船舶动力装置课程设计苏星.docx

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船舶动力装置课程设计苏星

一、设计目的

1、进一步掌握舰船动力装置的基本概念和基本理论；

2、掌握船机浆设计工况选择的理论和方法；

3、掌握工况船舶采用双速比齿轮箱速比优先选计算方法;

4、掌握主机选型的基本步骤方法；

5、初步掌握船机浆工况配合特性的综合分析方法。

二、基本要求

1、独立思考，独立完成本设计；

2、方法合适，步骤清晰，计算正确；

3、书写端正，图线清晰。

三、已知条件

1、船型及主要尺寸

（1）船型：

单机单桨拖网渔船

⑵主尺度

序号

尺度

单位

数值

水线长

型宽

型深

平均吃水

排水量

浆心至水面距离

（3）系数

名称

方形系数Cb

菱形糸数Cp

肿刻面系数

数值

⑷海水密度p=M3

2、设计航速

状态

单位

数值

自航

拖航

3、柴油机型号及主要参数

序号

型号

标定功

率（KW）

标定转速

（r/min）

柴油消耗率

（g/kw•h）

重量（kg）

外形尺寸（LX

AXH）mm

6E150C-1

163

750

238

2500

2012X998X

1325

6E150C-1

220

750

238

3290

2553X856X

1440

8E150C-A

217

1000

228

2700

2065X1069X

1405

8E150C-A

289

1000

228

3500

2591X957X

1405

6160A-13

164

1000

238

3900

3380X880X

1555

X6160ZC

220

1000

218

3700

3069X960X

1512

6160A-1

160

750

238

3700

3380X880X

1555

N-855-M

195

1000

175

1176

NT-855-M

267

1000

179

1258

1989X930X

1511

TBD234V8

320

1000

212

4、齿轮箱主要技术参数

序号

型号

额定传递能

力

kw/（r/min）

额定输入转速

（r/min）

额定扭

矩N*m

额定推

力KN

速比

300

--1800

4283--1

2858

JJJJJ

5、双速比齿轮箱主要技术参数

序号

型号

额定传递能

力

kw/（r/min）

额定输入转

速（r/min）

额定推力

速比

--1800

2--6

MCG410

SD300

四、计算与分析内容

1、船体有效功率，并绘制曲线

2、确定推进系数

3、主机选型论证

4、单速比齿轮箱速比优选，桨工况特性分析

5、双速比齿轮箱速比

6、综合评判分析

五、参考书目

1、《渔船设计》

2、《船舶推进》

3、《船舶概论》

4、《船舶设计实用手册》（设计分册）六、设计计算过程与分析

1、计算船体有效功率

⑴经验公式：

EHP=（EOAE）AVL①

式中：

EHP------船体有效马力,△------排水量（T）,L------船长（M）在式

①中船长为时，△E的修正量极微，可忽略不计。

所以式①可简化为EHP=EAVL。

根据查《渔船设计》

5、可知E0计算如下：

船速v=X十=S,L=,Cp=;V/（L/10）3=-/（41-

10）3=;v/Vgl=Vx41）=;通过查《渔船设计》可得E0=o

（2）结果：

EHP=EXAXVL=

2、不确定推进系数

（1）公式PXC=P/Ps=ncXnsXnpXnr

式中Pe：

有效马力；Ps：

主机发出功率；nC：

传动功率；nS：

船射效率；nP：

散水效率；nr:

相对旋转效率。

（2）参数估算

伴流分数：

w=－=

推力减额分数：

由《渔船设计》得t=－=

ns=（1—t）/（1—w）=（1―）/（1―）=

取nc=；np=;nr=

（3）结果PxC=ncXnsXnpXqr=xxx=

3、主机选型论证

（1）根据EHP和PxC选主机

主机所需最小功率Psmin=FE/（PxC）==马力=

参数10%功率储备：

Ps=Psminx（1+10%）=查柴油机型号及主要参数表选择NT-855-M型柴油机参数：

额定转速：

1000r/min

额定功率：

267KW燃油消耗率：

179g/

（2）设计工况点初选

a、取浆径为，叶数Z=4,盘面比为和

b、确定浆转速范围225r/min左右

4、单速比齿轮速比优选，桨工况点配合特性分析

（1）设计思想：

按自航工况下设计

（2）设计参数及计算：

a、螺旋桨收到的马力DHP

DHP=EHP/n（sxnpxnr）=xx=马力

b>VP*（DHP/p）=V（）=

c、桨径D:

