机械设备和系统第1节轴系

船舶入级规范2002第4篇第4章第1节第1页挪威船级社第1节轴系A总则A100适用范围101轴系定义为：—轴—刚性联轴节如法兰联轴节、紧套联轴节、键联接、夹壳联轴节、花键联接等（顺从联接如齿形联轴节、万向轴联轴节、橡胶联轴器等在各自章节叙述）—轴承—轴封由合成材料制成的轴或联轴节应予以特殊考虑。第1节也涉及到螺旋桨的安装（对喷水推进器，叶轮的安装）、轴系对中和回转。102本节要求适用于按第2章第1节A200所列目的认可的轴系。而且，仅适用于锻钢或热轧钢轴。其他材料的轴基于与这些规则等同的考虑。103第2章描述了对所有旋转机械的一般要求，并作为第3、4和5章的基础。104标准设计的尾管油封应为认可型式的。A200轴系和联轴节的送审文件201轴、衬套和联轴节的图纸应提交认可。图纸应清楚的示出所有细节，如圆角、键槽、径向孔、切口、表面粗糙度、收缩量、锥面接触、锥度、螺栓预紧力、防腐保护、焊接要求等，也包括材质型号、机械性能和无损探伤说明等。对于最大直径＞250mm（不考虑法兰）的经淬火和回火的轴，按要求应提交热处理后锻件外型的图纸。202应给出适用载荷数据。载荷数据或载荷限定值应能足以进行B中要求的设计计算，即最少：P=最大持续功率（kW）或T0=最大持续扭矩（Nm）n0=在最大持续功率下的r.p.m对于带齿轮传动的装置，相关使用系数应给出，否则将使用上限值（见第3章第1节G-柴油机驱动）：KA=持续使用系数运行=1+0TTV=1+0VKAP=非频繁突变载荷的使用系数（如离合器啮合冲击载荷或星-三角启动电机开关）=0TTpeak=0peakKAice=冰区冲击载荷使用系数（对具有冰区船级符号的船舶），见第5篇第1章。ΔKA=使用系数，转矩范围（适用于可倒转装置）ΔKA=0max0))((reversedicePAk作安全简化时可假定ΔKA=2KA或2KAP或2KAice，取其中最大值。式中：TV=全速范围内持续运行时的公称扭矩（~90-100%n0）τv=全速范围内持续运行时的公称扭振应力τ0=最大持续功率时的平均公称扭转应力τmaxreversed=最大反向扭转应力，取全部速度范围内（τ+τv）的最大值（倒车运行）或τicerev（倒车运行）之间较大者。对于直接连接的装置（即装置中无弹性联轴节或齿轮箱），下列数据应给出：τv=全部速度范围内持续运行时的公称扭振应力。见第3章第1节G400扭振。τvT=临时运行时的公称扭振应力（如穿过限速区），相应的相关循环次数NC，见第3章第1节G400扭振。反向扭矩如限制，小于T0。对于所有型式的装置，计算相关弯曲应力所船舶入级规范2002第4篇第4章第1节第2页挪威船级社必需的参数应提交，见F和G。A300轴承和密封的送审文件301单独的推力轴承、尾管轴承和油封的图纸应提交认可。图纸应清楚的示出所有细节，如尺寸及公差、材质型号、和润滑系统（用于轴承）。（滚球和滚柱轴承的图纸不需提交认可）。对于主推力轴承，轴承壳和基座螺栓的机械特性应提交认可。302对于所有油膜轴承，关于必需的油膜厚度的最大许用载荷和最大许用运行温度，如适用，应予以规定。303轴油封的最大许用横向移动应予以规定。304制造厂关于轴承和油封的材质及零件的检查和试验的质量控制文件应按要求提交认可。A400轴系系统和动力学送审文件401轴系布置图应提交认可。图纸上应示出所有主要尺寸，如直径、轴承跨距、轴承支撑以及其他支撑，比如配油箱等。402应提交轴系对中说明书以备查。下列数据至少其中两个及其公差应给出：—相对于参考线的偏移—间隙和挠度值—顶升载荷403对于具有下述的推进装置，轴系对中计算书总应提交认可：—2个或更多小齿轮驱动飞轮的齿轮传动，甚至如果仅1根轴进入齿轮箱。—中间轴直径大于400mm。如需要，对于其他装置，整个轴系对中计算书也作要求。这种需要适用于含易受对中影响部件的装置。404回转振动或侧向转子振动计算书如需也作要求。通常，这意味着固有频率的确定。