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項(xiàng)目：傳動(dòng)軸計(jì)算,能力目標(biāo)：掌握傳動(dòng)軸的基本直徑計(jì)算；掌握傳動(dòng)軸的強(qiáng)度計(jì)算。知識(shí)目標(biāo)：掌握傳動(dòng)軸的基本直徑計(jì)算；掌握傳動(dòng)軸的強(qiáng)度計(jì)算。,傳動(dòng)軸的計(jì)算主要包括傳動(dòng)軸的基本直徑計(jì)算和強(qiáng)度校核兩方面內(nèi)容?；局睆接?jì)算按照相關(guān)的船舶規(guī)范進(jìn)行。強(qiáng)度校核則是計(jì)算靜載荷下的合成應(yīng)力，再根據(jù)由經(jīng)驗(yàn)所確定的許用安全系數(shù)來(lái)考慮動(dòng)載荷的作用。,㈠按《鋼質(zhì)海船入級(jí)與建造規(guī)范》計(jì)算軸的基本直徑,軸的直徑d應(yīng)不小于按下式計(jì)算的值：,式中：d—軸的直徑mm；F—推進(jìn)裝置型式系數(shù)；F＝95，對(duì)于渦輪推進(jìn)裝置具有滑動(dòng)型聯(lián)軸節(jié)的柴油機(jī)推進(jìn)裝置和電力推進(jìn)裝置F＝100，對(duì)于所有其他型式的柴油機(jī)推進(jìn)裝置C—不同軸的設(shè)計(jì)特性系數(shù)具體數(shù)值見表2－14；ne—軸傳遞的額定功率，kW；Ne—軸傳遞Ne的額定轉(zhuǎn)速，r/min；σb—軸材料的抗拉強(qiáng)度。對(duì)于中間軸若＞800MPa時(shí)，取800MPa；對(duì)于螺旋槳軸和尾管軸若＞600MPa時(shí)，取600MPa。,表2－14不同軸的設(shè)計(jì)特性系數(shù),表2－14的說(shuō)明,①法蘭根部過渡圓角半徑應(yīng)不小于0.08d。②至少在鍵槽及從鍵槽兩端延伸到0.2d的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，C取1.10。在這個(gè)范圍以外，軸的直徑可以減至以C＝1.0的計(jì)算直徑。鍵槽底部橫截面的過渡圓角半徑應(yīng)不小于0.0125d。③至少在孔及從孔兩邊緣延伸到0.2d的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，C取1.10。在這個(gè)范圍以外軸的直徑可以減至以C＝1.0的計(jì)算直徑。鏜孔直徑應(yīng)不大于0.3d。④至少在槽及從槽兩邊延伸到0.3d的長(zhǎng)度范圍內(nèi)，C取1.2。在這個(gè)范圍以外，軸的直徑可以減至以C＝1的計(jì)算直徑。鍵槽長(zhǎng)度應(yīng)不大于1.4d，寬度應(yīng)不大于0.2d。⑤當(dāng)遇到軸上有多種型式時(shí)，則其修正時(shí)，多個(gè)系數(shù)應(yīng)連乘計(jì)算。⑥其中d為以C＝1.0時(shí)計(jì)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(jì)算所得數(shù)值，如果這部分軸段長(zhǎng)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(zhǎng)度不小于規(guī)定直徑的2.5倍。,㈡按《內(nèi)河鋼質(zhì)船舶入級(jí)與建造規(guī)范》計(jì)算軸的基本直徑,軸的直徑d應(yīng)不小于按下式計(jì)算的值：,式中：d—軸的直徑mm；K—不同軸的設(shè)計(jì)特性系數(shù),按表2－5－9(1)、(2)選?。籲e—軸傳遞的額定功率，kW；Ne—軸傳遞Ne的額定轉(zhuǎn)速，r/min；σb—軸材料的抗拉強(qiáng)度。對(duì)于中間軸，若＞800MPa時(shí)，取800MPa；對(duì)于螺旋槳軸和尾管軸，若＞600MPa時(shí)，取600MPa。,,表2－15（1）用于中間軸、推力軸的K值,注：①在鍵槽底部橫截面處的圓角半徑不得小于0.0125d。②孔徑應(yīng)不大于0.3d。③縱向槽的長(zhǎng)度應(yīng)不大于1.4d；寬度應(yīng)不大于0.2d。④距鍵槽端、橫孔邊緣0.2d長(zhǎng)度以及距縱向槽道端0.3d長(zhǎng)度以后的軸及推力軸在距推力環(huán)長(zhǎng)度等于推力軸直徑以外的軸徑可以逐漸減少到以K＝1算得的直徑。,表2－15（2）用于螺旋槳軸的K值,注：①軸直徑可逐漸減小到按公式計(jì)算的中間軸直徑。,㈢傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核,傳動(dòng)軸在工作時(shí)，同時(shí)受到扭轉(zhuǎn)、彎曲和壓縮三種負(fù)荷，不僅承受靜載荷，而且還有附加動(dòng)載荷作用，受力情況很復(fù)雜，目前普遍采用的傳動(dòng)軸強(qiáng)度校核方法，是在按規(guī)范計(jì)算出傳動(dòng)軸基本軸徑的基礎(chǔ)上計(jì)算靜載荷下的合成應(yīng)力，再根據(jù)由經(jīng)驗(yàn)所確定的許用安全系數(shù)（見表2－17）來(lái)考慮動(dòng)載荷的作用，是一種近似計(jì)算方法。