d、自航航速Vs=

拖航航速Vs'=

e、进速va=Vs（1-w）=x（）=

f、估计桨转速：

225r/min

根据图谱计算

（3）具体计算

根据桨径D=,用B4-40和B4-55图谱计算转速为200r/min,

225r/min,250r/min,275r/min,300r/min,航速为时桨的螺距比H/D,敞水效率n

p，并绘制图谱求得最佳nP和H/D

（4）列表计算：

序号

计算项目

桨径D（M）

桨转速n（r/min）

200

225

250

275

300

航速gkn）

进速VA（rw）

直径系数S=VA

功率系数Bp=nVp/

查B4-40图谱

H/D

H（M）

查B4-55图谱

H/D

H（M）

（5）作图确定桨各项最佳参数：

（6）通过作图确定桨的各相应参数:

项目

B4-40

B4-55

桨速r/min

230

225

H/D

H（M）

D（M）

通过作图确定出此船在自航状态下即航速Vs二时，桨的最佳转速，从而准确得出自航状态下的减速比。

（7）选择单速比齿轮箱

参数：

a、主机输出扭矩Ne=9550・PJnn=267/1000X9550=2550N・M

b、主机转速n=1000r•p•m

c、减速比i=

根据以上参数选择：

齿轮箱型号：

SCG3503

外形尺寸：

854X880X1312

传递能力：

r/min

（8）分析自航状态下的机桨配合特性

此时主机在设计负

使船在自航设计航

PePp图中A点为船自航状态下的设计配合点，即额定工况点,荷下工作，主机可发出额定功率，螺旋桨亦可发出设计推力，速即航行。

（9）双速比齿轮箱速比优选、桨工况配合分析

①设计思想：

再吸收全部主机功率情况下具有的最大推力的螺旋桨的转速及减速比npnc（%

②设计参数：

拖航航速：

Vs=

进速：

Va=（1-W）=S

③具体计算（查《船舶原理与推进》P186）

序号

计算项目

桨径D（M）

桨转速

200

225

250

275

300

航速VS（kn）

进速VA（rw）

查B4-40图谱

H/D

4376

4506

4568

4638

4523

Te=T（1-t）

3667

3776

3828

3887

3700

查B4-55图谱

H/D

4346

4431

4541

4582

4473

Te=T（1-t）

3642

3713

3805

3840

3659

④作图确定最佳参数

（10）通过两种盘面比的螺距比确定桨的转速、敞水效率

项目

B4-40

B4-55

D（m）

H/D

n（r/min）

225

220

相应减速比

（11）空泡校核

项目

B4-40

B4-55

VS（kn）

Va=（1-W）

D（m）

H/D

241

12769

12689

P-Pv

16511

16581

T（kg）

4506

4414

按表中的数据绘制成曲线图Amin

根据上图可得出螺旋桨设计参数自航与拖航的减速比

盘面比

螺距比

自航航速

螺旋桨直径

自航np

拖航np

自航时减速比

拖网时减速比

（12）选择双速比齿轮箱

型号:

额定输入转速：

-1800（r/min）

速比范围：

2-6

（13）额定传递能力：

机桨配合工况分拖航

自航

Pep如上图所示，曲线I为自航对桨推进特性曲线为拖网时推进特性曲线，A点

为设计工况点，即MCR^oa

自航时，机桨在设计工况下工作，即在A点工作，此时主机发足功率，桨吸

iIMPN一

收全部功率，船以设计航速前行。

n|/.nMii

拖网时，船阻力较大，p减小，桨推进曲线上移，此时若还用第一级传动比传动，主机必须发出超出额定功率的功率，这样将不利于主机的工作和机桨的配合。

若用第二级传动比传动，可是机桨配合点在B点，这样主机能发足功率，桨可以吸收全部扭矩来运转，使船在拖航时仍在设计航速下顺利航行，此时主机转速仍未额定转速，因而船、机、桨均在设计工况（拖航）下运行。

