GL规范 Ⅰ-01-02-04——主轴

A 概述

1． 范围

下列要求适用于标准的和已有型号的主轴系。比较奇特的设计形式须得到德劳氏的特别审核。

对于有冰区等级的船只，其强度系数应根据------所给的。如果螺旋桨的布局导致弯曲应力增加，德劳氏有权索要超出本节规定的螺旋桨轴尺寸。 2． 送审文件

下列文件均须一式三份交付送审：整个轴系的总图纸，从主机联轴器法兰到螺旋桨；轴，联轴器，及传送推进引擎转矩的其他部分的零件的详图；另外还有艉管封，艉管及轴轴承的铸塑树脂支架的详图及装置。

对于轴轴承装置，其对中计算（包括对中指示说明）均须呈交送审。根据德劳氏的允许，中间轴d＜200mm的，可不需对中计算。

上交的文件必须包含所有的必要数据，以保证可以进行应力计算。

B．材料

1． 认可的材料

螺旋桨，中间轴，推力轴以及法兰，夹紧联轴节均应当是锻钢；如合适，联轴节可以是铸钢。轧制圆钢可用于普通无法兰的轴。

一般来说，轴系（轴，法兰联轴节，螺栓/固定螺栓）的抗拉强度应在

400N/mm2 到800N/mm2 之间。但是，根据螺旋桨轴公式（2），用于计算材料系数的Cw 的Rm的值不应大于600 N/mm2 .

在一些特殊情形下，征得德劳氏的同意，耐蚀的熟锻铜合金可用于轴系。 2． 材料测试

轴系所有有助于船只推进装置扭矩传送的组成部件，均应该依据德劳氏规范Ⅱ--材料与焊接,并加以测试。该要求也适用于螺旋桨金属轴套。在海上运行，若轴是用塑料保护层保护，来防止海水渗透, 而不是用金属轴套，则其所用的保护层须经德劳氏同意。

C．轴尺寸 1． 概述

轴系所有部分的尺寸均照下面公式计算，符合------ 规定的扭转震动要求。轴系的尺寸应依据总额定安装功率。如果某部分的几何尺寸不能根据这些公式进行计算，则必须向德劳氏提供该部分或这些相关部分的机械强度的依据。 2． 最小直径

用公式（1）来计算最小轴直径 da≥ d≥ F.k. 3Pwdi4n1daCw (1)

d= 规定轴外径[mm]

di= 轴孔直径，若有。[mm]

如轴孔是≤0.4d， 1.0 可以用于 表达式

di = 1－

dada = 实际轴外径[mm]

Pw= 推进马达的额定功率 [kw] n =轴速度 [min－1]

F= 推进装置型号系数[－] a) 中间轴和推进轴 = 95

针对带有滑动联轴节的涡轮装置，发动机装置及电推进装置 = 100

针对其他推进装置 b) 螺旋桨轴 = 100

针对各种型号的装置 Cw = 材料系数[－]

560 = (2)

Rm160

Rm = 轴材料的抗拉强度 [N/mm2]（也另见 ---） k = 轴型号系数[－]

= 1.0 针对中间轴带有整体锻制的联轴节法兰或带有缩套无键联轴节法兰 = 1.10 针对中间轴，其联轴节法兰是通过键安装到轴末端。在离键槽至少0.2 d时， 这类轴的直径可减小，相当 k = 1.0

=1.10 针对中间轴带有径向孔，孔直径不超过0.3d

= 1.10 针对推力环普通轴承附近的推力轴，或轴向轴承附近的推力轴。该轴向轴承是滚子轴承设计

= 1.15 针对多花键轴设计的中间轴，其花键轴外径是d。花键面外侧，轴直径可减小至相当于 k = 1.0

= 1.20 针对中间轴带有纵向的槽，斜槽的长宽分别不超过1.17d 和0.25d = 1.22 针对后艉管处的螺旋桨轴，或螺旋桨彀前表面的轴托架轴承，当螺旋桨是无键的，缩套的，使用德劳氏认可的方法连到螺旋桨轴锥端，或螺旋桨是通过螺栓与法兰相连。法兰是锻接到螺旋桨轴上的。彀的直径最小 0.25 d。 = 1.26 如果螺旋桨是通过键连到有锥度的螺旋桨轴上，则针对在规定 k = 1.22 区域的螺旋桨轴