,⒈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(gè)問題：⑴軸的負(fù)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)取大些；剛性連接的傳動(dòng)軸受到主機(jī)交變扭矩負(fù)荷，材料易疲勞，其安全系數(shù)應(yīng)比柔性連接的傳動(dòng)軸要大些。⑵材料的特性：如選擇合金鋼，其安全系數(shù)比碳鋼要高，⑶船型：軍用船舶的軸徑是按照最大負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算的，但是實(shí)際上軍用船舶多在較輕負(fù)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)。,⒈中間軸的強(qiáng)度校核,將軸看成一根自由放置在兩支點(diǎn)上的等截面的簡(jiǎn)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）。⑴由主機(jī)扭矩引起的剪應(yīng)力τ=Mt/WwN/m式中：Mt―主機(jī)最大功率時(shí)扭矩；Mt=9550Pmax/nmaxiηN/m式中：Pmax—傳遞的最大功率，KW；nmax—最大功率時(shí)的轉(zhuǎn)速，r/min；i—減速箱的減速比；η—減速箱的傳動(dòng)效率；Ww―中間軸抗扭截面模數(shù)：Ww=πdz3（1-m4）/16式中：dz—中間軸直徑cm；m―中空系數(shù)：m=do/dzdo―中孔直徑cm,,⑵由中間軸重量所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力：σw=Mw/WwN/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(jì)算，也可以用工程力學(xué)的方法計(jì)算）；Ww：中間軸抗彎截面模數(shù)：Ww=πdz3（1-m4）/32式中：dz—中間軸直徑cm；m―中空系數(shù)：m=do/dzdo―中孔直徑cm,⑶由螺旋槳推力產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力：σy=T/FwN/cm式中：T：螺旋槳最大推力，N；Fw：中間軸截面積，cm⑷由安裝誤差引起的彎曲應(yīng)力附加應(yīng)力：按經(jīng)驗(yàn)選取，σw1=1471.5～2943N/,⑸合成應(yīng)力：σH={(σw+σy+σw1)2+3τ2}⑹安全系數(shù)：其安全系數(shù)應(yīng)滿足下式要求：按經(jīng)驗(yàn)選取，k=σs/σH＞［k］式中：σs—材料屈服強(qiáng)度；σH―傳動(dòng)軸合成應(yīng)力；［k］―許用安全系數(shù)。,⒉螺旋槳軸的強(qiáng)度校核,⑴由主機(jī)扭矩引起的剪應(yīng)力τ；⑵由螺旋槳推力產(chǎn)生的壓應(yīng)力σy；⑶合成應(yīng)力σH=（σy2+3τ2）式中：ξ——彎曲應(yīng)力系數(shù)，ξ＝1.02～1.06⑷安全系數(shù)：其安全系數(shù)應(yīng)滿足下式要求：按經(jīng)驗(yàn)選取，k=σs/σH＞［k］式中：σs—材料屈服強(qiáng)度；σH―傳動(dòng)軸合成應(yīng)力；［k］―許用安全系數(shù)。,,⒊轉(zhuǎn)矩作用下的軸扭轉(zhuǎn)角度的校核計(jì)算,⑴傳動(dòng)軸所發(fā)生的扭轉(zhuǎn)角度：φ=18000Mt/IpGπN/m式中：Mt―傳動(dòng)軸最大扭矩；G―傳動(dòng)軸材料的剪切彈性模數(shù)，N/cm2Ip―傳動(dòng)軸的截面慣性矩，cm4Ip=πd3（1-m4）/32式中：d—軸直徑cm；m―中空系數(shù)：m=do/dzdo―中孔直徑cm,,⑵校核要求:φ=≯［φ］式中：［φ］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。,,⒋鍵強(qiáng)度校核,對(duì)于完全用鍵來(lái)傳遞扭矩時(shí)，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(qiáng)度應(yīng)等于或大于軸材料的抗拉強(qiáng)度。BL≥d3/2.35dm式中：B—鍵的寬度，mm；L—鍵的有效長(zhǎng)度，mm；d—計(jì)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,