六 轴系扭转振动PPT课件

1、第七章船舶推进轴系扭振，2020年7月16日。2，本章主要内容，内燃机轴系扭振概述扭振计算模型及等效换算内燃机轴系扭振计算目的项目固有振动频率的确定固有振动模式的确定(模态图)谐波频率的确定临界转速的确定相对振幅矢量的确定和扭振附加应力的确定比例法霍尔泽表法()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扭振受迫计算系统的矩阵法()能量法()用放大因子法进行避振和减振的方法概述，16.07.2020。 三一。什么是“推进轴系扭振”？定义了船舶轴系的周向交变运动及其相应的变形。原因柴油机气缸内气体压力的周期性变化引起激振运动部件的重力和往复惯性力的周期性变化，从而使受力部件的激振

2、均匀吸收扭转振动。常见的现象是低速柴油机轴系在传动轴上容易出现单节点振动，中速柴油机轴系在曲轴上容易出现双节点扭转振动。对于长轴系和带传动齿轮的轴系，在运行速度范围内，可能有1、2、3个节点的振动模式，包括纵向振动和回转振动，16.07.2020。四一。关于“推进轴系扭振”，轴系扭振有什么危害？使曲轴、传动轴和凸轮轴产生过大的交变应力，甚至导致疲劳损伤；使传动齿轮之间产生冲击现象，造成齿面点蚀甚至断齿；撕裂橡胶联轴器的橡胶部件，并折断螺栓；使刚性联轴器振动松动，螺栓断裂；发动机零件磨损更快，地脚螺栓断裂；柴油发电机组的输出电压不允许波动；引起扭转纵向耦合振动；产生二次激励，引起柴油机机体和变速

3、箱的横向振动，通过双层底引起机舱部件的局部振动、上部结构振动和船体振动；让机舱噪音变得更糟。2020年7月16日。5，1。关于“推进轴系扭振”，研究轴系扭振的目的是通过计算和评估，检查轴系固有频率与船上相关激励频率之间是否存在共振，并计算其强度，从而判断其危害性，为合理提出和实施避振减振措施提供依据，16.07.2020。转换原理：等效系统能代表实际轴系的扭振特性，其计算的自由振动固有频率与实际固有频率基本相同，其振型与实际基本相似。当实测固有频率与计算值之差大于5时，应修正等效系统。扭转振动和等效转换的计算模型，16.07.2020。8、等效换算法将每个曲轴平面的中心作为单元气缸转动惯量的集

4、中点。对于带有平行连杆的V型机，中心线与每个气缸轴线的交点也可以作为集中点，每个曲柄可以转化为两个集中点。单元气缸的转动惯量由转动部件的转动惯量和往复部件的转动惯量转化为曲柄销的半径组成。大质量部件的旋转平面的中心作为部件质量的集中点。对于弹性联轴器、气动离合器和弹性扭转减振器，主动和从动惯性轮是两个质量集中点，其刚度应取弹性元件的动刚度值。2.扭转振动的计算模型和等效换算，16.07.2020。9。等效换算法(续)硅油减振器可简化为由壳体的半惯性和惯性轮的惯性组成的等效惯性；它也可以转换成两个质量点。当传动轴法兰的接合面作为ma的中心时，2。扭转振动的计算模型和等效换算，16.07.2020

5、。10，等效转换方法(续)柴油发动机、弹性联轴器、气动离合器、变速齿轮装置、减震器等制造商。应提供经实验验证的扭转参数。作为惯性粒子的发电机转子。填料风扇不能是双入口或单入口，它被认为是惯性粒子。附着水的影响应包括水力测功器的转动惯量。附着的水量与水力测功器吸收的负荷有关，在缺乏详细信息的情况下，可将其视为净惯性的35%。皮带驱动泵和发电机等。轴系由皮带驱动。由于皮带刚度很小，可能会发生轻微打滑，可以认为这部分设备与原系统的扭转振动特性无关。2.扭转振动的计算模型和等效换算，16.07.2020。11。等效换算法(续)液力偶合器：当轴系通过液力偶合器传递时，可以认为液体的刚度很小，所以液力偶合

