柴油机与齿轮箱匹配选型方法

中小功率船用齿轮箱选型简介 潍柴动力股份有限公司 应用工程部 尹晓青 2010.01.07 目 录 一、船用齿轮箱概述 二、船用齿轮箱选型方法 三、潍柴重机齿轮箱选型实例 四、船用齿轮箱不合理选配分析 单 输入 单 输出 双 输入 单 输出 船用 齿 轮 箱 中小功率 大 功 率 普通型 轻型高速 范围： 1470kW 作用： 减速、倒 顺、离合、承受推 力 适用：高速船艇 特点： 高转速 （ 1500-3500） 小速比 （ 1 2.5） 轻 质 （ 300kg以下） 倾角设计（通常为 7 ） 范围： 1470kW 作用： 减速、离合、 承受推力； 适用： 渔船、运输船 有离合 无离合 并车 定距桨 调距桨 多机并车 JB/T 9746.1-1999船用齿轮箱 技术条件 潍柴重机船用齿轮箱 铭牌 飞轮罩壳 安装支架 操控方式 连接方式 中心距离 外形尺寸 重 量 减 速 比 传扭能力 输入转速 额定推力 目 录 一、船用齿轮箱概述 二、船用齿轮箱选型方法 三、潍柴重机齿轮箱选型实例 四、船用齿轮箱不合理选配分析 第一步：确定齿轮箱类型 第二步：核算齿轮箱的输入转速、可承受推力 第三步：确定齿轮箱的连接尺寸、安装尺寸 第四步：考虑齿轮箱的配置、旋向、重量、外形等 已知： 柴油机型号 （额定功率、额定转速）、 齿轮箱速比 选型步骤 选型前提 客户提供齿轮箱速比 or 客户全权委托选型 （动力总成） 由齿轮箱的技术参数唯一确定齿轮箱的类型 （减速比 +传扭能力） 1、具有齿轮箱的 选型手册 或 2、根据齿轮箱的 传扭能力图 选型 步骤一、 确定齿轮箱的类型 第一步：根据柴油机的额定功率 额定转速（已知）计算其所需要 的额定传扭能力； 第二步、根据计算的传扭能力和 已知减速比，查齿轮箱选型手册 或齿轮箱传扭能力图； 由以上步骤可确定齿轮箱的类型 步骤二、 核算齿轮箱的输入转速、可承受推力 本步骤为校核检验，防止所选齿轮箱与柴油机转速不匹配或推力不足 第一步： 输入转速校验 比较柴油机的额定转速与齿轮箱允许的输入转速范围； 第二步： 核算螺旋桨的推力 比较齿轮箱允许的可承受推力与螺旋桨实际推力的大小； 螺旋桨推力的粗略估算方法： T=1.94*PD* p/V PD:螺旋桨收到功率 kW; p:螺旋桨的敞水效率； V: 船舶航速 kn; T:螺旋桨推力 kN; 步骤三、 确定齿轮箱的连接尺寸、安装尺寸 根据柴油机的飞轮、飞轮壳的连接尺寸确定齿轮箱的飞轮和罩壳型式 226、 WP4/6系列 WD615系列 WD618、 WP12系列 飞轮壳 6135 SAE1# SAE3# 6135 SAE1# SAE1# 飞 轮 6135 14# 10#、 11.5# 6135 14# 14# 160系列 6170系列 8170系列 单启动机型 双启动机型 飞轮壳 无 无 SAE0# SAE0# 飞 轮 国内飞轮 国内飞轮 +18# 16#+14# 国内 +18# 潍柴船用柴油机的连接尺寸 潍柴船机配套齿轮箱的连接尺寸要求 高速柴油机： 严格按照柴油机的飞轮、飞轮壳尺寸进行选择； 中速柴油机： 双启动 6170柴油机： 选配“ SAE0#壳 +SAE16#飞轮”或“无罩壳 + SAE16#飞轮”； 6160、 6170单启动、 8170机型： 选配“无罩壳 +国内飞轮” 步骤四、 考虑齿轮箱的配置、旋向、外形、重量等 配置： 主要考虑操控方式 *、连接方式 *（ 柱销式、齿型块或高弹）； 柱销式：在 40、 120等传扭能力较小的齿轮箱偶尔配套； 齿形块：一般配套在 300、 270、 242、 200、 170、 135、 120、 40等齿轮箱上； 高 弹：一般配套在 400、 600、 800、 900、 1200、 1500及大功率齿轮箱上； 说明：配套高弹联轴器，因考虑散热原因，齿轮箱通常不带罩壳； 齿轮箱与发动机之间不允许采用刚性连接。 旋向： 注意要与螺旋桨的旋向和柴油机的旋向相匹配； 重量： 对一般运输船、渔船，次要的考虑因素；对高速船艇需要重点考虑； 外形： 包含外形尺寸和中心距；主要考虑机舱的布置空间和轴系的布置情况； 说明：操控方式 *：潍柴重机齿轮箱未特别标注均指“推拉软轴”方式 连接方式 * ：具体图片见附图一 完成前三步，基本完成齿轮箱的选型，保证其安装及使用方面的功能； 本步骤主要是根据不同客户的需求进行不同配置的选择； 结论： 通过以上方法，可确定齿轮箱的类型，选出合适的齿轮箱 附图一、齿轮箱与柴油机的连接方式 齿形块 弹性联轴节 目 录 一、船用齿轮箱概述 二、船用齿轮箱选型方法 三、潍柴重机齿轮箱选型实例 四、船用齿轮箱不合理选配分析 第 13页 共 页 成 套 机 组 潍柴中、高速机 潍柴重机齿轮箱 成套机组构成 第 14页 共 页 A X X X X M X X X X 柴油机 转速代号（数字表示） 减速比 成套机组代号 柴油机马力数 柴油机 机型代号（字母表示） 成套机组型号 成套机组型号中包含柴油机和齿轮箱的主要信息 机型 代号 A B