分析船舶机械轴系抗冲击能力优化

分析船舶机械轴系抗冲击能力优化

孙炜郑义

江苏新扬子造船有限公司江苏靖江214532

摘要：在现代工业发展中，远洋船舶的制造需求在不断的增大，而在社会经济发展的影响之下，重型远洋船舶中主要应用常规的机械轴系作为船舶动力传递的枢纽设备，导致船舶抗击能力不足，应用寿命显著下降等问题。优化船舶机械抗击能力，分析材料结构，了解冲击吸收较低的成因，根据实际状况对其进行合金化的处理与控制，可以在根本上提升碳化物的整体稳定性，具有良好的力学性能，进而在根本上提升了主轴的稳定性。

关键词：船舶机械轴系；抗冲击能力；优化

船舶机械轴系是动力装置的关键构成内容，不仅仅具有传递主动力装置的作用，也可以有效的满足控制噪音，抑制振动的要求，具有较高的可靠性，传统的船舶机械轴系设计过程中缺乏有效的需求获取，没有映射方法的支持，存在诸多的问题与不足。

1.分析船舶机械轴系

1.1船舶机械轴系

船舶机械轴系是在船舶动力装置中较为关键的内容，其主要责任就是将主机发动机的功率传递给螺旋桨，在利用螺旋桨产生的轴向推力实现船体航行的目的。船舶机械轴系结构较为简单，具有较为重要的作用，加强对轴系的管理与维护，可以在根本上保障船舶的安全性。

船舶机械轴系就是基于主机输出端法兰到尾轴为主，连接主机以及螺旋经的设备。直接传动推进系统主要有传递公路的传动轴以及轴承等相关零部件，主要是通过推理轴、推理轴承、中间轴以及中间轴承、尾轴、尾轴承等相关附件共同构成。

1.2轴系工作条件与故障

船舶机械轴系的主要零部件就是中间轴、尾轴等等构成，整体来说结构简单，尺寸相对较大，重量较大，在一般状况之下轴长度与无轴径之间比例高于10，属于扰性轴，很容易出现变形等问题。轴系位于船体水线以及下部位置，在运转过程中会受到主机传递中扭矩作用的影响，也会受到轴系自重等因素的影响而导致其出现弯曲变形等问题。

同时，会受到螺旋桨阻力矩以及推力的作用影响，在不同程度上受到周系校中、安装、船体变形等附加应力的周期作用影响。

船舶主机中会出现紧急停车、频繁的机动操车等问题的影响加重轴承负荷。传动轴在工作过程中在表面会与轴承的相对运动、过度磨损等产生影响。而在海水与润滑油介质的影响之下出现不同程度的腐蚀性问题。因此，在船舶机械轴系的运转过程中会出现各种故障问题，较为常见的主要有声音异常、振动、轴承温度过高、密封装置泄露等等问题，影响了其整体的抗冲击能力，严重的甚至会导致断轴等事故问题，造成较为严重的船舶事故问题。

2.船舶机械轴系抗冲击能力优化

船舶推进轴系是船舶动力系统的重要构成内容，轴系在冲击载荷作用之下会产生移响应以及轴承座的动力大小，会直接的影响船舶动力系统的整体性能参数，基于船舶轴系规范，实现轴系的简化，确立通用模型，通过轴系建模与智能化、参数化管理可以有效的的规避各种问题与不足。通过对轴系直径标准校核分析，利用开发软件进行轴系直线分析与合理校中分析处理，利用直线较校中以及合理校中的方式对比分析变形与轴承的负荷计算结果可以发现在合理条件之下轴系变形较小，承受负荷分布也较为均匀。在轴系受到撞击机理作用过程中，螺旋桨端会受到较大的影响，轴系纵向减振单元在轴系受到垂向的冲击作用的影响过程中，减振作用低于系统中阻尼系数产生的影响。

2.1船舶机械轴系主轴材料优化

常规性的机械轴系主轴类材料通过高质量的碳素结构钢以及合金结构钢作为主要的材料。此才类型的钢结构强度较高，延展性良好。

在常规的轴系类主轴零件中中为了提升材料的力学性能，改建化学成分，就要对其进行改进优化，提升组织结构。对此，可以添加高强度的金相组织，添加0.8~1.1%的MO，利用其自身的相对稳定的碳化物等实现TTT曲线提升性能。通过提升千分之二碳含量的方式提升整体的热处理性能，利用等温淬火的方式提升下贝氏体的的力学性能。通过位错强化以及细晶强化的方式提升整体的力学性能，实现对熔炼试块的反复性实验论证分析。

