雙速比船用齒輪箱結構設計淺談

丁吉

現有的船舶設計制造中，船用齒輪箱一般都為一種減速比，螺旋槳按該減速比設計，達到最佳的推進效率。而實際中，船舶航行往往是兩種工況，比如漁船有自由航行、拖網作業兩種工況。貨船有滿載、輕載兩種工況等。這樣就導致螺旋槳推進效率下降，耗能增大，經濟使用性差。為克服現有技術存在的不足，這就要求我們必須提供一種結構新穎，接排柔和平穩、推進效率高、節能減排的雙速比船用齒輪箱。該齒輪箱采用兩種減速比，順車有快、慢兩檔，通過一個快慢閥進行轉速，可與兼顧兩種轉速的定距螺旋槳組合使用。可使漁船獲得自由航行時船舶航速快，和拖網作業時船舶托力大的滿意效果，也可使往返航行于江、河中的客、貨輪無論在順流或者逆流都獲得理想的推進效率，提高燃油的經濟性。

本論文主要針對這種雙速比船用齒輪箱介紹齒輪箱的結構設計。

結構示意圖及齒輪傳動圖如下所示

該種結構的雙速比齒輪箱主要包括：箱體部件、輸入軸部件、順車快檔軸部件、順車慢檔軸部件、倒車軸部件、輸出軸部件。輸入軸部件的輸入軸I一端通過輸入聯軸節1及聯軸器與主機相連，輸入軸I上熱套有輸入傳動齒輪2，還有輸入液壓操縱濕式多片摩擦離合器M1，并在其一側活套有與輸入液壓操縱濕式多片摩擦離合器M1相連的倒檔主動齒輪軸3;順車快檔軸部件中的快檔軸II上熱套有順車快檔傳動齒輪5，還有順車快檔液壓操縱濕式多片摩擦離合器M2，并在其一側活套有與順車快檔液壓操縱濕式多片摩擦離合器M2相連的順車快檔主動齒輪軸4;順車慢檔軸部件中的慢檔軸III上熱套有順車慢檔傳動齒輪7，還有順車慢檔液壓操縱濕式多片摩擦離合器M3，并在其一側活套有與慢檔液壓操縱濕式多片摩擦離合器M3相連的順車慢檔主動齒輪軸6;輸出軸部件上輸出齒輪8熱套與輸出軸IV上，輸出齒輪8與倒檔主動齒輪軸3、順車快檔主動齒輪軸4、順車慢檔主動齒輪軸6分別嚙合，輸出軸IV通過輸出聯軸節9與螺旋槳軸系相連。

箱體部件由上箱體10、下箱體11組成。輸入軸I、順車快檔軸II、順車慢檔軸III分別通過球面滾子軸承12，圓柱滾子軸承13安裝在箱體部件上。倒檔主動齒輪軸3、順車快檔主動齒輪軸4、順車慢檔主動齒輪軸6通過圓柱滾子軸承14，圓柱滾子軸承15，四點角接觸軸承16安裝在箱體部件上。輸出軸IV通過圓柱滾子軸承17，圓柱滾子軸承18，推力軸承19，20安裝在箱體部件上。另外箱體上還要求配置有一套可控制齒輪箱順車和倒車的電磁換向閥和一套控制順車的快檔和慢檔之間切換的快慢閥。

為了方便齒輪箱的整體設計，一般情況下，要求順車快檔、倒車檔與輸出軸的中心距A保持一致。順車慢檔與輸出軸的中心距B則按速比配。另外輸入傳動齒輪與順車快檔傳動齒輪、順車慢檔傳動齒輪的中心距C一般要求一致，并且齒輪的減速比設置為1。

本結構設計方案的齒輪箱工作過程如下：

順車快檔傳動方式：主機提供動力通過聯軸器與輸入軸I相連，傳遞到輸入傳動齒輪2，由于輸入傳動齒輪2與順車快檔齒輪5嚙合，動力就傳遞到順車快檔傳動齒輪5，再通過高壓油使快檔液壓操縱濕式多片摩擦離合器M2結合，動力傳遞到順車快檔主動齒輪軸4，由于快檔主動齒輪軸4與輸出齒輪8嚙合，動力就傳遞到了輸出齒輪上，最后通過輸出軸的聯軸節傳遞到螺旋槳上。

順車慢檔傳動方式：主機提供動力通過聯軸器與輸入軸I相連，傳遞到輸入傳動齒輪2，由于輸入傳動齒輪2與順車慢車檔齒輪7嚙合，動力就傳遞到順車慢檔傳動齒輪7，再通過高壓油使慢檔液壓操縱濕式多片摩擦離合器M3結合，動力傳遞到順車慢檔主動齒輪軸6，由于慢檔主動齒輪軸6與輸出齒輪8嚙合，動力就傳遞到了輸出齒輪上，最后通過輸出軸的聯軸節傳遞到螺旋槳上。

倒車傳動方式：主機提供動力通過聯軸器與輸入軸I相連，再通過高壓油使輸入液壓操縱濕式多片摩擦離合器M1結合，動力傳遞到倒檔主動齒輪軸3，由于倒檔主動齒輪軸3與輸出齒輪8嚙合，動力就傳遞到了輸出齒輪上，最后通過輸出軸的聯軸節傳遞到螺旋槳上。

該結構齒輪箱具有減速、倒、順離合和承受螺旋槳推力的功能。其中順車有快、慢兩檔，可與兼顧兩種轉速的定距螺旋槳組合使用。

參考文獻

[1]成大先版 ??機械設計手冊第五版 ?第3卷 ?化學工業出版社 2008.1

[2]引進德國flender公司技術資料

[3]引進德國ZF公司技術資料