船舶轴系扭振计算简介

船舶轴系扭振计算简介

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1概述经过我公司承接的两条 40 0 4 0吨货船轴系的详细设计，人认为有必要把轴系的扭转振本动、回旋振动、向振动及对中计算的理解和计纵算提出来和大家共同探讨一下。本文借此简单

轴事故，而导致这项工作探入的理论研究和从测量。 从十九世纪末到二十世纪初，种断轴事各故的分析报告及有关文章逐渐出现，于轴系对扭转振动的研究也逐渐探入。到本世纪五十年代，转振动的研究终于逐渐成熟，成为内燃扭并机动力装置的重要研究内容之~。随着计算机的广泛应用，轴系扭振研究有了更深入的发使展，取得了新的成就。并

介绍船舶轴系的扭转振动的发展、系产生振轴动的原因、量简化原则、当扭振计算方程及减振和避振的措施，最后对 40 0吨货船轴系的扭 40搌计算结果进行了分析。

3轴系产生扭振的原因 2轴系扭转振动的历史简介轴系装置之所以能产生扭转振动，内固其内燃机轴系的扭转振动是影响船舶动力装是轴系本身不但具有惯性，且还个有弹性，而由

置安全运行的重要性能之一。因此许多国家的船检机构规定：大于 10马力的内燃机装置的“ 5扭撮计算和测量资料必须向该组织机构提出审批。当扭振各项数据超出规定限值时，准出”不厂使用。因此内燃机轴系扭转振动在船舶轴系的研究设计工作中占有重要的地位。它已成为参加这方面技术人员必须掌握的理论知识。 内燃机轴系的扭转振动是机械动力学的一个分支 .内燃机动力学的一个部分。热动力是在

此决定了其固有的自由扭振特性。而外因则是作用在轴系上，周期性变化的激振力矩。力矩该是产生扭振的来源，于内燃机来说激振力矩对主要由气缸内气体压力及吸收功率部件所吸收的扭矩不均而产生。轴系按激振的频率进行强

制振动，当激振频率与轴系固有频率相同时，就会产生共振现象，当扭振应力超过轴系所能承受

的应力时，轴系将发生断裂。

装置发展的初期，由于当时技术水平的限制，在相当长的一段时间内 .轴系的强度设计工作在

4轴系扭转振动当量化原则计算方程4 1内燃机轴系当量化原则、有关轴系振动的理论分析，算和数值解计法等问题的研究，目前已有比较完整的方法其

中，把轴系按绝对刚性体来处理的。当时认是为，系中应力的变化完全取决于载荷或其受轴力情况。在十九世纪末，工业发达国家对内但在燃机的广泛应用后，由于在动力，陆交通运输海部门所使用的内燃机装置中，种断轴事故不各断发生，就促使研究设计人员和工程师们，这从实践中认识到，轴系作为绝对刚体来处理是将

分析过程就是将实际轴系中，有弹性又有贯既量的物体。按照振动不变的原则，其转换成只将有转动惯量的集中质量和只有弹性而无质量的弹性轴段经过这样的转换，实际轴系成为能使够进行数学计算的理想系统。这样的理想化模型称这为当量系统，实际轴系是等效的，当与对量系统进行计算，结果与实测值基本相符，其能1]

不合理的，必须作为弹性进行研究。正是轴系具有弹性，的存在将产生扭转振动 .成各种断它造

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够满足工程上的要求了转换成比较简单，为合

轴系强迫振动方程组：

理的当量系统，般按以下原则进行转化：一( )每一曲柄中心线作为单缸转动惯量 1以

[] I其中

+[ c]

+ E O—Mn Kqo

() 1

的集中点，于同排多列发动机，将同排的运对则动质量合并为一集中质量。 ( )具有较大转动惯量的部件的中心线 2以作为质量的集中点，飞轮，力盘，旋桨等如推螺 ( )般认为齿轮在传动时，曲变形甚 3一弯小，把各齿轮的转动惯量，其传动比关系台可按并成为一质量，以该轮系平面在主动齿轮的并中心线作为质量的集中点，

