第六章 轴系扭转振动.ppt

第七章 船舶推进轴系扭转振动 本章主要内容 内燃机轴系扭转振动概述 扭振的计算模型与当量转化 内燃机轴系自由扭振计算 目的 项目 确定自振频率 确定自振振型(振型图) 确定简谐次数 确定临界转速 确定相对振幅矢量和 确定扭振附加应力尺标 方法 Holzer表法(√) 系统矩阵法 传递矩阵法(#) 内燃机轴系扭振的激励 内燃机轴系强迫扭振计算 系统矩阵法(√) 能量法(√) 放大系数法 避振与减振方法综述 一.关于“推进轴系扭振” 什么是“推进轴系扭转振动”？ 定义 船舶轴系出现的周向交变运动及其相应变形。 产生原因 柴油机气缸内气体压力的周期性变化引起的激励 运动部件的重力及往复惯性力的周期性变化引起的激励 接受功率的部件不能均匀的地吸收扭振而形成的激励 常见的现象 低速柴油机轴系容易出现节点在传动轴中的单节点振动 中速柴油机轴系，常易出现节点在曲轴的双节点扭振 对于长轴系及有传动齿轮的轴系，在使用转速范围内，可能有1、2和3节点的振动模态 一.关于“推进轴系扭振” 轴系扭转振动有何危害？ 使曲轴、传动轴及凸轮轴产生过大的交变应力，甚至导致疲劳折损； 使传动齿轮间产生撞击现象，引起齿面点蚀，乃至断齿； 使橡胶联轴器橡胶件撕裂、螺栓折断； 使刚性联轴器出现振动松动，螺栓折断； 发动机零部件磨损加快，地脚螺栓折断； 柴油发电机组输出不允许的电压波动； 引起扭转—纵向耦合振动； 产生继发性激励，激起柴油机机架、齿轮箱的横向振动，并通过双层底引起机舱构件局部振动、上层建筑振动及船体振动； 使机舱噪声加剧。 一.关于“推进轴系扭振” 研究轴系扭转振动的目的 通过计算，评估轴系扭振特性 检查轴系固有频率和船上有关的激励频率之间是否出现共振，并计算其强烈程度，以判断其危害性 为合理的提出并实施避振和减振措施提供依据 二.扭振的计算模型与当量转化 当量系统，就是把复杂的柴油机轴系转化成如图所示的集中质量—弹性系统。 转化原则:当量系统能代表实际轴系的扭振特性，其自由振动计算固有频率与实际固有频率基本相同，振型与实际的基本相似。实测固有频率与计算值相差大于5％时，应对当量系统进行修正。 当量转化方法 柴油机曲轴以每一曲轴平面的中心作为单位气缸转动惯量的集中点。对并列连杆V型机也可以每个气缸中心线与轴线之交点作为集中点，而将每个曲柄转化为两个集中点。单位气缸转动惯量由旋转部件的转动惯量及转化到曲柄销半径处的往复部件的转动惯量组成。 以有较大质量部件的回转平面中心作为该部件质量的集中点。 弹性联轴器、气胎离合器和弹性扭振减振器等，其主动、从动惯性轮作为两个质量集中点，其刚度应取弹性元件的动态刚度值。 当量转化方法(续) 硅油减振器可简化为一个由其壳体惯量与惯性轮惯量之半组成的当量惯量；也可转化为由2个质量点组成。 当以传动轴法兰接合面作为质量中心时，轴的转动惯量平分加在相邻法兰的质量上。 传动齿轮的主、从动齿轮可作为两个集中质量，并假设两者之间的刚度很大(一般可取轴系中最大刚度的1000倍)。齿轮装置轴系中，从动系统应转化为与柴油机转速相同的当量系统。 当量转化方法(续) 柴油机、弹性联轴器、气胎离合器、变速齿轮装置、减振器等制造厂应提供经实验验证的扭转参数。 发电机转子作为一个惯量质点。 垫升风机不能是双进风的还是单进风的，都作为一个惯量质点。 水力测功器转动惯量应计入附水影响。附水量与水力测功据所吸收负荷有关，缺乏详细资料则可取为净惯量的35％。 皮带传动的泵和发电机等设备：轴系通过皮带传动的泵和发电机等设备，出于皮带刚度很小而且还可能产生微量的滑移，所以可以认为这部分设备与原系统的扭振特性无关。 当量转化方法(续) 液力偶合器：轴系通过液力偶合器传递时，可以认为液体的刚度很小，因此液力偶合器的主动部分以前和偶合器从动部分以后，可分别作为两个扭振特性互为独立的系统来考虑。前一系统受柴油机干扰力矩的作用力；后一系统受螺旋桨干扰力矩的作用。 推进器转动惯量值应计入附连水的值，附水值大小与推进型式有关。对于固定螺距螺旋桨，附水量—般取其在空气中惯量的25％—30％，装有导流管的可取35％；对于可调螺距螺旋桨，附水量—般在满螺距时取其在空气中惯量的50％—55％；零螺距时取2％左右。但对于某些盘面比及螺距比均比较大的螺旋桨，附水值可考虑更大些。对于空气螺旋桨，没有附水。对于喷水推进器，也不考虑附水。 惯量计算 规则物体转动惯量，可应用一般公式进行计算。 对于螺旋桨转动惯量，可按下式计算 刚度计算 直轴的刚度 对材料剪切弹性模量为G，截面极惯性矩为J0，长度为L的轴段，扭转刚度为： 弹性联轴器扭转刚度 三. 内燃机轴系自由扭振计算 目的 项目 确定自振频率 确定自振振型