結(jié)構(gòu)以滑環(huán)式軸承為基礎(chǔ)，將滑環(huán)改為固定式油盤，如圖12-3-2所示。圖12-3-2油盤式中間軸承1—軸承蓋；2—油盤；3—軸承座；4—冷卻水腔；5—油位計；6—刮油器二、推力軸承

推力軸承主要承受螺旋槳產(chǎn)生的軸向推力或拉力，并將其傳遞給船體，使船舶前進或后退；有些推力軸承也承擔(dān)一部分徑向負(fù)荷。第四節(jié)艉軸管裝置的結(jié)構(gòu)和工作原理

艉軸管裝置的作用是使艉軸伸出船艉，支承艉軸和螺旋槳的重量，防止海水漏入機艙內(nèi)，同時也防止滑油漏出船外和漏入機艙內(nèi)。艉軸管裝置由艉軸管本體、艉軸承、密封裝置、潤滑和冷卻系統(tǒng)等組成。一、艉軸管軸承

艉軸管軸承是艉軸管裝置中最重要的部分。按照不同的潤滑形式，艉軸管軸承可分為水潤滑和油潤滑兩種類型。水潤滑艉軸承多采用鐵梨木、樺木層壓板、橡膠和尼龍等非金屬材料；油潤滑艉軸承有白合金滑動軸承、強化塑料和滾動軸承等。1、鐵梨木艉軸承

鐵梨木是一種產(chǎn)于美洲熱帶和亞熱帶地區(qū)的生長很緩慢的闊葉樹，浸在水中會分泌一種樹脂，具有良好的潤滑作用，當(dāng)它與青銅組成摩擦副時，摩擦系數(shù)小，且耐磨、耐腐蝕，使用壽命長達5～10年；但是當(dāng)水溫超過60℃時，摩擦系數(shù)明顯增加。鐵梨木具有較強的水脹性，且不同纖維方向的膨脹量差異很大，干燥時會開裂和扭曲變形。另外，鐵梨木的立紋比順紋的抗壓強度大。

鐵梨木軸承采用水潤滑，其艉軸管結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，管理方便，不污染航區(qū)，應(yīng)用廣泛。如圖12-4-1所示，即為水潤滑鐵梨木軸承的艉軸管結(jié)構(gòu)。圖12-4-1鐵梨木軸承艉軸管1—螺母；2—止動螺栓；3—艉柱；4—艉軸管本體；5—軸承銅套；6—海水進口；7—艉尖艙壁；8—螺栓；9—油杯；10—軸封壓蓋；11—配油環(huán)；12—填料；13—配水環(huán)；14—軸封套；15—壓蓋；16—鐵梨木板條；17—保護罩；18—壓蓋；19、20—止動銅條

鐵梨木軸承的長度需按規(guī)范要求：后軸承長度為艉軸頸的4倍，前軸承則視船舶結(jié)構(gòu)而定。鐵梨木板條的厚度和寬度按艉軸直徑選取，一般厚度為15～25mm，寬度為60～80mm，長度為180～250mm。鐵梨木軸承的安裝間隙可按部頒修船標(biāo)準(zhǔn)查得，無表時可用經(jīng)驗公式選?。?12-4-1)(12-4-2)式中：s——軸承安裝間隙，mm；d——艉軸頸直徑，mm；sj——極限間隙，mm。對間隙的補償部分，鐵梨木取為0.75mm，樺木層壓板取為0.5mm。2、白合金艉軸承

油潤滑艉軸承的材料常采用以錫為主體的錫基白合金、以鉛為主體的鉛基白合金和以鋁為主體的高錫鋁合金，澆鑄在襯套上，襯套材料有鋼、鑄鐵、青銅和黃銅。

如圖12-4-2所示為典型的白合金厚壁艉軸承。軸承襯套1的內(nèi)表面開設(shè)有橫向和縱向的燕尾槽2，使白合金澆鑄后能牢固地與襯套結(jié)合成一體。圖12-4-2白合金艉軸承1—軸襯；2—軸瓦燕尾槽；3—軸瓦(白合金)；4—排污槽；5—進油孔

