淺表面損傷軸強度校核及影響分析

摘 要：利用理論推導和有限元離散法對淺表面損傷軸及其連接用液壓聯軸器進行強度校核、應力計算，計算結果表明，本文所述淺表面損傷軸仍能滿足使用要求，無需進行更換，因而具有較重要的工程實際意義，也可以給類似工程問題提供參考。

關鍵詞：損傷軸；液壓聯軸器；有限元分析；淺表面

中圖分類號：U664.2 文獻標識碼：A

1 前言

液壓聯軸器是船舶主推進系統中的重要部件，通過其把主機（齒輪箱）、中間軸和推進器連接起來，把主機的功率傳到推進器上去，推動船舶航行。自上世紀50年代以來，液壓聯軸節作為一種新型聯接裝置逐步在造船行業得到應用與推廣，其中在船用軸系的應用中更為廣泛。在軸系中，傳遞功率用軸段與軸段之間連接多數采用套筒式液壓聯軸器，軸與齒輪箱功率輸出軸或螺旋槳之間連接多數采用法蘭式聯軸器。

某船舶尾軸在與中間軸通過液壓聯軸節裝配過程中，由于軸系定位、施工不規范等原因導致尾軸、定距環與液壓聯軸器卡死。移開液壓聯軸器后發現，尾軸軸端存在兩道淺表面拉痕（夾角約100°），如圖1所示。拉痕1與拉痕2的長×寬×深分別約為100×8×0.5mm與66×7×1mm。在此情況下，尾軸拉傷部位進行圓滑過渡修復后（液壓聯軸器已換新）能否滿足使用要求，成為了工程中首先要考慮的問題。如不滿足要求，則需要直接更換尾軸，由此必然造成進度嚴重滯后、經費重大損失。因此對此類淺表面損傷軸及其聯軸器的計算與影響分析具有較重要的工程實際意義。由于目前尚無現成標準規范可以指導，本文嘗試采用有限元計算法對修復后的尾軸及其液壓聯軸器進行強度、局部應力等相關校核計算，為工程施工提供借鑒。

4 結論

由于軸表面拉傷目前無現成規范標準可以指導，而拉傷部位又位于軸與液壓聯軸器的配合面上。此時，不僅要考慮軸本身的強度和局部應力，還需考慮液壓聯軸器由于接觸面積變小引起的傳遞扭矩能力、強度等問題。本文通過對表面有拉痕的軸系及其液壓聯軸器進行理論計算和有限元分析后發現，在文中所述細小拉痕下，軸與液壓聯軸器強度、應力、傳扭能力等均滿足有關標準規范要求，避免了直接更換傳動軸所帶來的進度延長和經費損失，具有較大的工程實際意義。誠然，為安全起見，本案中更換了同樣有兩道拉痕的液壓聯軸器內套、定距環等。在液壓聯軸器內套與軸均有拉痕且不更換的情況下，軸系是否還能滿足規范要求，則需要進一步深入研究。