宋雅丽等,船用低速柴油机曲轴轴向振动研究船用低速柴油机曲轴轴向.doc

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宋雅丽等,船用低速柴油机曲轴轴向振动研究船用低速柴油机曲轴轴向

船用低速柴油机曲轴轴向振动研究 (中船动力研究院有限公司,上海 201306) 摘 要:以船用大功率低速柴油机柔性体曲轴为对象,在考虑气体力、运动部件惯性力、扭纵耦合效应等因素的情况下,建立曲轴、连杆、活塞的刚柔混合动力学模型。通过数值仿真,分别对连杆推力、连杆法向力和切向力对曲轴轴向振动的影响进行分析。分析结果表明:法向力直接引起曲轴纵振,切向力首先引起曲轴扭振,进而引起曲轴纵振;同时,法向力和切向力对曲轴轴向振动的影响非常相近;而连杆推力(法向力和切向力合力)引起的曲轴轴向振动是扭纵耦合振动的结果,并非两种分力作用结果的简单叠加。 关键词:船用低速柴油机;刚柔耦合模型;轴向振动;扭纵耦合振动。A 【DOI】10.13788/j.cnki.cbgc.201.Z.005 Study on the Axial Vibration of the crankshaft on Marine Low-Speed Diesel Engine SONG Ya-li, LIU Li-jun, WU Chao-hui (China Shipbuilding Power Engineering Institute Co., Ltd., Shanghai 201306, China) Abstract: The rigid-flexible mixed model for the cranktrain system of the marine low-speed diesel engine is established considering the gas force, the inertia moment of moving parts and the coupling effect between torsional and axial vibration. The result of numerical simulation shows that: the normal force on the crankpin is the directly exciting factor to the crankshaft axial vibration, but the tangent force is the indirectly exciting factor; Besides, the normal force and tangent force have similar influence on the axial vibration; Moreover, the axial vibration caused by the push force of con-rod is the result of torsional coupled axial vibration. Key words: marine low-speed diesel engine; rigid-flexible mixed model; axial vibration; torsional coupled axial vibration 0 引言 柴油机轴系轴向振动方面的研究与成熟的扭振理论相比起步相对较晚,这主要是由于轴向振动对早期船舶动力装置的危害性远小于扭振,事故案例也极少发生。但为了追求更高功率和更好经济性,大型低速二冲程船用柴油机的转速不断降低、燃烧压力不断增高、冲程不断增长、强化程度不断提高,如冲程缸径比从2.5增至5,强化指标从12.8MPa·M/S增至18MPa·M/S,随之而来的轴系轴向振动问题也日益显现。 柴油机曲轴轴向振动机理来自连杆及螺旋桨两个方面[1]: 1)连杆切向力使曲柄受扭变形而产生的轴向伸张和收缩;2)连杆法向力引起的曲柄伸张和收缩;3)匀速回转下,伴流场所引起的螺旋桨推力变化;4)在扭转振动下,不均匀回转所引起的螺旋桨推力变化。 前两项是由于曲柄弯曲和扭转引起的轴向变形,后两项则属于直接的轴向激励。柴油机工作时,每个曲柄不仅要承受连杆传递的切向力和法向力,而且还要在相邻曲柄之间进行扭矩的传递,此过程将在轴系产生扭转及轴向干扰,其中轴向干扰主要是法向力的等效作用引起的。除法向力的等效作用外,扭转干扰也介入了轴向变形[1]。 本文将以船用大功率低速柴油机柔性体曲轴为对 收稿日期:;修回日期:201-05-25 基金项目:作者简介: 象,在考虑活塞、连杆、十字头运动组件的惯性力、气体压力等载荷作用和扭纵耦合效用影响下,建立轴系的刚柔混合动力学模型,并围绕法向力和切向力对曲轴的轴向振动影响进行分析,力求从弯曲和扭转两方面揭示柴油机曲轴轴向振动规律。 1 数学模型 1.1 基本数学模型 目前船用柴油机曲轴扭转-轴向耦合

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