405轴向振动计算书如需要可作要求，见第3章第1节A501c）。B设计B100一般要求101设计原理见第2章第3节A100。轴系设计应满足所有相关负荷工况，如额定功率、反向负荷、可预见负荷、瞬时负荷等，包括装置可能的运行条件下的所有驱动工况。102101中规定的驱动工况下的负荷的确定在F、G和第3章第1节G中描述。B200轴系尺寸标准201轴系应设计得能防止疲劳失效和局部变形。详细设计标准在入级附注41.4中给出。对于大部分普通轴，其简化设计标准在206、207和208中给出。不在206、207和208假定范围内的轴系部件，如直接联接装置的高合成应力轴系部件，应采用详细设计标准。但是，对于在组合模式下运行的可调桨装置的轴系，由于假定其很快穿过转速禁区，瞬时振动标准可省略。满足详细设计标准或简化标准之一是足够的。此外，轴系应设计得能防止可能导致疲劳失效的锈蚀或有害磨损，也可参见402。202应考虑的主要负荷工况：—由零负荷至满负荷的变化、离合器啮合冲击载荷、反向扭矩等引起的低循环疲劳（103或104次循环）。在特殊情况下，如短距离运送高次循环（循环次数~105）也适用—由旋转弯矩和扭转振动引起的高循环疲劳（循环次数＞＞106）—冰区冲击载荷（循环次数为106~107），适用于具有冰区入级符号的船舶和破冰船—瞬时振动如穿过转速禁区时（循环次数为104~106）203对于要求抗拉强度大于800Mpa，屈服强度大于600Mpa的，材料光洁度尤其重要。要求材料的光洁度高于标准规定值。可参见第2章第5节。而且，要求采取特殊的经认可的防腐保护措施，见A201。204不锈钢轴应设计得能避免在海水保持未流通处（如键槽）产生气穴（水槽）。对于其他的非Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ级不锈钢材料，在表B2中给出规定，对其疲劳值和抗点蚀性应予以特殊考虑。205在入级附注41.4中详细给出的不同使船舶入级规范2002第4篇第4章第1节第3页挪威船级社用范围和标准的轴系安全系数至少应与表B1一致。206低扭振装置直径简化公式，如齿轮传动装置或带弹性联轴节的直接驱动装置。对各种设计特征直接估计最小直径的简化方法基于下述假设：—σy限制在0.7σb（仅为计算）—使用系数KA和KAP≤1.4，即对于具有冰区入级符号使用系数大于1.4的无效—在各种驱动工况下振动扭矩TV≤0.35T0—使用系数，扭矩范围ΔKA≤2.7—内径di≤0.5d，除纵向开槽的配油轴，di≤0.77d—防腐保护（通过油、油基覆层、材料选择或干燥环境）如果这些假设中任何一条不能满足，则必须采用入级附注41.4中的详细方法。通过简化方法得到的直径大于通过详细方法得到的。其区别为：—σB≤600MPa的低强度钢，其受切口影响低，且—σB＞600MPa的高强度钢，如淬火加回火合金钢和碳钢，含碳量高，假定其受切口影响高。A.低循环标准：d＝29k130yTk1—不同设计特征的系数，见表B2σy—屈服极限或0.2%的弹限强度，限制至600MPa，仅为计算B.高循环标准：d＝17.5k2612033017032.0））（（TM＋k＋　TbyMb＝弯矩（Nm），如由螺旋桨重量或在F300中述及的其它相关的因素引起的。对于由来自于关于齿轮轴T0的反力引起的弯矩，Mb将包括使用系数KA=1.35。k2，k3不同设计特征的系数，见表B2。采用A和B中得出的d值中较大者。但是，对于仅受扭矩的轴，根据A计算d值已足够。