2.2船舶机械轴系机构工艺优化

2.2.1齿轮材料工艺优化

齿轮类是在机械轴系统中较为关键的运行单元结构，船舶发动机可以利用轴与齿轮之间实现连动化管理，进而实现动力装置的有效前行。在常规状况之下齿轮应用典型的齿轮材料，利用插入齿以及热处理等方式实现设备的调试与处理，相同材料的成分对工艺的控制处理会获得不同的性能参数。

优化材料工艺手段，通过铸造的方式进行处理，铸出对应成分合金，通过锻造的方式获得齿轮大小圆饼形的齿轮坯，通过插齿加工处理因为铸造与锻造中的晶粒是通过方向存在的，利用不同的轧制方式会产生不同放线的纤维，在插齿中利用破坏纤维连接的方式进行处理，可以充分的利用材料自身的金属键以及结合力实现有效的连接。

通过高压铸造、精密锻造的方式进行处理，对一些对于精度误差较大的位置通过磨床加工处理，利用渗氮的方式进行处理，将氮原子与表面层中存在的金属化学物有效的结合，可以在表面形成氮化层，进而达到提升表面硬度的效果，可以有效的增强表面整体的耐冲击能力与效果。

2.2.2支撑类材料优化

为了有效的解决单晶普碳钢层之间存在的腐蚀性问题，根据成分改性选取双相的不锈钢作为主要的支撑性材料。双相不锈钢之间具有常规不锈钢之间的抗腐蚀能力，可以利用铁素体相以及奥氏体相之间的电势电位差有效的解决存在的晶间腐蚀性问题。通过第二相强化的方式提升整体的耐腐蚀性，增强疲劳强度。

3.船舶机械轴系抗冲击能力优化验证

3.1数据准备

为了提升仿真实验的精准性，就要加强对测量实验参数的合理设置与分析，通过不同的船舶机械轴系统作为主要的实验对象，通过两种不同的方式进行模拟实验，对比分析。

在本次模拟实验中主要通过不同船舶机械轴系作为主要的对象，通过两种设计方式对其进行模拟实验分析，通过不同方式获得结果与应用的分析方式之间存在一定的差异，对此在实验中必须要保障实验的环境参数一致性。

参数设计

在实验中，因为通过两种不同类型的船舶机械轴系为主要对象对其进行了抗冲击能力的模拟分析发现无法直接的对比分析抗冲击能力。因此利用Analysis第三方分析记录软件参数分析结果数据，在实验对比结果曲线中显示结果，在模拟实验中，通过功能消除模拟实验室人员操作以及模拟仿真计算机设备分析产生的不确定度与因素，分析不同机械轴系，对其进行抗冲击能力的分析，其结果如下：

结果曲线对比

分析实验曲线可以发现，优化之后的船舶机械轴系具有良好的抗冲击能力，可在低负载的状况之下可以有效的吸收大部分的冲击功，船舶机械轴系的寿命与吸收冲击之间为正比例关系。对其进行加权计算分析，在常规状况之下机械轴系综合的平均吸收功在34%左右，优化之后的平均吸收功为83%效果显著。

结束语：

船舶机械轴系是船舶动力系统传递、船舶平稳运行的关键与重要构成内容，常规额机械轴系会受到材料、结构等因素的影响，而在船舶满载的排水量高于50万吨的时候则其抗冲击能力与寿命就会显著的下降，分析船舶机械轴系的抗冲击能力，通过合金化处理主轴类材料的方式，稳定碳化物，提升整体的抗冲击是较为有效的方式，通过该数学结构优化模式对其进行分析，可以提升寿命52%。

参考文献：

[1].陈晓红.船舶机械轴系抗冲击能力优化[J].舰船科学技术,2018(12).

[2].刘小凡,杨立云,王贵丽.小型船舶机械轴系安装定位孔装置设计[J].舰船科学技术,2018,v.40(10):197-199.

[3].吴楹.船舶机械轴系安装工艺参数优化[D].

[4].王帅.全回转船舶推进轴系的弧齿锥齿轮非线性振动特性研究[D].