船舶动力装置课程设计苏星.docx

1、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：单机单桨拖网渔船主尺度序号尺度单位数值1水线长M2型宽M3型深M4平均吃水M5排水量T6浆心至水面距离M(3)系数名称方形系数Cb菱形糸数Cp肿刻面系数数值海水密度p =M32、设计

2、航速状态单位数值自航KN拖航KN3、柴油机型号及主要参数序号型号标定功率(KW)标定转速(r/mi n)柴油消耗率(g/kw h)重量(kg)外形尺寸(LXAX H) mm16E150C-116375023825002012X 998X132526E150C-122075023832902553X 856X144038E150C-A217100022827002065X 1069 X140548E150C-A289100022835002591X 957X140556160A-13164100023839003380X 880X15556X6160ZC220100021837003069X 9

3、60X151276160A-116075023837003380X 880X15558N-855-M195100017511769NT-855-M267100017912581989X 930X151110TBD234V832010002124、齿轮箱主要技术参数序号型号额定传递能力kw/(r/m in)额定输入 转速(r/min)额定扭矩N*m额定推力KN速比1300-18004283-12858J J J J J5、双速比齿轮箱主要技术参数序号型号额定传递能力kw/(r/m in)额定输入转速(r/min)额定推力KN速比1-18002-63MCG4105SD300四、计算与分析内容1、船

4、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 经验公式：EHP=(EOA E)AV L 式中：EHP-船体有效马力,- 排水量(T), L- 船长(M) 在式中船长为时， E的修正量极微，可忽略不计。所以式可简化为EHP=EA VL。 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= Vx

5、41)=;通过查渔船设计可得 E0=o(2)结果：EHP=EX AXV L =2、不确定推进系数(1)公式 PX C=P/Ps= n cXn sXn pXn r式中Pe：有效马力；Ps：主机发出功率；n C：传动功率；n S：船射效率；n P： 散水效率；n r :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=n s= (1 t) / (1 w) = (1 ) / (1 )=取 n c=；n p=;n r=(3)结果 Px C=n cXn s Xn pXq r= xxx =3、 主机选型论证(1)根据EHP和Px C选主机主机所需最小功率 Psmin=FE/

6、(P x C)=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DHPDHP=EHP/n( sxn pxn r)= xx =马力bVP*( DHP/p) =V()=c、 桨径D:D=d、 自航航速Vs=拖航航速Vs

7、 =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np，并绘制图谱求得最佳n P和H/D(4)列表计算：序号计算项目1桨径D(M)2桨转速n(r/min)2002252502753003航速gkn)4进速VA(rw)5直径系数S =VA6功率系数Bp=nVp/查B4-40图谱7n p8H/D9H(M)查B4-55图谱10n p11H/D12H(M)(

8、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B4-40B4-55桨速r/min230225n PH/DH(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 PJn n=267/1000 X 9550=2550N Mb 、主机转速 n=1000 r p mc 、减速比i=根据以上参数选择：齿轮箱型号：SCG3503外形尺寸：854X 880X 1312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Pe Pp图中A点为

9、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D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 n p n c (%设计参数：拖航航速：Vs=进速：Va= ( 1-W) =S具体计算(查船舶原理与推进P186)序号计算项目1桨径D(M)2桨转速2002252502753003航速VS(kn)4进速VA(rw)567查B4-40图谱8H/D9Kt10n P114376450645684638452312Te=T(1-t)36673776382838873700查B4-5

10、5图谱13H/D14Kt15n P164346443145414582447317Te=T(1-t)36423713380538403659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B4-40B4-55D(m)H/Dn Pn(r/mi n)225220相应减速比(11)空泡校核项目B4-40B4-55VS(k n)Va= ( 1-W)D(m)H/Dn P241p1276912689P-Pv1651116581T(kg)45064414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n p拖航n p自航

11、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/mi n)速比范围：2-6(13)额定传递能力：机桨配合工况分拖航自航CPe p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B为设计工况点，即MCRo a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 | /. nMi i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

12、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

13、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1100 3000主机输出法兰（二）、完成

14、任务1、轴径估算，强度初步校核；35002、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1中间轴螺旋桨轴材料35#1 冈2中间轴螺旋桨轴标疋校核强度下限(T bN/mrm按航规3轴传递额定功率PnKm按主机说明书2674额定功率相应转速riNr/mi n按主机说明书10005中间轴直径部分系数C按船规6螺旋桨直径部分系数C2按船规7中间轴最小直径d、2mm“爲R 608 dE 1