表B2使用系数k1，k2和k3设计特征仅扭转弯扭组合≤600k1＞600k1≤600k2＞600k2k3光轴Ra≤6.41.001.001.091.1313键槽（半圆），底部半径r≥0.015d，Ra≤1.61.161.271.431.468键槽（半圆），底部半径r≥0.05d，Ra≤1.61.281.441.631.6611法兰圆角r/d≥0.05，t/d≥0.20，Ra≤3.21.051.101.231.2619法兰圆角r/d≥0.08，t/d≥0.20，Ra≤3.21.041.091.211.2418法兰圆角r/d≥0.16，t/d≥0.20，Ra≤3.21.001.041.161.1816法兰圆角r/d≥0.24，t/d≥0.20，Ra≤3.21.001.031.141.1715螺旋桨法兰，r/d≥0.10，t/d≥0.25，Ra≤3.21.021.061.171.2017表B1轴系安全系数疲劳标准安全系数S低循环（NC＜104次应力循环）1.4高循环（NC＞＞3·106次应力循环）1.6穿过速度禁区的瞬时振动（104＜NC＜3·106次应力循环）S=1.4低循环标准和S=1.5高循环标准之间线性内插（logτ-logN图表）船舶入级规范2002第4篇第4章第1节第4页挪威船级社径向孔dh≤0.2d，棱边半径re≥0.5dh，Ra≤0.81.071.141.291.3218径向孔dh≤0.2d，无圆边，Ra≤0.81.101.191.361.3818热配合边，1个键槽1.001.051.151.2234热配合边，无键1.001.051.131.2228花键（渐开线型）1）1.001.001.051.1015凸缘圆角r/d≥0.02，D/d≤1.1，Ra≤3.21.051.101.211.2522凸缘圆角r/d≥0.1，D/d≤1.1，Ra≤3.21.001.031.141.1716凸缘圆角r/d≥0.2，D/d≤1.1，Ra≤3.21.01.011.121.1513退刀槽1），D/d=1.1，D-d≤2r，Ra≤1.61.001.041.151.1716弹簧圈槽，D-d≤2b，D-d≤7.5r，Ra≤1.61.171.281.381.4027配油轴上纵向开槽2），Di≤0.77d，0.05d≤e≤0.2d，（1-e）≤0.5d，0.35≤re/e≤0.6，Ra≤1.61.421.601）适用于开槽根部半径2）适用于仅1个开槽，即出口每180°207浸入海水的低扭振不锈钢轴直径简化公式。对各种设计特征直接估计最小直径的简化方法基于同206相同的条件，除了防腐保护现为防裂保护。这意味着如键槽两端应密封，206的计算适用于这种设计特征。3种材料区别，见表B3。简化方法仅对设计寿命对应于循环次数为109至1010次的轴有效。表B3不锈钢轴材料牌号主要结构主要合金元素机械特性%Cr%Ni%MoσBσy=σ0.2不锈钢Ⅰ奥氏体16-1810-14≥2500-600≥0.45σB不锈钢Ⅱ马氏体体15-174-6≥1850-1000≥0.75σB不锈钢Ⅲ铁素体-奥氏体（二相合金）25-274-71-2600-750≥0.65σBA.低循环标准：d＝29k130yTk1—不同设计特征的系数，见表B4对于具有反向扭矩的轴：公式应乘以1.02。对于喷水推进器叶轮轴（高幅值随机弯矩可能出现，见第5章第2节）：公式应乘以：(1＋6120))(34TMbB.高循环标准：d＝461203301））（（TM＋kTbMb—弯矩（Nm），如由螺旋桨或叶轮重量或在F300中述及的其它相关的因素引起的。k3—不同设计特征的系数，见表B4。采用A和B中得出的d值中较大者。船舶入级规范2002第4篇第4章第1节第5页挪威船级社表B4系数k1和k3A.低循环B.高循环设计特征2）不锈钢轴ⅠⅡ和ⅢⅠ，Ⅱ和ⅢK1K1K3光轴1.001.0414螺旋桨法兰r/d≥0.10，t/d≥0.251.041.1119热配合边，无键1.001.04341）根据表B32）表面粗糙度Ra＜1.6适用于所有设计特征208定距桨或带组合操纵器可调桨（螺距和速度调节组合）的直接联接装置的轴的简化计算公式：简化计算方法限于以下轴：—轴系的法兰，系数k＜1.15，法兰过渡处应力集中系数小于1.05—内径di＜0.4d—无键安装螺旋桨—无键安装联轴节—材料最小抗拉强度σB为560MPa，屈服极限σy为295MPa（仅适用于系数k＜1.15的轴）—λ=0.8以上无禁速区（λ=实际r.p.m/n0）轴直径d