蒋袁
舟山万达船舶设计有限公司，浙江 舟山，316021
摘要：轴系是许多机械系统的重要组成部分，它的可靠工作是保证这些系统安全运行的基本条件，其工作状态历来受到人们的关注。如果轴系设计质量欠佳，将会引起机体振动、传动系统零部件损坏、轴承过度磨损、甚至轴折断等事故，不仅会中止机械系统的正常运行，也会危及工作人员的生命安全，因此对轴系必须进行深入的研究，以利于其正确的设计、制造、安装和检验。
关键词：船舶轴系，轴系校中，技术问题，分析研究
1引言
船舶推进轴系校中是船舶推进系统设计建造过程中的重要环节，校中质量直接关系到轴系的工作可靠性，从而影响民用船舶的正常营运和舰艇的战技术性能。因此，如何应用先进的理论方法和现代化设计计算手段，进一步提高轴系校中计算的可信度和轴系校中质量，一直是船舶设计及建造部门极为关注的课题，近年来也取得了一些进展。尽管如此，相关文献的研究也表明，轴系校中不良仍是引发轴系故障的重要原因，根据劳氏船级社多年收集的轴系故障案例，从理论、实验及轴系运行管理等多角度深入剖析了故障发生原因，认为，轴系校中特性是除振动特性以外对轴系工作可靠性影响最大的一项内在因素。这些现象说明，有必要对与轴系校中相关的技术问题作更全面、深入的研究。
2船舶推进轴系的主要结构
船舶推进轴系安装时,由前向后分为是动力源主机、主要动力传输艉轴及轴承，螺旋浆旋转对水的推力经轴系传输回到主机，经与主机连接的基座作用使船舶运动，轴系部件通过联轴器、锥面压装与对接法兰进行连接。螺旋桨是船舶前进推力的起源点，轴系将水的反作用力传输给船体。螺旋桨分为固定与可调节螺距桨；艉轴后端连接螺旋桨，穿过尾轴管前后轴承后；前端与中间轴连接，尾轴穿过前后轴，直接摩擦前后轴承。安装在尾轴管前后端的尾轴轴承多为双轴承，对尾轴承的加工精度提出了很高要求，制造材料通常选用树脂或白合金。船舶推进轴系应根据其设计要求，选择是否安装中间轴；中间轴安装时，两端法兰螺栓多通过压装方式安装。
3轴系校中原理
组成船舶轴系的各根轴段通常用法兰联轴器连成轴系，毗邻两根轴以其法兰连接，通常用偏移δ与曲折φ表示连接法兰的偏中。轴系校中时，调节毗邻两轴位置，如不计法兰轴端自重下垂影响，可认为轴系具有直线性。在实际校中时，完全达到各法兰偏移和曲折为零往往是非常困难的，所以允许法兰存在小的偏中值，允许偏中值在以往有关规范中有着严格的规定。
4船舶推进轴系校中所用的方法研究
4.1建立简单模型
建立简单的模型是推进轴系校中中比较常用的方式，这种简单模型是建立在静态校中的基础之上的。其主要方式是将轴系当做是刚性连续梁，将这个刚性连续梁的总长度作为整个推进轴系的总长度，然后由推进轴系的螺旋桨沿着整个轴线想爱你前指导主体内部。在整个模型的建立过程中应该注意的是对螺旋桨重量的简化处理，因为在建造模型的时候可以将螺旋桨看作是一种集中的符合，而螺旋桨又是沉浸在水中的，所以处理的时候要考虑到浮力对其的影响。
4.2传递矩阵法
所谓的传递矩阵法就是指对有多个输入和输出的推进轴系线性系统，利用矩阵的方式来表示其中的线性系统。在常规的传递矩阵方式之中，矩阵中的弹性构建可以组成船舶的整个推进轴系。然后利用线性的理论对其进行理论分析，推进轴系在其中被分为了几个轴端，每个轴段的一侧都会和其相邻的另一侧相互关联，几个轴段通过这样的关联方式形成矩阵。
推进轴系在不同的受力状态之下可以对传递矩阵进行不同的分析，以对推进轴系进行准确的校中。并且利用传递矩阵法进行校中的时候可以充分的考虑不到温度变化。水的浮力、发动机的动力对推进轴系的影响，所以这一方式被广泛的应用。
4.3有限元法
