秦 琅 史霏霏 石 好 李良才 陈武超

(1.中国船舶重工集团公司第七一一研究所，上海 201108；2.中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064)

0 前言

复合材料轴重量轻，可以降低轴承载荷，并且跨距可以做得更长，减少系统中传动轴和轴承数量，从而简化轴系布置，减少维护成本。另外，复合材料轴具有不易腐蚀，热膨胀系数小，疲劳性能好，减振性能好等诸多优点，在船舶动力传动系统的应用中优势明显[1]。国外自20世纪80年代起，复合材料轴开始应用在船舶上，并逐步经历了从小型中间轴到大型推力轴，从试验船验证到实船应用的发展历程。例如由Austal制造的大型渡轮Leonora Christina上采用了4套碳纤维传动轴，功率9 000 kW，转速1 000 r/min，可承载1 400人和357辆车。

目前国际上一些知名的传动设备制造商，如CENTA、Geislinger、Emerson、Vulkan等，其复合材料轴产品已广泛应用，最大额定转矩可达5 000 kN·m。在国内，中国船舶重工集团公司第七一一研究所实现了国产复合材料轴的实船应用，如图1，并形成了额定转矩175 kN·m以下复合材料传动轴标准产品型谱，非标设计的复合材料传动轴可以达到1 000 kN·m，如图2。

图1 复合材料轴系Fig.1 The model of composite shaft body

图2 1 000 kN·m复合材料轴样机静扭试验Fig.2 1 000 kN·m composite shaft was tested

不同于小功率的复合材料中间轴，大转矩复合材料推力轴在传递大转矩的同时还需要承受推力，不但跨距更长、直径更大、壁厚更厚，并且在载荷要求上更高更复杂。因此在大转矩复合材料推力轴设计时要考虑扭转、推力、转速等综合工况。同时因为复合材料轴是空心轴，长度和直径之间、长度和壁厚之间的比值都比较大，要考虑复合材料轴的屈曲强度。……