= 1.40 如果艉管内轴是用脂来润滑，则针对规定 k = 1.22区域内的螺旋桨轴 = 1.15 针对螺旋桨轴，其轴部分从艉管伸出。位于艉管前部的螺旋桨轴尺寸可减少至等于中间轴。

D 设计 1． 概述

通过减小锥度或充分修圆可以改变直径。对于中间轴，锻制法兰的半径至少是0.08d，后螺旋桨轴法兰的半径则至少是0.125d 2． 有锥度的轴和螺旋桨螺母

4螺旋桨有锥度的轴处的键槽应设计为：键槽的前端逐渐过渡至整个轴截面。另外，键槽前端应是勺状的。螺旋桨有锥度的轴螺栓表面处的键槽，其边缘不能是尖锐的。键槽前端应在螺旋桨彀之内。用于安放螺旋桨锁紧螺丝的螺纹孔应只能位于键槽后半部，见------

一般来说，用键连接的法兰联轴节，其锥度应在1：12到1：20。螺旋桨侧的螺旋桨轴锥度详细情况见-----

螺旋桨挡板螺母，其螺纹端外径应不少于计算所得主螺栓直径的60%。 3． 螺旋桨轴保护 3．1 密封

用油或脂润滑的螺旋桨轴，所用的密封材料性能应可靠，经德劳氏认可。密封件安装在艉管端部。见规范中螺旋桨轴篇里有关艉管外封件要求。

艉管，轴衬或螺旋桨（例如铬钢衬）处的锁紧件要保证永久的紧密性。德劳氏有权索要相应的证明。

为保护密封件，应当有一个保护绳索。

螺旋桨轴衬底座应当有效的防止海水的浸入。如果螺旋桨轴是用耐蚀材料制成，则不需要该螺旋桨处密封件。

等级标志是IW时，该密封件应当用一个这样的装置固定：船只在海上运行时，通过该装置，可以测量出轴承的游隙。 3．2 轴衬

3．2．1 当螺旋桨轴不是用耐蚀材料制成，并与海水接触时，则应当使用耐蚀金属衬套或其他经德劳氏同意的衬套，用以防止与海水接触。螺旋桨的密封件也应当性能可靠。

3．2．2 根据3.2.1 ，接触海水的金属衬套应单独成件。只有经德劳氏同意或特殊情形，衬套才能是由两部分或两部分以上组成。只要安装后，各部分相邻的边缘使用经德劳氏许可另行密封保护过，确保防水即可。这些边缘接头要经过特殊测试，检验其效果。

图4．1 螺旋桨轴处键槽设计

3．2．3 轴衬的最小壁厚

根据---- 金属轴衬套的最小壁厚s[mm]可由下面公式算得： s = 0.03d ＋7.5 （3） 其中

d = 衬套下轴直径[mm]

对于连续型衬套，轴承之间的壁厚可减小至0.75s 。 4． 联轴节

4．1 中间轴，推力轴联轴节法兰以及螺旋桨轴前端的联轴节法兰，其壁厚至少等于所研究的轴的计算直径的20% 。

当螺旋桨连到螺旋桨轴上的锻制法兰上时，该法兰的壁厚至少是规范中规定直径的25% 。

如果这些法兰的抗拉强度和轴材料的抗拉强度一样，则这些法兰的壁厚不应小于规范中固定螺栓的直径。

在公式（4），（5），（6），（7）中，将用到以下符号： A = 缩套支座的有效面积[mm2]

cA = 过盈接头系数，取决于驱动装置的种类 = 1.0 指齿轮柴油机和汽轮驱动 = 1.2 指直接联轴节柴油机驱动 C = 轴端的锥度[－]