15、00c3lV nr b 176.58螺旋桨轴最小直径dkmm 608dk IO8231 V nr b 176. 59选用中间轴基本直径dzmm15010选用螺旋桨轴基本直径dKmm180（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1中间轴基本轴径dzcm152中间轴转速nnr p m2253中间轴传递最大功率Pnkw2674中间轴的截面模数WZ3cm., n ,3W = d z165中间轴传递最大扭矩MN cmRMi 71620 9. 6 nn8158956扭矩引起的剪应力TN/cmfT = Mn / W Z7螺旋桨效率n pn p=螺旋桨推力TNRT 1943.2 pV

16、s9螺旋桨推力引起的压应力c yN/cnfT 4Ty Fn百10中间轴材料密度Pg/cm2机械零件设计手册11单位长度负荷qN/cm2q dz g4 y12整锻法兰(D=4M,b=GNG0 Db 2454113两轴承间距lcm249 l 142 Jdz241014a段距离acm11015b段距离bcm29016轴承反作用力RxNbRA G0217轴承引起弯矩MWN cmRA - GoMv Goa2q23926618轴承曲模数W3cmWZW 二一 dz 3/23233119轴重引起弯曲应力(T wN/cm曲wWZw20合成应力(T HN/cmf/ 2 2H p W wZ E 3l 1改14622

17、1由安装误差引起弯曲应力T w1N/cnf200022安装系数nN/cm2n H23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1螺旋桨轴最大扭矩MN cm9550*P/ nn*i10992692螺旋桨轴径dtcm183螺旋桨轴截面系数wc3 cmwc dt31612414螺旋桨轴截面面积Fc2 cmFc dd45由扭矩引起的剪应力TN/cm2Mc8846螺旋桨推力TN7由螺旋桨推力引起的剪应力t yN/cm2Ty Fc1298系数1.02 - 1.069合成应力(T HN/cm2H J y2 3 2179210材料屈服极限(T SN/cm2按

18、船规2246011安全系数nn= T s/ T H12许用安全系数n按船舶设计使用手册结论nn，安全满足强度要求轴段各部分尺寸(一)桨轴280130 150 185 190尺寸来源：取锥度k=1:15则有 Lk= () Dk= ()x 185=476mm dk=D；400 Lk= 585-1/15 X 476=153mm do=() dk= ()X 150=125mm取 Lo=125mm螺旋桨从里往外装取后尾管径190前尾轴颈为195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195650660（三）整段法兰

19、由 D=150得 D1=300mmD2=230mmb仁 40mm d1=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=190mm Ls=610mm后尾轴承 ds=195mm Ls=930mm四、 轴系较中计算（一）计算过程 Q=1O69OA 26B3 C GH15361000 5001、建立计算模型（1）320各轴段载荷计算50 110 20002a、 qAC= n /4d k r=2025N/M查表得=H A B C Gq、A

20、C= qAC=2673N/M2b、 qDF= n /4d z r=1436N/M查表得=qd= qDF=1536N/MC、qcD= ( q ac l cg+ q df l gd) /l cd=M( 2 )各段截面惯性矩I bc= n /64 dz4=n /64 X =X 10-5miI ef=I de= n /64 dE4= n /64 X =X 10-5m4I CD= (I BCX l CG+I DEX l DG)/l CD=X 10 m( 3)各轴段相对刚度K BC=IBC/LBC=X10-5/2550=X10-8K CD=ICD/LCD=X10-5/3100=X10-8K DE= I D

21、E/L DE= X 1 0-5/900= X 1 0-8-5 -8KEF=IEF/LEF=X10-5/500=5X 10-8(4) 各节点两侧分配系数入 BC=1入 cB=Kbc/(K bc+KdD=入 cD=1-入 cb=入 dc=K：d/(K cd+Kde) =入 DE=1-入 DC=入 ed=K)e/(K de+Kef)=入 EF=1-入 ED=入 FE=02、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2MAb=-QpX Lhb=-7700N MMBc=qBc； X LbC/12=1292N M2MCD=qcD X Lcd/12=1553N M2M)E=-MED=qDE

22、 X Lde/12=104N MM=qEFX LeF712=32N M3、列表计算支点BC DE F分配系数10固定弯矩-770012921553 -155310432 0-1292-104第一次分配(6408)（-261）（1449）（76）及传递6408 -172-89 4201029 2551 0-86 3204210 -4412 5140 25第二次分配（86）(-3414)（32）（-514）及传递86-1161 923-343 0-22534 -580-1710 -171-1126-85 1143第三次分配（1126）（-47）（665）（-11）及传递1126-16 193472-7 0-3181 -8-40 -3-15-2563236第四次分配（15）(-644)（10）（-236）及传递15-219 37-157 0-4251 -108-790 -78-212 7-393第五次分配（212）（-8）(147)（-3）及传递212-33584-20-517-1-10-1-2041106第六次分配(2)(-123)(1)(-41 )及传递2-81-4201-14-270-4010-21-700-13第七次分配(40)(-1 )(28)(0)及传递400820000-1400