典型船用电机抗冲击分析方法研究.pdfVIP

摘要

摘要

随着各式水中武器的不断发展，舰船生存环境变得尤为恶劣。在现代海战中，舰

船遭受中远场水下爆炸冲击载荷的概率要大于近场，中远场冲击载荷一般不会引起结

构损伤，但引起的恶劣冲击环境将会对舰载设备产生重大影响，严重时甚至将导致重

要设备停止运转，进而削减舰船战斗力甚至生命力。船用推进电机属于船用大型设备，

在受到冲击时，大型设备的振动响应、应力分布和变形模式难以进行预测和控制。因

此需要研究水下爆炸载荷及陀螺效应作用下电机冲击响应特性，从而摸清其抗冲击薄

弱环节，提升电机抗冲击设计水平。本文以此作为出发点，完成的主要内容如下：

首先，针对推进电机结构的特点，以某型异步电机作为研究对象建立精细化的有

限元模型，采用六面体网格对整机箱体外壳、轴承、转轴等主要部件进行仿真建模，

使用时域模拟法对电机冲击响应特性进行研究，分析各部件冲击响应与冲击载荷峰值

与冲击载荷脉宽的变化关系。在此基础上，研究转子静止状态下电机整机系统的冲击

响应特性及响应传递特性，并进一步探究了转子静止状态下的抗冲击能力。结果表明，

各部件的最大应力与冲击峰值成线性关系，间隙的变化与应力的变化趋势基本相同，

与载荷峰值呈现线性关系，与载荷脉宽呈现逐渐平缓的增加趋势。结合各部件及间隙

失效曲线，形成了电机失效判断准则，为电机抗冲击性能分析提供判断依据。

其次，考虑了转动惯量与梁弯曲振动的叠加效应，通过Rayleigh梁-轴模型推导

了转轴冲击载荷下的振动方程，得出了转轴转速与转轴横向振动的数值关系，结果表

明，转轴的转动会引起载荷施加方向以外的挠度，且当转速增大时该效果越加明显。

在此研究结果的基础上对电机转动载荷施加的有效性进行了验证，并对电机转动时冲

击响应进行了仿真计算分析，分析了不同转速下电机冲击响应的变化规律。结果表明，

转轴转动将放大电机各结构冲击响应，随着转速的增加，冲击响应随之增大。

最后，为了提高仿真效率，本文提出了一种转轴冲击响应简化计算模型，探究了

简化模型的误差来源。结果表明，简化计算模型计算误差与轴承的冲击环境与弹簧刚

度有关。轴承冲击响应作为输入载荷进行转轴响应预报时需以分布质量点或MPC-Tie

的方式模拟转轴从而有效避免由于碰撞而产生的环境激增。简化计算模型对于静止或

低速旋转时转轴的冲击响应计算较为准确。当转子转速增加时，计算误差会以几何倍

数增加，认为在700转以下可应用简化模型方法实现转轴响应的快速计算。

关键词：水下爆炸；电机抗冲击；冲击环境；电机简化模型

I

Abstract

Abstract

Withthecontinuousdevelopmentofallkindsofunderwaterweaponsandequipment,

thelivingenvironmentofshipshasbecomeparticularlybad.Inmodernnavalbattles,

althoughtheprobabilityofshipssufferingfrommiddle-farfieldunderwaterexplosion

impactloadisgreaterthanthatofnear-field,theharshimpactenvironmentcausedby

middle-farfieldimpactloadwillhaveasignificantimpactonshipboardequipment,and

evencauseimportantequipmenttostopoperationinseriouscases,thusreducingtheships

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