白合金軸承的長度按規(guī)范要求，對海船不得小于軸頸的兩倍。白合金的厚度和軸承的安裝間隙有嚴(yán)格的要求，可以由部頒修船標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范中查得，無表時可用經(jīng)驗公式選取安裝間隙：(12-4-3)(12-4-4)式中：s——軸承安裝間隙，mm；d——艉軸頸直徑，mm；sj——極限間隙，mm。3、橡膠艉軸承

橡膠艉軸承是將橡膠用硫化法在模具上壓制而成，有整體和條狀之分。前者將橡膠與襯套硫化在一起而形成一個整體；后者在壓制過程中加入金屬芯條，以增強剛性，并在內(nèi)表面上開設(shè)流水槽，采用從艉軸管首端強制供壓力水，加強循環(huán)。

橡膠軸承的優(yōu)點是彈性好，在含有泥沙的水中工作適應(yīng)性強，不易磨損。

橡膠軸承的缺點是導(dǎo)熱性差，對高溫和低溫的適應(yīng)性都差，很容易老化變質(zhì)，故而其工作溫度不能超過65℃，且在40℃還會變脆。二、艉軸承

螺旋槳軸一般由兩道艉軸承支承，較短的艉軸可只采用一道艉軸承，艉軸過長時也可采用三道艉軸承。

在船舶軸系各軸承中，中間軸承很少發(fā)生故障，但艉軸承因受螺旋槳的劇烈干擾，容易產(chǎn)生橫向振動，其工作條件惡劣，容易損壞，且損壞后修理困難，所以對艉軸承間距的要求比中間軸承嚴(yán)格。其L/D值(L為艉軸承間距，D為艉軸直徑)的推薦范圍為：三、艉軸管密封裝置

艉軸與艉軸承之間按規(guī)定要留有一定的間隙，而艉軸管首端與機艙相通，尾端與船外流水相通，所以在艉軸管中必須設(shè)置密封裝置。

對水潤滑艉軸承，僅設(shè)置首密封裝置。對油潤滑艉軸承，在首、尾兩端均設(shè)置密封裝置，以形成閉式滑油循環(huán)。

1、水潤滑的首密封裝置

水潤滑的艉軸管通常只在首端設(shè)置密封裝置，以阻止舷外水漏入機艙。如圖12-4-3所示為一種填料性密封，其首密封采用封閉的油脂潤滑，利用填料壓蓋7和壓蓋襯套6的壓緊力使填料與艉軸緊密接觸，達到水封目的。2、油潤滑的密封裝置

油潤滑的艉軸承必須在首、尾都設(shè)置密封裝置。尤其是尾部密封裝置，一旦發(fā)生泄漏，不僅滑油損失，且污染海域，修理時必須進塢，因而在設(shè)計、制造和安裝方面要求都很高。圖12-4-4(a)所示為Simplex改進型尾部密封裝置。圖12-4-4(b)所示為Simplex改進型首部密封裝置。圖12-4-4Simplex改進型密封裝置1—耐磨襯套；2—后壓板；3—密封環(huán)；4—支撐環(huán)；5—中間托環(huán)；6—后殼體；7—前殼體；8—中間托環(huán)；9—密封前蓋；10—耐磨襯套；11—O型密封圈；12—磨損檢測器四、艉軸管的冷卻與潤滑

艉軸管中的艉軸與艉軸承及密封裝置是容易發(fā)熱的部件，必須有適當(dāng)?shù)臐櫥屠鋮s。按潤滑方式可分為水潤滑和油潤?；瑑煞N。1、水潤滑艉軸管水潤滑艉軸管(如鐵梨木、樺木層壓板、橡膠艉軸承艉軸管)的潤滑劑和冷卻劑是水。水潤滑艉軸管的冷卻通過三種途徑：通過船艉金屬將一部分摩擦熱直接傳給舷外水；艉軸管一般通過艉尖艙，因而一部分摩擦熱傳給艉尖艙中的淡水或海水；一部分摩擦熱由流經(jīng)艉軸縱向槽道和軸承間隙浸入機艙的舷外水帶走。2、油潤滑艉軸管油潤滑艉軸管的潤滑劑是滑油，由設(shè)置在艉軸管上的潤滑系統(tǒng)供給。潤滑系統(tǒng)通常采用自然潤滑法或間歇潤滑法。(1)自然潤滑法