[] 1……当量系统的转动惯量矩阵 (g ) k m: E]…当量系统的阻尼矩阵 ( 1 ) c… N I S: 1 _ E……

当量系统的刚度矩阵 ( td; K] N m/a )Mn… n谐次的激振力矩 ( i… N m)

0……当量系统的扭振振幅 (a ) n td;经过转换后，将以上微分方程转化为如可下线性方程组：

( )过皮带传动的设备，皮带柔性很 4通因大 .带的设备对系统振动的影响可以不考虑。被 ( )弹性联轴节或气胎离合器时，把主 5有应

E Z=M n A] n和阻尼有关的矩阵；

() 2

其中 E……跟轴系质量点的转动惯量，度 A]刚

被动部分分为两个集中质量，弹性元件的柔度值即为主被动两部间的柔度值。 () 6对于相邻集中质量之间联接轴的转动惯量，轴较短时，以忽略，长的轴系可以当可稍把它的转动惯量平均分配到两集中质量上。 ( )水中转动的惯量，螺旋桨，计算 7在如在转动惯量时要考虑附连水的质量。 ()相邻集中质量点间的联接轴，轴的 8两以弹性值作为该两质量间的当量轴段( )系统中有液力偶台器时，偶合器为 9当以

Z……待求的振幅矢量； nMn…激振力矩矢量；… 由以上方程组可知，要我们确定出轴系只各质量点的转动惯量及其阻尼，析出轴系的分

激振力矩，便可求得轴系扭振特性，由此可分并析出所设计的轴系的安全性 .一步合理的确进定各轴段的轴径。

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5避振与减振通过对船舶轴系扭振的分析，算，计目的就是消除扭振对船舶安全运行的威胁。根据以上的讨论可知，响轴系振动特性的有如下几个影方面：

i

界面，分成两个互相独立的扭振系统。可 (0对于摩擦片式离合器，般可近似的 1)一认为是刚性联接。 根据以上原则，际船舶动力装置系统与实当量系统对照如图 1。

( )入系统的激振能量，方程 ( )的 1输即 1中

Mn也就是与内燃机机型有关，,在主机选型建造时确定。

如

一

—

( )系统阻尼消耗的能量有关， 2与即方程( )的 E,就是与轴系中各轴段的刚度及 1中 C]也质量点的转动惯量大小和分布有关。 因此，决船舶轴系的扭振威

胁可以从以解

删圈 1

下的几个方面来考虑： ①减少激振能量，主要由主机机型决定，这 包括各缸的发火顺序，振系统的振型，于扭对

“ 机来说， V型还有“型夹角。 V”

42内燃机轴系扭转振动的计算方程 .根据材料力学和机械振动学可列出如下的1 2

②增加阻尼消耗的能量，其方法是在系统中装有较大阻尼作用的各类阻尼式减振器。来

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消除系统的扭振。

其中，框中的数字是主机气缸序号，质方在量点圆罔中的数字为各质量点的编号，质量在

③调整报型自振频率 .以通过改变轴的可直径或长度；加大或减小飞轮惯量；加或减少增质量数目；变平衡重的尺寸；变轴的材质；改改 在系统中加大柔度的弹性联轴节或各种形式的动力减振器。

点之问或质量点旁边的拨叉符号为轴段或质量点的阻尼，在轴段旁边的是轴段的轴径和轴标段的刚度。

6 3正常发火工况下 .迫振动计算结果分 .强析

④划转速禁区，种方法比较简单可靠。这

6扭振计算结果分析 ( 4 0 0吨货船 以 40

( )旋桨轴扭振应力曲线如图 3示 1螺所在扭振计算结果输出图中，坐标为应力纵 (矩 )横坐标为转速，余各曲线说明见该扭，其图。在图中，旋桨轴的应力在 7 rm时，振螺 0p扭应力达到最大值，约为 2 N/ m远小于 GL大 …… 此处隐藏：3644字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……