船舶轴系校中计算方法分析
时间：2020-12-15 08:02:25 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：本文从建立船舶轴系对中计算坐标系开始，分别介绍三弯矩法、传递矩阵法、有限元法三种计算方法的基本原理及其要点，并对三种方法进行简要的比较分析。
关键词：轴系；校中计算；分析
中图分类号：U664.2 文献标识码：A
Ship’s Shafting Alignment Calculation Methods
ZHOU Guangling
（ Guangzhou Shipyard International Co.， Ltd. Guangzhou 511462 ）
Abstract： Starting from building coordinate system for ship’s shafting alignment calculation， this paper introduces the basic principles and key points of the three-moment， transfer matrix and finite element methods of the shafting alignment calculation respectively， compares and analyzes the three methods briefly.
Key words： Shafting； Alignment calculation； Analysis
1 前言
目前軸系校中计算方法基本都采用静态校中方法，它假定轴系各个轴承为刚性支点，推进轴系视为刚性铰支上的连续梁。其使用较为广泛的计算方法有三种：三弯矩法；传递矩阵法；有限元法。
2 坐标系及模型的简化处理
2.1 坐标系的建立
选取船舶螺旋桨末端作为坐标系原点；选取船舶校中轴系的理论中心线作为x轴，其正向指向船首；过原点垂直x轴的作为z轴，其正方向向上；规定y轴以面向船首指向右舷为正方向。由XOZ组成的平面，称为XZ平面或垂直平面；由XOY组成的平面，称为XY平面；XZ平面上各参变量的符号与正方向规定，见图1；XY平面上各参量的正方向规定，同XZ平面。
P集中载荷；q均匀载荷；Zb轴承变位；θ轴截面转角；Qi轴截面剪力（i=1，2，3）；
M1、M2弯矩；m外加力偶；Ri轴承支反力（i=1，2，3）
图1 轴系校中计算
2.2 实际轴系的简化处理
在船舶轴系校中计算过程中，需要对船舶轴系进行相关的假设和简化，通常将船舶轴系简化成连接在一个刚性绞支架的连续的梁部件。对于尾轴、中间轴、推力轴和减速齿轮箱等大构件的自重，简化为均布载荷处理；对于桨轴螺母以及轴套简化为均布载荷处理；对于船舶尾轴浸水和浸油的轴段，需要考虑水或油产生的浮力对轴段的影响。若轴段浸油则取自身重量的90%，而轴段浸水则取自身重量的87%。
作用在船舶轴系上的载荷，如螺旋桨、推力盘和大齿轮等，其与相应的船舶轴系轴段等轴径部分，则简化为均布载荷进行处理。
（1）船舶螺旋桨的简化处理
在船舶轴系校中计算中，通常把螺旋桨重量简化为集中载荷来处理；而船舶航行时，则还需要考虑水浮力对其的作用影响。
①若船舶螺旋桨全部浸入水中，则其重量按下式计算：
（1）
式中：Wp—轴系中螺旋桨重量，（N）；
Wa—船舶螺旋桨重量，（N）；
ρp—船舶螺旋桨密度，（kg/m3）；
ρsw —海水密度，（kg/m3）。
在一般情况下，允许取近似值为：Wp= （0.869～0.817）xWa
②若船舶螺旋桨部分浸水时，则其重量按下式计算：
（2）
式中：Wsw —船舶螺旋桨浸水重量，（N）；
Wns —船舶螺旋桨自身重量，（N）；
在一般情况下，允许取近似值为：Wp =（0.935 ～ 0.947）x W
船舶螺旋桨的重量作用点的选取，一般情况下，取其桨叶中心线0.7R处和船舶螺旋桨轴线的垂直交点位置，或是取螺旋桨桨毂中心点的位置。
（2）轴系浸水与浸油的简化处理
在轴系校中计算中，应考虑轴系浸入滑油和浸入水中的影响。通常，对于船舶轴段浸入滑油的情况，可取船舶螺旋桨自身重量的90%；对于船舶轴段浸入海水的情况，可取船舶螺旋桨自身重量的87%。
（3）船舶大齿轮轴、中间轴、尾轴等的简化处理
在轴系校中计算中，对于其中的推力环、减速大齿轮、飞轮以及各个连接的法兰，通常作均布载荷或集中载荷处理。当采用集中载荷处理时，应取和其相对应的船舶轴段等轴径的轴段；若采用均布载荷处理时，其另外轴段选用集中载荷来简化处理。而且在采用载荷计算过程中，应取推力环、齿轮中横剖面、飞轮或者各对轴法兰的连接截面和轴系轴线的交点作为选取点。
（4）主机曲轴的简化处理
在对船舶主机进行简化处理时，认为主机曲轴和主轴颈为光滑的等轴径的轴，并且按均布载荷处理。十字头、连杆活塞以及主轴颈等进行往复旋转的部件，其质量都简化为集中载荷处理并叠加在与之相对应的曲柄销轴的中心位置。其实对于船舶主机内各气缸的运动部件质量，有些主机服务商建议不考虑，而是通过把主机内的曲轴简化为变直径的均匀轴段来处理。
（5）各轴承支点的选择
船舶轴系校中计算中，应考虑船舶螺旋桨悬臂的影响作用，进而使轴系中轴承实际承压中心往后推移。
对于尾轴后轴承的支点空间位置的选取，各个船级社有着不同的规定：