有限元法即指将物体离散为有限个单元，同时这些单元优势具有一定关系的组合体。在进行推进轴系校中的时候可以将这些离散的单元通过某种方式进行一定的组合，进而对推进轴系进行准确校中。有限元法能够将不容易解决的问题离散为相互关联的单元组合进而降低问题解决的难度。所以利用有限元法对推进轴系的安装进行校中可以大大降低校中的难度，提高校中的精确性。
4.4合理校中优化研究
船舶推进轴系中轴承的布置是至关重要的。在设计阶段主要通过轴承间的合理间距，确定支承轴承的数量；在轴系安装阶段通过调整轴承的垂向位置，使轴系中各轴承的负荷在合理的范围内，以满足相关规范的要求，即轴系的合理校中。轴承轴向位置的优化以轴承轴向位置作为设计变量，以轴承的最小及最大间距为约束条件；以中间轴承的轴向位置对其他各轴承的负荷综合影响最小为目标；采用最优化算法进行求解，确定轴承轴向的最优位置。
轴系的合理校中优化就是对轴承垂向位置进行优化。 一般选取各轴承的变位值为设计变量，轴承实际负荷、后艉轴承截面转角等不超过规定值等为主要约束条件；以后艉轴承负荷尽可能小、大齿轮轴前/后轴承负荷尽量相等（对齿轮传动系统）、中间轴承与主机最后一道轴承负荷差最小和主机轴承变位尽量相等（直接传动轴系）目标中2个或3个作为目标函数进行优化。 在多目标优化中，采用层次分析法确定各因素的权重，运用多目标优化算法，获取轴承的最优垂向变位值。
5轴系校中的关注要点
在进行轴承实际负荷的测量过程中，如果施工在某些环节上出现差错，就会影响轴系校中的质量。在进行轴系校中施工过程中应重点关注以下要点：(1)现场施工条件须符合要求。进行轴承实际负荷测量前，轴系临时支承均应拆除，轴系无任何附加物。施工环境要安全整洁，在机舱应无振动和施焊作业的干扰，螺旋桨吃水状态满足计算书的要求。(2)检查各组法兰的偏移和开口，其误差一般不应超过0.08mm。(3)必须事先核实压力表已经计量室检验合格、液压顶升器的面积、油泵应无渗漏现象。(4)测量中间轴承实际负荷时，需按照工艺文件的要求在基座旁焊一个支座，放置液压顶升器，液压顶升器的支点位置应与计算书的要求部位一致。(5)在液压顶升器的油压逐渐升压或降低过程中，读取数据时，需待油压稳定一段时间后读数，防止百分表读出的数据与真实数据不符造成误差。(6)无阻力油压P是一个非常关键的数据，对计算轴承实际负荷影响较大。在绘制液压顶升器压力与轴位移的曲线图时，应力求精确，以求取的无阻力油压。(7)各道轴承负荷测量完后，应及时绘制出相应的曲线图，得出测试结果，以便于现场及时对负荷测量结果进行研究处理。实际负荷与计算值的误差，一般应不超过计算值的20％，主机主轴承至少为正负荷。如不满足计算书的要求，需重新进行调整，再次测量。(8)对柴油机直接传动轴系，应检查柴油机曲轴曲柄拐档差，且应符合柴油机的技术要求。
6结语
船舶推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分,包括从主机输出端推力轴承直到螺旋桨之间的传动轴以及轴上的附件,其主要功能是,将船舶主机发出的功率传递给螺旋桨,使螺旋桨产生转动,同时又将螺旋桨旋转时产生的推力传给船体,推动船舶前进。轴系的振动直接影响到轴系中各轴承的受力,可能导致柴油机、传动装置与轴系的故障导致机架振动,并通过双层底诱发船体梁垂向振动,以及上层建筑的纵向振动导致尾轴管早期磨损等等,这些都直接影响船舶航行性能和安全性,所以对轴系校中的研究具有十分重要的意义。
参考文献
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