船舶軸系校中方法及影響因素分析

陳海斌

（中海散貨運輸有限公司技術部，廣東 廣州510220）

0 引言

所謂船舶軸系校中就是指按一定的要求和方法，將軸系敷設成某種狀態下的軸系，其全部軸系上的負荷及軸系段內的應力數值都處在允許范圍之內，從而保證軸系持續正常運轉。

1 船舶軸系校中的方法

1．1 按直線性校中原理校中

以往曾以為將整根軸系直線安裝是合理的，因此，在進行軸系校中時力求盡可能地將尾軸、中間軸、推力軸及發動機軸排成一條直線，從而保證軸系基本在無彎的狀態下運轉。根據直線校中原理在生產中常應用的校中方法有：

1．1．1 用直尺及厚薄規測量偏移、曲折

連接法蘭上的偏中值一般是采用直尺和厚薄規進行測量，并進行簡單的計算而得。為便于測量，在兩連接法蘭端之間應有0．5～1 mm的間隙。

1．1．2 用兩對指針測量偏移、曲折

用指針法可提高軸系的找中精度，在測試過程中，兩相鄰軸是轉動的，而偏移和曲折取其轉動前后的平均值，即計算兩軸中心線的偏差值，這樣可以避免軸法蘭機械加工誤差對軸系找中精度的影響。

1．1．3 用光學儀器校中

用光學儀器校中軸系時，通常是將儀器裝在與軸系連接的減速器大齒輪軸上，或者裝在主機曲軸的尾法蘭上，并且預先按軸系中線將減速器或主機校中好，這時光學儀器所發射的十字線就是其后校中軸系各部件的基準。

1．1．4 用法蘭方法校中

按法蘭上嚴格規定的偏中值校中軸系的方法簡便易行，所以目前在我國船廠中使用較多。采用這種方法校中軸系時，通常是將尾軸先按軸系理論中線安裝好，再以尾軸的法蘭為基準，由船尾向船首方向逐段地調整中間軸及推力軸的位置，使各對連接法蘭上的偏移和曲折值不超過規定的偏中值。最后，以推力軸的前法蘭為基準進行主機定位。

1．2 按軸系上允許負荷用測力計校中

1．2．1 長軸系采用彈簧測力計校中

采用彈簧測力計進行長軸系測力校中是目前在生產中安裝長軸系的一種校中方法。其工藝過程如下：（1）將中間軸系吊放在基座面板上。在各個軸系的螺栓孔中對稱地裝2個調節螺栓，以便在校中時調節軸承的位置。（2）將中間軸吊放在中間軸承上。假如按軸系結構每根中間軸只用1個軸承支撐，這時則需在每根中間軸下增設1個臨時支撐。（3）將整個軸系按連接法蘭進行粗略校中，但中間軸與發動機軸或減速器軸的連接法蘭則需嚴格對中，保證法蘭上的偏移≤0．1 mm，曲折≤0．1 mm／m，從而避免由于軸系安裝彎曲而影響發動機或減速器正常工作。（4）在任何一個中間軸承的螺栓孔中對稱地裝2個測力計。在軸承蓋與軸頸之間放入軟墊塊，并擰緊軸承蓋的壓緊螺栓，將軸頸在軸承內壓死，以避免轉動而影響對水平載荷的測量。（5）放松軸承上的調節螺栓，使測力計受力。記錄各軸承左右2個測力計上的負荷，按公式計算每個軸承上垂直平面及水平平面上的實際負荷。（6）軸承經測力計校中合格后，在軸承下配制墊塊，之后用基座螺栓將軸承緊固在基座上。（7）若軸系的測力校中是在船臺上完成的，在船下水后應松開軸系與發動機或減速器的連接法蘭，檢查這對法蘭上偏移和曲折值是否超過1．2．1（3）中的允許范圍；若超過，則應該作必要的校正。

1．2．2 短軸系采用測力計校中

短軸由于軸系的韌性差、剛性大，在尾軸與發動機軸偏中不大的情況下，也會在有關軸承上引起很大的附加負荷，在軸內引起很大的彎曲應力。故對短軸的校中應嚴格控制各軸承上的附加負荷，使其不超過允許的范圍。

在校中前，將中間軸與尾軸連接起來，在中間軸軸承上裝上測力計測中間軸承上負荷。然后軸系按軸承負荷校中好后，以中間軸的前法蘭為基準，按照法蘭上規定的允許偏中值進行發動機的最后定位工作。