由于中、小型船舶的吃水淺，故其使用的潤滑系統(tǒng)比較簡單，其艉軸管、艉軸承采用自然潤滑法，即由一個重力油柜、一臺手搖泵和進、回油管組成，如圖12-4-5（a）所示，稱為重力式自然循環(huán)潤滑系統(tǒng)。(2)間歇循環(huán)法

大型船舶的吃水較深，重力油柜位置較高，其艉軸管、艉軸承的潤滑采用間歇循環(huán)法，艉軸密封偶件靠艉軸密封油柜供油，如圖12-4-5（b）所示。

圖12-4-5（b）所示間歇循環(huán)系統(tǒng)中，艉軸管穿過作為水艙用的艉尖艙，艉軸承的摩擦熱可通過艉軸、艉軸管傳到舷外，還可通過艉軸管傳給艉尖艙中的水，不用再單獨采取冷卻措施。圖12-4-5艉軸管油潤滑系統(tǒng)第五節(jié)推力塊、艉軸管、軸系軸承、軸封裝置的檢查與測量方法一、船軸的檢查與測量1、船軸磨損

船軸的工作軸頸磨損后可采用外徑千分尺檢測并計算圓度、圓柱度誤差，采用百分表測量軸頸和法蘭的徑向圓跳動量，測量值應(yīng)分別符合表12-5-1和表12-5-2的規(guī)定。表12-5-1CB/T3417-92船軸磨損極限(mm)軸徑d中間軸、推力軸艉軸磨損極限光車修理后磨損極限圓度圓柱度圓度圓柱度圓度、圓柱度油潤滑開式油潤滑開式水潤滑水潤滑≤800.080.090.10.130.130.150.01>80-1200.090.10.120.150.150.180.01>120-1800.10.120.140.170.170.220.015>180-2600.120.140.160.20.20.280.015>260-3600.140.160.180.230.230.360.02>360-5000.160.190.20.270.270.450.02>500-7000.180.230.230.320.320.550.025表12-5-2CB／T3417-92船軸軸頸徑向圓跳動(mm)2、船軸裂紋

主要是艉軸的裂紋損壞，在艉軸錐部大端截面變化處、鍵槽根部、艉軸銅套接縫處軸頸等均易產(chǎn)生裂紋。3、船軸腐蝕

船軸中以艉軸的工作條件最為惡劣。艉軸又以艉軸錐部軸長與工作直徑之比L/d工作軸頸及錐體部分非工作軸頸極限跳動光車修理后極限跳動光車修理后≤200.120.030.360.12>20-350.160.040.480.16>35-500.200.050.6540.20>50-650.240.070.720.24>65-800.280.090.840.28>80-950.320.120.960.32腐蝕最為嚴(yán)重，銅套接縫不良處海水滲入可引起電化學(xué)腐蝕和裂紋，使艉軸產(chǎn)生嚴(yán)重的腐蝕。4、艉軸銅套檢修

艉軸銅套的失效形式有過度磨損、腐蝕和裂紋。艉軸銅套上產(chǎn)生嚴(yán)重磨損、裂紋或多次光車使壁厚過薄、套合松動、滲水等缺陷均應(yīng)更換新銅套。

艉軸銅套磨輝、腐蝕斑點等可用光車銅套修復(fù)，經(jīng)多次光車后銅套壁厚逐步趨向最小壁厚，此時應(yīng)考慮更換新軸套。消除幾何形狀誤差光車后，以及更換銅套時的厚度標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)符合表12-5-3的規(guī)定。注：d-軸徑，mm。表12-5-3CB／T3417-92艉軸銅套厚度(mm)新制銅套最小厚度t非工作軸頸部位厚度光車修理時厚度極限厚度≥0.03d+7.5≥0.75t≥0.02d+50.015d+3.5二、中間軸承和推力軸承的檢查與測量1、中間軸承的檢查與測量

