1
漓江旅游客船动力装置轴系及螺旋桨分析
□南宁船检处 阮晓宁

摘要：分析漓江旅游客船轴系及螺旋桨的工作环境并推导了相关计算公式，
对认识和执行规范有一定的参考意义。
关键词：船舶 轴系 螺旋桨 分析

船舶传动装置轴系的功能是将主机的扭矩传递给推进器（漓江船
舶均采用螺旋桨），同时又将螺旋桨产生的推力传递给船体以推动船
舶前进。
轴系受力十分复杂，除主要承受扭矩和推力外，还承受有弯曲应
力，交变应力和振动应力。由于轴系的损坏将引起严重事故，故对轴
系尺寸的计算和材料的选用，在《钢质内河船舶入级与建造规范》
（2002）（以下简称规范）中都有明确的规定。为从实际出发，使计
算简单，应用方便和保证安全，国内外的海、河船舶规范对轴系所采
用的计算式，多以主要承受扭矩作用，对自身重量所引起的弯矩可忽
略不计的中间轴径计算为基础。尾轴、推力轴轴径则根据其受力分析
的前提下，以中间轴径乘以一个大于1的系数（考虑弯曲应力、交变
应力、振动应力）所得之值。
漓江旅游客船受航道条件限制，船舶主尺度较小，且多为尾机型，
其轴均为整根式轴系，其计算系按船舶规范规定。
1 轴直径
设轴主要承受扭矩，并将其分解为平均扭矩Mp和变动扭矩Mb（含
螺旋桨引起的弯矩及其应力，振动时的振动应力、应变应力），则轴
系所受到的合成扭矩M为：
2

M=Mp+Mb
令 （ε为变动扭矩系数）

则

根据理论力学，轴系在力偶矩M作用下，单位时间内所作的功
Ne为：

（其中ω为角速度）
N·mm
根据材料力学
[η]为许用切应力

W为抗扭剖面模数

根据材料力学，材料许用应力的大小与材料、构造、尺寸、制造
和载荷性质有关。由于轴系受力复杂的不确定性，轴系持久地承受扭
转交变应力作用。据有关资料表明，对低碳钢δb≤490 N/mm2时，其
持续扭转极限η≤137 N/mm2，并计入安全系数k＝1.3后，取
3

据相关资料介绍，变动扭矩系数ε是一项考虑不同缸数的柴油
机由于扭矩的变化，转动惯量的不同和螺旋浆转动惯量引起运转的不
均匀，以及振动等对轴系影响的随缸数而变化的系数。对电力推进的
中间轴，没有缸数的不均匀性，运转是平稳的，所以ε=0。
船舶规范把系数（1+ε）合并起来考虑。①便于用一个公式能
把各种动力传动情况都包括在内，只需用不同系数便能区别各种情
况；②对于有减速齿轮箱的轴系，要作烦琐的惯量计算，才能最后求
得轴的直径。为使计算简单，船舶规范对中间轴的计算采用与海规和
国外规范基本一致的计算公式，仅是各系数值大小的差异。
对采用整根轴的漓江旅游客船，设将1+ε合并考虑较方便
设1+ε=k·c
其中k为与所核算轴段在轴系中的位置和联接方式有关的系数，

如尾轴处，因螺旋浆运转所产生的弯曲应力较大，取；中间轴
段取k=1；C为材料修正系数，取
计入浅水航道影响，轴径增加10%，有：
mm
式中：Ne—轴传递的额定功率，kw；
n—轴传递Ne时的转速，r/min；
4

k—系数；
δb—材料抗拉强度，N/mm2。
2 联接键受剪切的有效面积
联轴器用键安装到轴上时，键材料的抗拉强度应不小于轴材料的
抗拉强度。键受剪切的有效面积分析如下：
设键所承受的剪切力为Q，键的宽度为B，键的有效长度为L，
键中部处的直径为dm。
根据材料力学

2
0
D
QMK

0
2DM
QK

BLdMBLQmK

2

2BLdMmK



216
3



BLd

dMmK





mm
ddddBL55.216233






mm
2

取mddBL6.23
上式即为联接键受剪切的有效面积计算式。
3 螺栓直径
联轴器法兰连接螺栓应有紧配螺栓，紧配螺栓数目Z应不少于螺
栓总数的50%，螺栓直径计算分析如下：
设法兰有Z个紧配螺栓，它所承受的扭矩为Mk，并设螺栓均匀地
5

布置在直径为D的节圆圆周上，各螺栓所承受的剪力相同并设为Q。
2
D
ZQMK

ZD
MQK2


各紧配螺栓所受切应力η'：

2
2

424fKfdZDMdQ







根据材料力学，轴承受扭矩Mk为：





16
3

d

MK
为轴系材料许用应力

根据螺栓承受扭矩与轴系承受扭矩相等的原则






81623fdZD

d








ZDdd
f
16

8
3
2

取


83.0





83.016832ZDdd
f




ZD
d
df3644.0



83.0




的含义是：①用于螺栓材料的许用应用力一定应高于

轴系材质的许用应力，当轴系与螺栓选用同一材质时，为保证螺栓使
用安全可靠，只能是增大螺栓直径df；②当螺栓材质提高，其许用应
力与随之提高，疲劳强度极限ζ-1也提高，使其螺栓直径可降低，
6

从而引进材料修正系数bbbK157
取bbbfZDdd15765.03 mm
式中：d—中间轴直径，mm；
Z—紧配螺栓数目，但不少于总数的50%；
D—节园直径，mm；
ζb—轴材料抗拉强度，N/mm2；
ζbb—螺栓材料抗拉强度，N/mm2。
4 螺旋浆
漓江旅游客船所用螺旋浆均采用钢板焊接式螺旋桨。这是因为漓
江航道水浅，且为鹅卵石河床，损坏螺旋浆的事时有发生。钢板焊接
螺旋浆叶的韧性较好，且更换容易，一般在螺旋浆上方的船尾甲板上
开有供更换螺旋浆用的孔口——“水局井”，正常航行状态下为常闭
式，更换螺旋浆时旋开导门，人员能够很方便地进行更换工作，漓江
水清，观察与操作方便，更换螺旋浆时不用上排，停航状态即可操作。
■