C E F G H I 柴油机系列 WD615 WD618 WP12 6160 6170/8170 200 250 226/wp4/wp6 中速机 转速 代号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 柴油机转速 1000 1200 1350 1500 850 720 750 800 900 高速机 转速 代号 15 18 21 23 25 柴油机转速 1500 1800 2100/2150 2300 2500 第 15页 共 页 WHG X X X X 齿轮箱系列代号 潍柴重机代号 系列代号 120 135 170 300 400 600 900 1200 1500 3941 4245 齿轮箱编号 WHG 120 WHG 135 WHG 170 WHG 300 WHG 400 WHG 600 WHG 900 WHG 1200 WHG 1500 WHG 3941 WHG 4245 齿轮箱型号 唯一确定齿轮箱的类型序列 成套机组订货号 +齿轮箱订货号 成套机组订货号： DH170MXXXX 齿轮箱订货号： 61260036XXXX/61600036XXXX/ 61700036XXXX/81700036XXXX/ 62000070XXXX/1303XXXX 第 16页 共 页 已知 ： 柴油机 DH170C8240（ 330kW/1200rpm低打 220kW/1000rpm） ;齿轮箱速比 4:1 确认： 1） 成套机组型号、订货号； 2） 齿轮箱型号、订货号； 成套机组： 型号的确认 ： F300M4-1 F:170系列柴油机字母代号； M:成套机组代码； 4：减速比； 300： 马力数，注意：若为低打机型，其数值为低打后的值； 1：柴油机转速代号；注意：若为低打机型，其数值取低打后的代码。 订货号确认 ：由应用工程部唯一确定； 齿轮箱： 型号的确认 +订货号的确认 （根据前面叙述步骤进行选型） 第一步： 根据速比和传扭力确定齿轮箱的类型 速比： 4： 1;额定传扭力： 330/1200=0.275; 查齿轮箱选型表可知，齿轮箱型号为 WHG400 第二步： 核算齿轮箱的输入转速范围 柴油机转速为 1200rpm;齿轮箱允许输入转速范围为： 1000-2100rpm;满足要求； 第三步： 确认齿轮箱的连接尺寸、安装尺寸 柴油机的飞轮为“国内 +18#”，无飞轮壳，故齿轮箱相对应的为“无罩壳 +国内飞轮” 第四步： 考虑齿轮箱的配置情况 如操控方式、连接方式、输入中心距等等 最后，根据以上的步骤，查询齿轮箱选型表（新），可唯一确认齿轮箱的件号为 617000360172 （连接： 齿轮箱选型表 ） 定货号的确认： 617000360172 链接：齿轮箱选型表 结论： 成套机组 柴油机 齿轮箱 型号 F300M4-1 X6170ZC300-1 WHG400 订货号 DH170M0421 DH170C8240 617000360172 重点强调 禁止选择 与所购柴油机不匹配的齿轮箱！ 必须选择 传扭力大于柴油机额定传扭需求的齿轮箱！ 如客户据船舶工况指定传扭力不足的齿轮箱，必须明确 “客户指定” 目 录 一、船用齿轮箱概述 二、船用齿轮箱选型方法 三、潍柴重机齿轮箱选型实例 四、船用齿轮箱不合理选配分析 现实问题： 齿轮箱在实际应用中，客户往往根据船舶的工况特点，不按照柴油 机的额定传扭需求进行齿轮箱的选择，而是降低传扭力进行选择； 如在运输船中，通常船舶经常在 60%-80%转速范围内运行，根据 P=kn3 可知，此时齿轮箱的传扭需求仅为额定传扭的 36%-64%即可；但是如果按 照此选择齿轮箱，将给齿轮箱带来潜在的风险； 问题分析： 1、以上做法违反了各齿轮箱厂出台的 船用齿轮箱选型须知 及 GB10099-88船用中速齿轮箱技术条件 等国家标准的明确规定， 2、这种做法将给齿轮箱带来潜在风险，甚至影响整条船的可靠性； 3、通过 “机 -桨 -箱匹配图” 详细剖析如下 如果客户降低传扭能力，按照曲线 7选择齿轮箱， 在如下四种情况下，将造成 齿轮箱超负荷运转 。 1）风浪 2）重载 3）污底 4）如果机桨匹配不合理或工况需求，柴油机在外特性或超负荷运转 机 -桨 -箱匹配图介绍： 1：坐标说明： 纵坐标 -功率；横坐标 -转速； 2： 曲线构成： 1-柴油机 外特性曲线； 2-螺旋桨特性曲线 1 3-螺旋桨 特性曲线 2 4-螺旋桨特性曲线 3 5-齿轮箱 传扭曲线 1（潍柴要求） 6-柴油机传扭需求曲线（理论计算） 7-齿轮箱传扭曲线 2（客户选择） 3： 点的说明： A-80%n下与螺旋桨特性曲线 3交点 B-80%n下与螺旋桨特性曲线 2交点 C-80%n下与螺旋桨特性曲线 1交点 D-柴油机标定点 E-考虑 10%功率储备的机桨匹配点 齿轮箱选型是船机桨合理匹配流程 中的重要一环，通过船舶、柴油机、螺 旋桨等的合理匹配，可确定最佳的齿轮 箱速比； 做好船舶动力总成系统匹配将是我 们今后的重点研究内容。 结语 谢谢大家