中間軸承的作用是支承中間軸和使軸系繞固定的軸線回轉(zhuǎn)。安裝間隙Δ和極限間隙Δmax也可按下式計算：Δ=0.001d＋0.10(mm)Δmax≈2.5Δ(mm)式中：d——中間軸直徑，mm。2、推力軸承的檢查

在推力軸承中，推力塊的工作表面上澆有巴氏合金，圖12-5-1為推力塊及油楔的形成示意圖。推力軸承運轉(zhuǎn)時，在推力環(huán)與推力塊之間建立起楔形油膜，實現(xiàn)液體潤滑。圖12-5-1推力塊及油楔的形成1-推力環(huán)；2-推力塊；3-凸起；4-支撐墊；5-調(diào)節(jié)圈三、艉軸管裝置的檢查與測量1、水潤滑艉軸管裝置

鐵梨木艉軸承的主要損壞形式有過度磨損、裂紋和開裂。艉軸承間隙和鐵梨木板條厚度應(yīng)不超過表12-5-4的規(guī)定。艉軸承的安裝間隙Δ和極限間隙Δmax也可按下式計算：Δ=0.003d＋(0.50～0.75)(mm)Δmax≈4Δ(mm)式中：d——艉軸承直徑，mm。

艉軸承間隙一般是在距后艉軸承l(wèi)00mm處的垂直方向測量徑向間隙。

當(dāng)艉軸承間隙超過極限值而板條厚度尚未超過權(quán)限值時，采取以下修理方法：

(1)更換艉軸銅套來調(diào)整艉軸承間隙。新制銅套厚度允許加大到原設(shè)計厚度的1.25倍，可使艉軸承間隙減小至規(guī)定值；(2)在艉軸承下瓦鐵梨木板條與軸承襯套之間墊入整張銅皮，以減小艉軸承間隙。當(dāng)鐵梨木艉軸承間隙和板條厚度均超過極限值時，采取以下方法修理：(1)更換新艉軸承；(2)仔細(xì)檢查后根據(jù)具體情況局部換新；

(3)缺少鐵梨木材料時，采用上、下瓦對調(diào)的方法。表12-5-4CB／T3420-92鐵梨木和層壓膠木艉軸承間隙(mm)軸徑d更換安裝極限間隙板條極限厚度安裝間隙新制板條最小厚度≤1003.50—0.90-1.00—>100-1204.00—1.00-1.10—>120-1504.506.001.10-1.2011.00>150-1805.006.501.20-1.3012.00>180-2205.507.001.30-1.4012.00>220-2606.007.001.40-1.5013.00>260-3106.608.001.50-1.6514.00>310-3607.309.001.65-1.8015.00>360-4408.0010.001.80-2.0016.00>440-5008.7011.502.00-2.2018.00>500-6009.5013.002.20-2.4020.00>600-70010.5014.502.40-2.6022.002、油潤滑艉軸管裝置

白合金艉軸承的主要損壞形式有：過度磨損、擦傷、裂紋、剝落和燒熔等。白合金艉軸承產(chǎn)生磨損后使艉軸承間隙增大，檢測后與表12-5-5對照，以判斷其適用性。白合金艉軸承的安裝間隙Δ和極限間隙Δmax也可按下式計算：Δ=0.001d＋0.40(mm)Δmax≈4Δ(mm)式中：d——艉軸直徑，mm。

白合金艉軸承產(chǎn)生過度磨損、剝落和咬傷嚴(yán)重時，應(yīng)予以更換。當(dāng)艉軸承產(chǎn)生嚴(yán)重裂紋、過度磨損和燒熔時，應(yīng)重澆合金。表12-5-5CB／T3420-92合金軸承艉軸間隙(mm)3、軸封裝置1)水潤滑密封裝置

水潤滑尾軸承只設(shè)首端密封裝置。

由于填