锥度直径差 =

锥度长度

d = 夹紧联轴节处的轴直径 [mm] ds = 固定螺栓的直径[mm]

dk = 缩口螺栓的内喉部直径 [mm] D = 螺栓分度圆直径 [mm] E = 弹性模数 [N/mm2] f = 过盈接头系数[－]

Q= 过盈配合平均接头直径的圆周力 [N] n = 轴速度 [min－1]

p= 过盈配合接触压力 [N/mm2] Pw= 主动发动机的额定功率 [kw] sfl = 螺栓分度圆处法兰厚度 [mm] S = 轴系处过盈配合滑动安全系数[－] = 3.0 在发动机和齿轮之间 = 2.5 其他所有的 T = 螺旋桨推力 [N]

z = 固定螺栓或缩口螺栓的数量[－]

Rm = 固定螺栓或缩口螺栓材料的抗拉强度 [N/mm2] μo= 静摩擦系数[－] = 0.15

指液压过盈配合 = 0.18

指干性过盈配合 θ = 轴端半锥度[－] = C/2

4．2 用于连接法兰联轴节的螺栓一般都设计为固定螺栓。联轴节法兰面的固定螺栓最小直径可用下面公式计算：

106Pw ds=16  （4）

nDzRm4．3 在特殊情形下，当无法用固定螺栓时，德劳氏应同意使用相当的摩擦传动。

4．4 夹紧式联轴节所用的连接螺栓，其最小螺纹根部直径dk 计算公式如下： 106Pw dk=12  （5）

nDzRm4．5 缩口螺栓的轴应不小于0.9 倍螺纹根部直径。包括扭矩在内，如果如果要求螺栓连接处也应传送额外的力时，螺栓的大小也应相应的变大。 4．6 过盈配合联轴节

当轴用无键缩套联轴节（法兰或轴套）时，过盈配合的尺寸选择时应注意，各部分的最大 von Mises当量应力，在运行过程中，不超过具体材料屈服强度的 80%；在安装拆卸时，不超过95% 。

至于连接处防止打滑的安全系数，计算时会用到最大（理论）间隙。理论最大间隙是轴和孔的下偏差和所用的名义公差极限范围内的上偏差两者的差值。过盈配合接头处用以达到所需安全系数的接触压力p [N/mm2] ，可用公式 （6）和（7）来计算。 P=

（6）

Af “＋”号适用于圆锥收缩接头处，不带轴向止动装置来吸收倒车推力。 “－”适于圆锥收缩接头有轴向止动装置来吸收倒车推力。

 f = 02 （7）

S5． 轴系轴承

5．1 轴轴承的布置

艉管内外部轴轴承的布置应布置为：当装置是热的，不考虑船只负载情况， 轴承承受正反力。

通过合理的分布轴承，找正引擎或齿轮处的联轴节法兰与轴系的关系，应十分小心，确保装置热时，曲轴或齿轮轴上的切剪力或弯曲惯量不过量。通过把轴承分散足够远 ，采取一些步骤，确保如果船体偏移或轴承本身移动或损坏时，改变了一个或更多轴承的对中，这时衬套或齿轮轴轴承的反作用力不受到很大的影响。

轴承之间最大的许可距离值max 可用公式（8）计算： maxK1d （8） d = 轴承之间轴的直径[mm] K1 = 450

针对油润滑白色金属轴承 = 280

22222T2fcAQTT针对灰口铸铁，脂润滑的艉管轴承 = 280－350

针对艉管及轴支架处的水润滑橡胶轴承（上限仅用于特殊设计）

当轴的速度超过 350min-1 ，建议用公式（9）计算最大轴承分布。这样可以避免因为弯曲震动负荷过量。在模糊的情况下，轴系应进行弯曲震动分析。

d （9） n-1

n = 轴速度[min] K2 = 8400

指油润滑白色金属轴承 = 5200

针对脂润滑，灰铸铁轴承和艉管内部及尾轴支架的橡胶轴承 5．2 艉管轴承

5．2．1 在艉管内部，螺旋桨轴一般应当用两个轴承点支撑。短艉管里可不用前轴承。在这种情形里，至少应有一个独立式中间轴轴承。

5．2．2 当艉管内螺旋桨轴在以下地方工作：油润滑白色金属轴承里或合成橡胶或强化树脂或可以用于油润滑艉管轴承的塑料材料，则后艉管轴承和前艉管轴承的长度大约分别是2da 和0.8da 。

