轴系校中静态因素分析与解决方案

轴系校中静态因素分析与解决方案

梅荟翠

南京高精船用设备有限公司，南京211103

摘要：本文介绍了轴系校中静态因素分析与解决方案，包括零件生产制造误差、零件安装误差、校中临时支撑的影响、轴系设计结构、轴承刚度、储存等因素。

关键字：轴系，轴系校中，静态因素

1引言

轴系校中静态因素主要包括零件生产制造误差、零件安装误差、校中临时支撑的影响、轴系设计结构、轴承刚度、储存等因素。

2静态因素分析与解决方案

2.1零件生产制造误差

轴系零件在生产制造的时候存在以下误差：（1）热处理不充分，特别是回火热处理不充分，导致后期零件在加工时候应力释放，轴系弯曲变形等；（2）机械加工误差，主要包括轴承位置的跳动度数据过大，轴法兰端面与轴中心线的不垂直度，螺旋桨轴承位置的不同心，轴承位置与法兰得不同心等误差；

艉管在生产制造的时候存在以下误差：(1)艉管焊装时产生的焊接变形，焊接后没有进行有效的应力释放；(2)艉管在镗孔加工的时候孔的圆度和椭圆度产生的误差。

解决方案：

（1）热处理，严格按照船级社标准执行。如CCS船检的轴系需要按照中国船级社材料与焊接规范（2014）标准执行。

（2）轴系在加工制造的时候必须按照规定的精度要求进行加工制造，传动轴要进行精加工，需要满足轴系加工技术要求（CB228-1986）。

（3）艉轴管的两个轴承座可以分多次焊接，减少焊接变形，必要时候可以采用整个钢管结构；为保证前后艉轴孔的圆度和圆柱度在设计的范围内，车配前后艉轴管轴承衬套外圆时，应以前、后艉轴孔实测的平均尺寸为基准配置，其配合过盈量应在满足要求的情况下保持一致。

2.2零件安装误差

零件按照误差主要是轴系校中时候配对法兰的开口与偏移数据误差，以及零件最终定位误差；

解决方案：

（1）在测量配对法兰开口偏移数据时，法兰接触面要清洁干净，不能有颗粒状物质存在，同时应停止大的载荷转移，停止震动作业、焊接作业，注意温度环境影响以及船舶吃水的变化。在测量的时候应多次测量，同时轴系需要旋转多个角度后再次测量，取最终的平均数据为准；

（2）艉管（含艉管轴承）、中间轴轴承、齿轮箱、主机等设备最终定位，如采用环氧浇注，检查环氧浇注的质量，应严格控制环氧浇注时间，减少环氧收缩变形的影响；中间轴轴承、齿轮箱、主机等设备最终定位，如采用刚性垫片安装，需要配磨钢垫片尺寸以及螺栓的预紧力数据。

2.3临时支撑的影响

目前大多数轴系校中的实施是以轴系校中计算书已经定好位的艉轴法兰为基准，按法兰上的允许开口与偏移值进行逐根轴的校中，而这种方法由于两临时支承位置不正确，直接影响轴法兰下垂值的大小，使其实际开口与偏移值超过允许范围。当轴系连接时，连接法兰上产生拉力和弯矩，增大了轴承上的附加负荷，影响了轴系校中的质量。

因此为了确定中间轴的临时支承位置，减少轴系自重下垂的影响，目前普遍采用以下两种解决方法：

（1）支承位置与法兰端面距离按中间轴长度的0.2倍左右单根轴的长度来确定，按这种方法布置，根据实践经验和理论计算，中间轴自重所产生的弯曲变形值最小；

（2）在通过合理校中的计算，计算其开口与偏移值时加以修正，在各种不同载荷下所造成的轴段开口与偏移数据来确定。

2.4轴系设计结构

主要是各轴承跨距的影响，目前主要的船级社对轴承最小跨距没有明确的规定。但是轴承跨距越小，轴承变位时的“负荷影响系数”就越高，同时当轴承受力发生变化时，邻近的轴承上的负荷也会产生较大的变化，继而产生发热、磨损加剧等现象。

解决方案：

需要合理设计轴承跨距，减少轴系设计不合理带来的影响。根据理论计算和实际工作经验，轴系轴承跨距在设计时，在轴承比压、回旋振动允许的情况下，合理地确定尽可能较大的轴承跨距。

2.5轴承刚度

在进行静态校中计算时，通常都认为轴承结构刚度为无穷大，实际情况并非如此。当轴承刚度较小时，轴系对轴承变位的灵敏度明显降低，特别是水润滑高分子轴承或者橡胶材料轴承。

解决方案：

考虑到计算简化的需要，可以对轴承支撑模型从刚性、弹性两个方面入手进行分析，如果确定刚性支承模型能够满足校中计算的要求，则可以采用相对较为简单的刚性支承模型来计算，否则需要采用弹性支承模型。

计算方法：根据二维雷诺（Reynolds）方程式可知，轴承油膜刚度与轴承所受外部载荷有关，由于轴系校中状态的改变将会改变各轴承所受载荷，因此也会改变轴承刚度，从而影响轴系回旋振动数据。

2.6储存

轴系在工厂与船厂储存的时候，由于其法兰端自重的影响，容易产生变形；

解决方案：应每半月旋转艉轴与中间轴，减少长期储存对轴系的影响。

3总结

轴系校中静态因素需要综合考虑零件生产制造误差、零件安装误差、临时支撑的影响、轴系设计结构、轴承刚度、储存等静态因素对其产生的影响，对于静态因素，主要从设计、加工制造、安装、储存等方面进行考虑，因此可以从设计、加工制造、安装、储存等角度来寻求解决对策与方案。

参考文献

[1]中国船级社．中国船级社材料与焊接规范（2014）[M]．北京：中国船级社，2014

[2]中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册[K].轮机分册，北京:国防工业出版社.

[3]全国船舶标准化技术委员会专业标准．轴系加工技术要求（CB228-1986）[M]．1986

[4]刘学伟，何其伟，楼京俊等．轴系校中状态对艉轴承力传递特性影响[J]．噪声与振动控制，第36卷第4期，2016年8月