（14）综合评价分析：

用单速比齿轮箱传动时，拖航时主机功率不足，油耗大，经济性差，同时主机功率有大量剩余，而桨又吸收不到全部扭矩，航速将降低，在运行工况恶化时甚至造成主机热负荷大大增加，使主机不能正常工作。

用双速比齿轮箱传动时，可以使主机在拖航和自航中都发出全部功率，使主机在两种工况下都能按额定转速运转，使主机处于最佳状态，提高了经济性。

渔船在拖网时，螺旋桨的效率相对自由航行时要低的多，但考虑与直接传动定距桨相比，由于桨速可以选配，自由航行时效率可提高，对于高增压中速柴油机更好适宜，同时配合特性曲线图可以看出桨的最低稳定转速。

另一方面，用了减速齿轮箱，由于传动比效率，主机发出功率将被消耗掉一部分，同时齿轮箱也占据了一部分空间，使机舱中布置更为紧凑。

轴系设计与校核

一、设计任务书

（一）已知条件

1、船舶基本参数

船型：

单机单桨拖网渔船

船速：

自航，拖航

水线长：

型宽：

型深：

2、主要技术参数

型号：

NT-855-M型柴油机

额定转速：

1000r/min

额定功率：

267KW燃油消耗率：

179g/

3、螺旋桨参数

直径：

重量：

1050kg

材料：

铸钢

4、轴线长度

11003000

主机输出法兰

（二）、完成任务

1、轴径估算，强度初步校核；3500

2、确定各轴段，各部分结构尺寸；

3、选择合适的传动装置，支承部件；

4、进行轴系布置，并绘制轴系布置图；

5、轴系较中计算；

&尾轴管置结构设计，并绘制尾轴管总图;

7、绘制机舱轴承传动部分的装备图。

、轴径估算，强度校核初步:

（一）轴系轴径计算

序号

名称

符号

单位

公式及来源

数值

中间轴螺旋桨

轴材料

35#1冈

中间轴螺旋桨

轴标疋校核强

度下限

（Tb

N/mrm

按航规

轴传递额定功

率

按主机说明书

267

额定功率相应

转速

riN

r/min

按主机说明书

1000

中间轴直径部

分系数

按船规

螺旋桨直径部

分系数

按船规

中间轴最小直

径

d、2

」“爲R608dE'100c3l—•

Vnrb176.5

螺旋桨轴最小

直径

d'k

」608

dk'IO8231—•

Vnrb176.5

选用中间轴基

本直径

150

选用螺旋桨轴

基本直径

180

（二）轴系强度计算

1、中间轴强度计算

序

号

名称

符号

单位

公式及来源

数值

中间轴基本轴径

中间轴转速

r•p•m

225

中间轴传递最大

功率

267

中间轴的截面模

数

..,n,3

W=•dz

中间轴传递最大

扭矩

N•cm

Mi716209.6—

815895

扭矩引起的剪应

力

N/cmf

T=Mn/WZ

螺旋桨效率

np=

螺旋桨推力

T1943.2•—•p

螺旋桨推力引起

的压应力

N/cnf

T4T

yFn百

中间轴材料密度

g/cm2

机械零件设计手册

单位长度负荷

N/cm

q—dzg

整锻法兰

（D=4M,b=

G0—Db2

541

两轴承间距

249^^l142Jdz2

410

a段距离

110

b段距离

290

轴承反作用力

RAG0

轴承引起弯矩

N•cm

RA-Go

MvGoa

239266

轴承曲模数

WZW二一dz3/2

331

轴重引起弯曲应

力

（Tw

N/cm

曲

WZw

合成应力

（TH

N/cmf

/22

HpWwZE3l1

改

1462

由安装误差引起

弯曲应力

Tw1

N/cnf

2000

安装系数

N/cm

n—

许用安全系数

[n]