1．3 按軸承上合理負荷校中

所謂軸承合理校中，其實質是在遵守規定的軸承負荷、應力、轉角等限制條件下，通過校中計算從而確定各軸承的合理位置，將軸承安裝成規定的曲線狀態，來達到使各個軸承上的負荷合理分配的目的。其重點在于軸承上各負荷的計算。

該方法較之常用的各種校中方法，主要優點是校中計算已成為船舶軸系設計不可或缺的一個重要環節，實現了設計、工藝一體化，故能更好地改善軸系各個軸承尤其是尾軸管和減速箱大齒輪軸承的負荷狀況，提高軸系的運轉質量。

應說明的是，在實踐中為簡化計算方法，常采用試錯法來代替線性規劃法以確定軸系校中各個軸承的合理位置。其合理校中的計算內容如下：（1）進行軸系各機構要素的處理，建立軸承計算的物理模型；（2）計算按直線校中時軸系各支座處的彎矩、反力、撓度及截面轉角；（3）計算能表征軸承負荷與位移關系的軸承負荷影響數；（4）根據給定的約束條件，用線性規劃法或試錯法確定軸承的最佳位移或合理位移量，計算軸系有關連接法蘭上允許的偏移、曲折值；（5）根據軸承位移及軸承負荷影響數從而求出軸承上的實際負荷；（6）計算當采用頂舉法檢驗軸承負荷時的軸承負荷頂舉系數。

2 影響軸系校中質量的因素

2．1 傳動軸的加工誤差

傳動軸（包括尾軸、中間軸、推力軸）在加工制造時必須按規定的精度要求進行加工。若加工誤差過大，傳動軸對軸系校中的質量就會造成不良的影響。

2．2 軸系的安裝彎曲

在安裝軸系時，為獲得良好的校中質量，往往將軸系按一定的彎曲狀態敷設，這就是軸系的安裝彎曲。然而當軸系存在安裝彎曲時，在各支承軸承上就會存在附加負荷，該附加負荷的大小及方向由軸系的彎曲度及方向所決定。

2．3 船體變形

船體在安裝軸系范圍內發生變形則會引起安裝在其上的軸系隨之發生彎曲。軸系的這種彎曲是附加的，并且往往是難以控制的。

船體變形通常分為總體變形和局部變形2類。船體總體縱向變形產生的原因是：新船航行初期焊接應力的重新分布、太陽或水溫造成船體各部溫度不均、船舶下水后船體支承力的變化、船體裝載量的變化等。船體局部變形的原因主要有：船體焊接應力的重新分布、船臺上龍骨墩對船底的支持力與船下水后的浮力有顯著的差別、船體局部區域遭受集中載荷等。

2．4 軸法蘭端下垂

目前，在許多情況下軸系校中是以已定位好的尾軸或主機曲軸的連接法蘭為基準，按連接法蘭上的允許偏中值將中間軸逐段地進行校中。在這種情況下，如不考慮各軸端因自重或其他載荷的作用而引起軸系下垂的影響，校中時就會出現偏差。基于這種情況，在按連接法蘭校中時，需將所測得的兩連接法蘭上的偏移值δ及曲折值φ按法蘭的下垂量及偏轉度進行修正。

2．5 軸系的結構設計

船舶軸系的結構設計對軸系校中的影響主要是軸系跨距是否合理，這種影響經常被設計者所忽視。根據理論計算，軸系在具有相同偏中值的情況下，軸承上所產生的附加負荷大小與軸承跨距成反比。這就是說，在允許軸承上有相等的附加負荷條件下，軸承跨距越大，則允許的偏中值就越大。這就等于在校中時放大了軸系的安裝誤差，在運轉時允許軸系有更大的彎曲而不致發生事故。

影響軸系校中質量的因素很多，除上面幾種之外，還包括尾軸管軸承中的油膜、海水或潤滑油壓力、減速齒輪箱運轉時溫度上升等。在研究軸系校中質量時，這些因素均應予以考慮。

3 結語

軸系校中的質量關系到船舶的整體性能以及在運營中船舶與人員的安全。校中的方法有很多種，需要根據船檢機構、船東、船廠的條件，更主要的是船本身的要求來進行選擇。影響軸系校中質量的因素也有很多，在研究軸系校中質量時，要根據實際情況具體分析。

［1］周繼良，鄒鴻鈞．船舶軸系原理及其應用［M］．北京：人民交通出版社，1980

［2］王守新．工程力學［M］．北京：化學工業出版社，1998

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