发布时间 : 星期二 文章毕业论文（设计）船舶轴系扭转振动的研究 - 图文更新完毕开始阅读5b02d10b5e0e7cd184254b35eefdc8d376ee1461
时，将会遇到很多临界转速，即推进系统遇到共振的机会是很多的。但是，实践表明，其它的临界转速危险性不大，这是因为：
（1）干扰力矩的强弱是各不相同的，从简谐分析可知，? 的谐次越高，干扰力矩幅值越小，当? 大于12次以上时，由于干扰力矩幅值很小，常常忽略起作用。
（2）在多缸机中，同一结数振动形式的各种谐次，干扰力矩做功数 值是有差异性的，优势他们的差异可达几十倍至多，有危险的往往是那些??k 值较大的谐次，而那些??k 值较小的谐次在振动中则可以忽略。
（3）由于干扰力矩仅在共振时对系统作用，有能量输入。当系统处于某一谐次的临界转速时，相对于其它处于非共振的谐次来说，这一谐次振动往往处于主导地位，其它的就可以忽略其影响。
基于以上原因，虽然临界转速很多但大部分都会引起的振动很小，甚至在实际测量中无法感觉到他们的存在，只有那些??k 值很大，干扰力矩幅只又有相当熟知的谐次才会在临界转速时产生较大的振动，应引起注意，这种临界转速称为主临界转速。计算时，首先，应分析该临界转速下的扭振情况。其次，临界转速的危害性还必须结合发动机的工作转速范围，因为远离发动机工作转速范围的临界转速，对推进装置并不会产生多大危害。所要考虑的仅是发动机工作转速范围内的那几个临界转速，相应的简谐次数可由下式来决定：
N?N? ???1.2ne0.8nminN??N?? ???1.2ne0.8nmin
?r?式中： N?，N??为单、双结临界转速??
?min??r?ne,nmin为发动机额定转速和最低稳定稳定转速??
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第五章 推进轴系扭转振动的控制方案
通过扭转振动的校核计算，如果轴段的扭振附加应力超过“船规”规定的许用应力时，应该采取减振、避振措施，控制其振动，保证安全运行。
而通常解决推进轴系危险共振的措施主要有三类：（1）调频避振；（2）平衡外干扰，减少输入系统能量的减振；（3）增加系统阻尼的降振减幅。至于在工作转速范围内划禁区（采取操作中快速通过）的方法，仅是一个临时措施，只在万不得已情况下才使用。而“船规”又规定（0.8—1.05）的额定转速范围内不准划禁区，且不允许在常用转速法范围内存在单结主简谐振动，即使扭振应力超过许用值。
5.1 调频避振
调整轴系扭振固有频率的基本方法是调整系统的转动惯量、扭转刚度及其分布规律。由于系统各阶固有频率对转动惯量、扭转刚度变化的灵敏度不同，不同频率振型下的调频方案也是不同的。具体来说，节点及其附近刚度的变化和远离节点的转动惯量的变化对固有频率影响最大。根据这个特点，理论上可以做到仅高速某阶固有频率和使其他阶固有频率基本不变。
由振动理论可知，固有频率只取决于系统本身特性参数，改变系统上任何一个部件的惯量和弹性，或者改变它们在系统中所处的位置都可以引起系统固有频率的变化。但是，系统固有频率地各部件惯量和刚度的灵敏度是不同的。通常变更结点附近的柔度对自振频率影响大，远离结点处影响小。在改变转动惯量时，远离结点的转动惯量变化对自振频率影响大，远离结点处影响较小。在改变转动惯量时，远离结点的转动惯量变化对固有频率影响较大。因此，可以调整单结振动固有频率的措施，对其他结点振动固有频率调整不一定有效。所以，调频方案的选取对不同系统是不同的。
5.1.1 选择合适的飞轮惯量
在推进轴系中可以改变的转动惯量由曲轴平衡块惯量，螺旋桨惯量和飞轮惯量。通常，平衡块惯量由柴油机动力学平衡问题所决定，变动的余地不大；螺旋桨惯量由船体阻力和航速等决定，一般当材质确定后，惯量变化会影响螺旋量推进效率和航速等；而飞轮惯量调整对动力装置影响比较小，对扭振的影响在某些情况下恰好很大。从振动控制角度来分析，飞轮不仅可以装在柴油机输出端，也可以装在柴油机自由端
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（称调频飞轮）或者装在轴系中间某一位置上。现在许多种大型柴油机出厂时，除了安装按柴油机平衡要求设计的基本惯量飞轮外，还有几种不同惯量飞轮供选用。
