空心軸那麼好!為何大型船舶又長又粗的傳動軸,大多是實心的呢?

雖說現在的船舶普遍都是艉機型(機艙在船舶的艉部),怎奈現在的船舶大啊,動輒兩三百多米長,這樣哪怕是艉機型,傳動軸也不短啊!還有一個另類,就是集裝箱船,現在的集裝箱船是越造越大,大的已經突破兩萬標箱了,這麼大的裝載量,所以船舶的長度能達到了近400米(399.8米)。

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大型集裝箱船

因為集裝箱貨物的特殊性,所以大型集裝箱船的機艙大多是中機型或者中艉機型。大家想想400米的長度,如果是中機型,傳動軸的長度可以達到近200米;如果是中艉機型,傳動軸的長度也能達到近100米。加上集裝箱船的航速較一般船舶更快,快的能達到26節左右(1節=1海里/小時=1.852千米/小時),所以裝機功率要求更大。

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國產船舶主機(柴油機)

根據公式:P = T * n / 9550 ; T = 9550P / n (P 功率,單位千瓦,kw; T 扭矩,單位牛米,Nm; n 轉速,每分鐘轉數,r / min; 9550(9549.297的近似值)是常數)可以知道功率一定轉速越低扭矩越大,而恰恰現在的大型集裝箱船主機的功率是越來越大,轉速是越來越低,最大能達到10萬馬力,轉速低至100r/min以下。主機的功率大了,自身轉速反而還低了,扭矩就會非常的巨大,而更大的扭矩意味著需要直徑更大的傳動軸,所以像大型集裝箱船這樣的傳動軸,可以說是又長又粗。

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大型集裝箱船的傳動軸,一眼望不到頭

扭矩也稱為轉矩,是使物體發生轉動的一種特殊的力矩。扭矩的大小等於力和力臂的乘積,國際單位是牛米N·m。根據扭矩的大小等於力和力臂的乘積,我們可以知道在軸的截面積上其外圓傳遞的扭矩會更大,所以像汽車這樣的傳動,大多采用空心傳動軸,這樣在保證滿足扭矩傳遞的同時,傳動軸可以做的更輕,更省材料,還能釋放軸本身的應力。

空心軸那麼好!為何大型船舶又長又粗的傳動軸,大多是實心的呢?

汽車的傳動軸

那麼大型船舶又長又粗的傳動軸,可不可以做成空心的呢?答案當然是可以的,規範也有相關空心傳動軸的計算公式(船舶的設計必須遵照規範設計),實船也有采用空心傳動軸的。空心軸那麼多優點,為何大部分的船舶還是採用實心軸呢?這是因為,船舶的傳動軸不光要把主機巨大的扭矩傳遞給螺旋槳,還要把螺旋槳巨大的推力或者拉力傳遞給船舶,所以船舶的傳動軸還會受到壓應力和拉應力,而對於壓應力或者拉應力,顯然實心軸能有更好的表現。

空心軸那麼好!為何大型船舶又長又粗的傳動軸,大多是實心的呢?

船舶的傳動軸會受到壓應力或者拉應力

知識拓展:大家常說的可調螺距螺旋槳(CPP槳)的槳軸都是空心的,因為螺旋槳螺距的調距機構就是通過帶動在槳軸(空心軸)中的操縱桿在槳軸中滑動,來達到轉動螺旋槳葉片而實現調節螺距的目的。

空心軸那麼好!為何大型船舶又長又粗的傳動軸,大多是實心的呢?

可調螺距螺旋槳(CPP槳)

作者:小船人的夢想 2018年11月21號


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