船舶设计手册

结论

n>[n]中间轴安全

2、螺旋桨强度计算

序

号

名称

符号

单位

公式及来源

数值

螺旋桨轴最大扭矩

N•cm

9550*P/nn*i

1099269

螺旋桨轴径

螺旋桨轴截面系数

3cm

wc—dt3

1241

螺旋桨轴截面面积

2cm

Fc—dd

由扭矩引起的剪应力

N/cm2

884

螺旋桨推力

由螺旋桨推力引起的剪

应力

N/cm2

y—

129

系数

1.02-1.06

合成应力

（TH

N/cm2

HJy232

1792

材料屈服极限

（TS

N/cm2

按船规

22460

安全系数

n=Ts/TH

许用安全系数

[n]

按船舶设计使用

手册

结论

n>[n]，安全

满足强

度要求

轴段各部分尺寸

（一）桨轴

①280

①130①150①185①190

尺寸来源：

取锥度k=1:

则有Lk=（）Dk=（）x185=476mmdk=D；400・Lk==585-1/15X476=153mmdo=（）dk=（）X150=125mm

取Lo=125mm

螺旋桨从里往外装

取后尾管径①190前尾轴颈为①195

后尾轴长L2、=（）Dk=930mm

取轴颈长为950

前尾轴长L°=（3-4）Dk=610mm

取轴颈长为650

（二）中间轴

①195

650

660

（三）整段法兰

由D=150得D1=300mm

D2=230mm

b仁40mmd1=38mm

螺纹直径为M36

（四）传动装置与支撑部件

1、传动装置

主机是高速柴油机，因此采用齿轮箱传动

2、支承部件

采用两个尾轴承支承，因中间轴较长故也需设一个中间轴承，轴承材料

选用铁梨木，需用压力为

前尾轴承ds=190mmLs=610mm

后尾轴承ds=195mmLs=930mm

四、轴系较中计算

（一）计算过程Q=1O69O

A26B3CG

1536

1000500

1、建立计算模型

（1）320各轴段载荷计算501102000

a、qAC=n/4dkr=2025N/M

查表得①=

HABCG

b、qDF=n/4dzr=1436N/M

查表得①=

C、qcD=（qac'•lcg+qdf•lgd）/lcd=M

（2）各段截面惯性矩

Ibc=n/64•dz4=n/64X=X10-5mi

Ief=Ide=n/64•dE4=n/64X=X10-5m4

ICD=（IBCXlCG+IDEXlDG）/lCD=X10m

（3）各轴段相对刚度

KBC=IBC/LBC=X10-5/2550=X10-8

KCD=ICD/LCD=X10-5/3100=X10-8

KDE=IDE/LDE=X10-5/900=X10-8

-5-8

KEF=IEF/LEF=X10-5/500=5X10-8

（4）各节点两侧分配系数

入BC=1

入cB=Kbc/（Kbc+KdD>=

入cD=1-入cb=

入dc=K：

d/（Kcd+Kde）=

入DE=1-入DC=

入ed=K）e/（Kde+Kef）=

入EF=1-入ED=

入FE=0

2、用力矩分配法列表计算各节点弯矩总和

（1）求各节点初始固定弯矩

MAb=-QpX'Lhb=-7700N•M

MBc=qBc；XLbC/12=1292N•M

MCD=qcDXLcd/12=1553N•M

M）E=-MED=qDEXLde/12=104N•M

M=qEFXLeF712=32N•M

3、列表计算

支点

分配系数

固定弯矩

-7700

1292

1553-1553

104

320

-1292

-104

第一次分配

（6408）

（-261）

（1449）

（76）

及传递

6408-172

-89420

102925

510

-863204

210-44

12514

025

第二次分配

（86）

（-3414）

（32）

（-514）

及传递

-11619

-3430

-2253

4-580

-171

0-171

-1126

-8511

第三次分配

（1126）

（-47）

（665）

（-11）

及传递

1126

-16193

472

-70

-31

81-8

-4

0-3

-15

-2

563

236

第四次分配

（15）

（-644）

（10）

（-236）

及传递

-2193

-1570

-425

1-108

-79

0-78

-2127

-39

第五次分配

（212）

（-8）

（147）

（-3）

及传递

212

-3

-2

-5

-1

-2

106

第六次分配

（2）

（-123）

（1）

（-41）

及传递

-81

-42

-14

-27

-40

-21

-7

-13

第七次分配

（40）

（-1）

（28）

（0）

及传递

-1

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