当轴是用白色金属轴承支撑时，接触负载不少与0.8MPa，若轴承是用合成材料制作接触负载不少与0.6Mpa 。在这种负载下，后艉管轴承的长度可减小至1.5da 。负载是根据静负荷计算，考虑到螺旋桨的重量。

5．2．3 当艉管内螺旋桨轴运行在这些轴承时：轴承是用铁梨木，橡胶，或可以用于水润滑的艉管轴承的塑料，则后艉管轴承和前艉管轴承的长度分别是4da 和1.5da 。

如果台架试验表明轴承有足够的负载能力，则轴承的长度可以减小。

5．2．4 如果螺旋桨轴在脂润滑灰铸铁轴套里运行，则后前艉管轴承应该分别大约是 2.5da 1.0da 。

脂润滑灰铸铁轴承的螺旋桨，其圆周速度不应超过2.5m/s ，最大为3m/s 。而水润滑橡胶和铁梨木轴承的螺旋桨轴的圆周速度分别不超过6m/s 和3m/s ，最大是4m/s 。

5.2.5 当螺旋桨轴在艉管内是靠滚子轴承运行，这些轴应采用弯曲滚子或轴承间隙变大的圆柱形滚子轴承。相对于没有反向作用的轴承轴，弯曲处应该足够大，以适应轴0.1% 的倾斜角。

使用滚子轴承时，应特别注意，应满足生产商规定的最小负载要求（建议进行轴调节）。 5．3 轴承润滑

5．3．1 轴系普通轴承及滚子轴承，其润滑材料及润滑剂的选择应满足海上运行的要求。

5．3．2 在艉管处使用润滑油或润滑脂时，应确保润滑油脂会润滑到艉管轴承的前部和后部。

在润滑脂润滑中，前轴承和后轴承各应配一个润滑脂连接器。如果可能，应使用一个轴驱动的润滑脂泵以保证润滑脂供应不间断。

当轴在艉管中的润滑油工作时，应安装一个集管油箱。油箱的高度应高于船只的装载线。应有测量油水平的工具，以便随时测量。 maxK2应指明后艉管轴承的温度。也可用直径小于400mm 的轴指示艉管油温度。在这种情形下，温度传感器应放在后艉管轴承附近。 船只有自动化机械设置的，应符合---- 5．4 艉管接头

油润滑的艉管应安装填油连接，检测接头，排放接头以及通气管。

当螺旋桨在海上运行时，应在填油接头处前艉管轴承前部安装一冲洗管。 5．5 铸造树脂安装

铸造树脂材料的艉管及艉管轴承，铸造树脂部分的中间轴轴承支座，其安装应由德劳氏认可的公司执行，且有德劳氏的检验员在场。 只有德劳氏认可的铸造树脂才可以用于支座。 要注意铸造树脂生产商规定的安装说明。 5．6 轴对中计算

应通过对中计算来证明轴轴承，齿轮箱轴承和电机轴承满足相应的工作条件。因此，所有的基本的静影响，动力影响，热影响都应加以考虑。

上交的计算报告应包括所使用到的全套输入数据。要公布引起的轴缺陷，弯曲应力，轴承负荷，具体制造者要求。

应有对中程序说明，指明船上的任务，列举开口法兰接头允许的凹陷值或轴承千斤顶的负荷。

船上的最终对中应用适当的测量方法检验。检验须是在海上进行，有验船师在场。

E 压力测试 1．轴衬套

精加工时在安装之前，轴衬套应当用2 巴压力进行液压紧密性测试。 2．艉管

精加工时在安装之前，铸造艉管应在 2 巴压力下进行液压测试其紧密性。安装之后要进一步进行紧密性测试。

对于用焊接钢板生产的艉管，在船舱艉管进行压力测试时，测其紧密性即可。