飞轮惯量变化对推进轴系固有频率和振型都有影响。飞轮惯量增加能使固有频率下降，并使结点向飞轮端靠拢。单结振动结点一般都在轴系上，飞轮惯量增大后，不仅能使自由频率下降，而且因结点向飞轮端靠拢，振型发生变化，使螺旋桨处振兴增大。螺旋桨阻尼在单结振动中是整个系统阻尼的主要成分，且螺旋桨阻尼功于振幅平方成正比。采用大惯量飞轮使螺旋桨阻尼功作用明显增加，此时，如果忽略柴油机和轴段阻尼影响，系统总放大系数将减小，使A1减小，从而是轴段扭振应力适当减小。
但是，飞轮惯量变化时，必须注意对单结、双结、三结振动的综合影响。一般说，对尾轴型布置的轴系，为减小单结振动应力而选用较大惯量飞轮时，应注意避免把双结振动危险的共振转速压低到常用转速范围内产生新的矛盾。其次要注意，飞轮惯量增大将使双结振动中曲轴上的那个结点位置向飞轮方向移动，使主简谐的相对振幅矢量和增大，而使曲轴应力增加。同样道理，如果常用转速范围内存在较大双结振动应力，就可选用较小惯量飞轮，让双结主临界转速超过额定转速，从而使常用转速范围避开危险的共振。
5.1.2 改变系统柔度
改变系统柔度主要是指改变发动机飞轮到螺旋桨之间联接轴端柔度（是调节单结振动固有频率的极为有效方法。但它对双结振动频率影响不大）一般有以下3种措施。
（1）改变轴系长度。在机舱布置允许的条件下，采用增加轴系长度，提高轴系柔度是降低单结振动固有频率的极为有效方法。
（2）轴系加装弹性联轴器。由于弹性联轴器柔度大，可是轴系柔度增加几倍到几十倍，而又不使轴系几何尺寸有大的变化。它可以较大幅度地降低系统的单结固有频率，是绝大部分低谐次的临界转速处于工作转速以下。
对于低速机装置，由于扭距大，弹性联轴器加工制造比较困难，因而采用的比较少，对于中速机装置，它就成为调频避振的一个很有效的方法，尤其对尾机型装置更为适应。但是，选用弹性联轴器改善单结振动时要注意是否会引起双结或三结振动频率变化，引起新的矛盾。弹性联轴器不仅能改善轴系的扭振特性，并使轴系容易对中，而且还能吸收齿轮传动装置上的波动扭矩，减少齿轮的“齿击”
现象，保护齿轮。
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（3）增大轴径。对某些轴系，尤其是采用低速二冲程少缸机（4，5缸）的轴系，当轴系较短时，按“船规”计算的轴的基本直径为基础而设计的轴系，主临界转速往往会落在主机工作转速范围之内，并会很靠近额定转速。按“船规”要求在（0.8—1.05）
neH范围内不准划禁区，且不存在单结主简谐共振，即使扭振应力未超过需用值。对于这种轴系调频避振的有效而简单办法是加大轴的直径，增加轴系刚度，把主临界转速移到额定转速以上。
轴径加大程度和轴系长度、螺旋桨飞轮矩大小有关。一般选取中间轴直径增大量比螺旋桨轴直径增加量大，这样处理，可是尾轴密封装置尺寸不致太大，对降低造价和保证密封装置可靠性有利。另外，尾柱轴毂尺寸和螺旋桨毂均可不必额外加大，可避免船体附体阻力增加，提高推进效率，从节能观点看也是有好处的。
5.1.3 选定适当的螺旋桨惯量
螺旋桨惯量由船体阻力，航速等决定，除非万不得已，一般不希望仅由于扭振而更改其设计-----变动螺旋桨惯量。但是，对于相同参数的螺旋桨，若选用不同材料，它们的转动惯量也会不同。
螺旋桨惯量降低也能使系统单结点位置向飞轮处靠近，使螺旋桨处振幅增大，收到采用增大飞轮同样的减振效果，但是，它和增大飞轮所不同的是固有频率恰有所增加。
5.2 平衡外干扰，减少输入系统能量的降幅减振
根据柴油机扰动力矩对系统做功的关系是，在发动机参数一定（即Mv一定）时，减小相对振幅矢量和??k就等于减少输入系统能量，达到降幅减振的目的。影响相对振幅矢量和大小的主要因素是系统振型和扰动力矩矢量图。改变发火顺序，可以调整非主简谐次数相对振幅矢量和的大小，但不会改变主简谐次的相对振幅矢量和，因为主简谐的所有扰动力矩矢量相位为零。如果采用不规则的曲柄排列，可消除主简谐次的共振危险。但是，不规则的曲柄排列使发动机平衡性比较差，一般很少采用。在某些情况下，发动机自由端加装一只飞轮，能调节双结振型（调节曲柄上结点的位置），从而减少主简谐相对振幅矢量和。
减小螺旋桨伴流场的不均匀性；适当调整曲柄端面图上曲柄和螺旋桨叶片的相对
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