摘 要

在船舶制造和装配过程中，推进轴系的较中一直是一个关键环节，轴系较中的精度直接影响整个动力系统的使用寿命和性能。关于轴系较中的研究一直是一个船舶工业领域的热点。最初的较中方法为直线法，该方法根据轴系的理论中心线，将轴承、法兰等布置成一条直线，但该方法的精度较低。随着计算机技术的发展，一种计算机辅助的船舶轴系较中方法越来越受到人们重视。

以动态较中计算方法为前提，本文运用有限元法对船舶轴系合理校中计算进行研究，在ANSYS软件基础上，对船舶多支撑轴系进行仿真分析，从而进一步完善船舶轴系校中理论。

关键词：船舶轴系;轴系校中;有限元法;仿真计算

abstract

In the process of ship manufacture and assembly， the precision of propulsion shafting is always a key link. The research on shafting has always been a hot topic in the field of shipbuilding. According to the theoretical center line of shafting， the bearings and flanges are arranged in a straight line， but the accuracy of this method is low.With the development of computer technology， a kind of computer aided ship shafting method is paid more and more attention.

Based on the dynamic medium calculation method， this paper USES the finite element method to study the reasonable alignment calculation of ship shafting. Based on ANSYS software， the ship multi-support shafting is simulated and analyzed， so as to further improve the theory of ship shafting alignment.

Key words: the ship shafting; shafting alignment; simulation; finite element method

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究目的及意义 1

1.2 国内外研究现状及问题分析 1

1.2.1 研究现状 1

1.2.2 轴系校中存在问题 1

1.2.3 轴系校中计算方法 1

1.2.4 ANSYS简介 1

1.3 本文研究内容与方法 1

1.3.1研究内容 1

1.3.2 研究方法 1

第2章 船舶轴系模型建立 2

2.1坐标系与模型的简化 2

2.1.1坐标系简化 2

2.1.2模型的简化 2

2.2轴系三维模型的建立 2

2.3本章小节 2

第3章 轴系模型有限元分析 3

3.1轴系有限元模型的分析 3

3.1.1网格划分 3

3.1.2添加载荷、约束及边界条件 3

3.2 轴系有限元模型的计算与误差分析 3

3.2.1轴承支反力的计算 3

3.2.2轴承弯矩的计算 3

3.2.3有限元模型误差分析 3

3.3 本章小节 3

第4章 轴承负荷影响数计算 3

4.1轴系计算物理模型的建立 3

4.2基于顶举法的轴承刚度计算 3

4.3基于有限元的轴系负荷影响数计算 3

4.4 本章小节 3

第5章 总结与展望 3

5.1总结 3

5.2展望 3

致谢 4

参考文献 5

第1章 绪论

1.1 研究目的及意义

船舶轴系是船舶柴油机动力装置的重要组成部分，它包括从曲轴动力输出端法兰到螺旋桨间的轴及其轴承。船舶轴系的作用是将柴油机曲轴的动力矩传给螺旋桨，以克服螺旋桨在水中转动的阻力，同时又把螺旋桨产生的推力传给推力轴承，以克服船舶航行中的阻力^[1]。轴系的故障一般有两类：一类是轴的某部分变形、裂缝或折断；另一类是轴承过热后被烧坏^[2]。评价一个船舶轴系校中状态的好坏，应从其各轴段的应力和各轴承上的负荷进行分析，不仅要求轴系在强度设计上符合条件，而且还应注重轴系校中的质量。

为保证轴系长期安全地正常运行，除应保证轴系具有足够的强度和刚度外，还要保证轴系处于合理的状态，以使各轴的应力，以及各轴承上的负荷处在合理的范围之内^[3]。船舶轴系的校中，就是将船舶的理论中心线与实际中心线最大可能的保持一致，这样船舶轴系承受的额外扭矩与弯曲应力能达到最小，好的校中能保证轴系长期在恶劣的条件下工作，保障船舶财产和人员的生命安全，延长船舶推进装置的寿命^[4]。

随着船舶的大型化和高功率化的发展，螺旋桨重量和轴系刚性增加，而船体结构相对变得柔软，由于校中不良导致艉轴承磨损加剧甚至烧损，减速箱齿轮啮合不良，轴系振动情况恶化等事故不断出现。因此，船舶轴系校中在轴系的安装过程中是一个至关重要的环节^[5]。虽然目前国内外已经有了一些比较完善的船舶轴系校中计算方法，使得计算结果符合轴系校中的要求。但是这些方法都有一定的前提假设，校中理论计算结果与轴系实际状态仍有明显差距。

因此在轴系合理安装校中前，必要的一步是利用计算机建立轴系简化模型。这样做的目的是让安装工作预先在计算机上开展，这样不仅可以预知轴系受力情况，还极大的降低了安装过程中造成的不必要的损失^[6]。

1.2 国内外研究现状及问题分析

1.2.1 研究现状

近年来，国内外已针对轴系动态校中问题开展了研究工作，但由于船舶运转过程所涉及的动态因素较多，故现有的轴系校中计算方法无法面面俱到，因此，目前的研究成果只能作为静态校中方法的补偿修正，而非严格意义上的轴系动态校中^[7]。例如，Shi等^[8]采用有限元法研究了船体变形对轴系校中特性的影响。高亚坤^[9]、王小立^[10]、连艳^[11]等分析了船舶推进轴系动态校中理论，主要内容包括径向滑动轴承支撑油膜的压力分布计算方法、艉轴承多点支撑理论，以及船舶装载情况、波浪载荷变化和轴承运行温度变化对轴系校中状态的影响。挪威船级社以大型船舶为研究对象，分析了船体变形、轴承支座变形和螺旋桨水动力等对轴系校中计算的影响。Sverko^[12]研究了船体变形对轴承力的影响。Murawski^[13]研究了船舶运行过程中主机与船体之间的温度传递相互作用，总结了主机温度与船体变形、轴系各轴承位置。

目前传统轴系校中计算方法有三种:三弯矩方程法、传递矩阵法与有限元法。传递矩阵法编程简单，运算速度快，但适用性差；有限元法计算模型复杂，计算精度高，便于二次开发和其他应用软件的接口，但编程实现相对困难；而三弯矩法介于二者之间，既有传递矩阵简单易于实现的特点，又有利于二次开发，如对艉轴承受力有限元分析，对复杂轴系校中的校中计算、动态校中计算等。但三弯矩方法要具备上述特点，必须进行相应的改进，以满足不同情况轴系校中计算的需要。

1.2.2 轴系校中存在问题

轴系静态校中，系指进行校中计算时轴系处于不运转状态，仅计及作用在轴系的各种静载荷，及柴油机机座和齿轮箱的工作温升，并将各个轴承均作为刚性支点。通过对实际轴系的上述简化处理后，按经典力学常用的算法求出轴系受力及变形值。并据此确定相应的校中和检验工艺参数。船舶轴系静态校中技术发展的过程，经历了直线校中原理、轴承上允许负荷校中原理及轴系合理校中原理三个阶段。