6、器的驱动部分和从动部分可以看作是两个具有独立扭转振动特性的系统。前者受柴油机干扰力矩的影响；后一种系统受螺旋桨扰动力矩的影响。螺旋桨的惯性值应包含在附着水的值中，附着水的值与推进类型有关。对于螺距固定的螺旋桨，螺旋桨在空气中的惯性是附着水量的2530倍，带尾水管的可以是35倍；对于可调螺距的螺旋桨，水的加入量是其在全螺距空气中惯性的5055倍；在零间距，采取大约2。然而，对于一些具有较大的盘表面比和桨距比的螺旋桨，可以认为附加水值较大。对于空气螺旋桨，没有水附着。对于喷水推进器，不考虑附着水。2.扭转振动的计算模型和等效变换，16.07.2020。12、惯性矩的计算，一般物体的惯性矩，可用一般

7、公式计算。对于螺旋桨的转动惯量，可以根据以下公式计算：2 .扭转振动的计算模型和等效换算，其中：J0轮毂的转动惯量，kg.m2；Z形叶片的数量；J1叶片的转动惯量，kg.m2日本附加水惯性，kg.m2；水附着系数。一般来说，它大约是1.25；螺旋桨带尾水管，取1.35；对于可调螺距的螺旋桨，1.02，16.07.2020。和13用于刚度计算。直轴的扭转刚度为：弹性联轴器的扭转刚度，以及扭转振动的计算模型和等效换算，动刚度值：KdKs应采用D动系数。通常，制造商应提供弹性联轴器的扭转刚度值16.07.2020。14、目标项目确定固有频率，确定固有振动模式(模态图)，确定谐波频率，确定临界转速，确

8、定相对振幅矢量，并确定扭转振动附加应力的计算方法，如霍尔泽表法、系统矩阵法和传递矩阵法。3.内燃机轴系自由扭转振动的计算，16.07.20。15，3。内燃机轴系自由扭转振动的霍尔泽表计算方法，自由扭转振动系统的无量纲参数为什么系统参数要无量纲？如何进行无量纲化？如何确定Js和es？16.07.2020，16.3。内燃机轴系自由扭转振动的计算方法，Holzer表格法中的无量纲递推公式，对于kth质量，其平衡方程为：无量纲递推公式。物理意义？2020年7月16日。17，3。内燃机轴系自由扭转振动的霍尔泽表计算方法，可得：这说明该方程应得到正确满足。或者，满足这个公式的是固有频率，对应的是主模态！1

9、6.07.2020、18、3。内燃机轴系自由扭转振动的霍尔泽表的计算方法可以看出，霍尔泽表的要点是当给定一个时，1，2，2，2，3，3，N可以通过设置11递归得到。试算和gra直接而精确的求解方法、如何给出第一个试验值？2020年7月16日。19，三。内燃机轴系自由扭转振动的计算方法霍尔泽表，单列系统霍尔泽表法的计算步骤如下。根据已知条件，各质量的无量纲惯性矩和各轴段的无量纲柔度分别填入表的第一列和第六列；16.07.2020，20，3。内燃机轴系自由扭转振动的霍尔泽表计算方法，16.07.2020。21，3。内燃机轴系自由扭转振动的霍尔泽表计算方法，单列系统霍尔泽表法的计算步骤选择试验无量纲

10、频率值，并填入第二列。首先，将多质量系统简化为双质量或三质量系统。具体方法如下：将各质量的惯性矩视为一组“平行力系统”，将各轴段的柔度视为“力臂”，得到“合力(等效惯性矩)”及其作用点的位置；然后，根据上述方法，两质量或三质量系统的自由振动的固有频率被计算为原始振动系统的单节点或双节点振动的第一试验频率值。2020年7月16日。22，3。内燃机轴系自由扭转振动的计算方法。单列系统霍尔泽表法的计算步骤依次计算表中第三、第四、第五和第七列1n质量的值，计算剩余扭矩并填入表中；判决，16.07.2020，23，3。内燃机轴系自由扭转振动的计算方法，单列系统Holzer表法的计算步骤，无量纲固有振动频

11、率值确定后，系统自由振动频率的无量纲值按(rad/s)和(次/分)计算。一起填写表格。2020年7月16日。24，3。内燃机轴系自由扭转振动的计算方法，单列系统自由振动频率主模态(模态图)(单节点、双节点)Holzer表格法的计算结果，谐波频率临界转速相对振幅矢量之和，该轴段扭转截面的模量，其计算方法将在后面介绍，16 25。3.用霍尔泽表计算内燃机轴系自由扭转振动的方法，用霍尔泽表法计算分支系统的步骤，首先，从第一个质量开始，按单列系统计算，取=1，计算到分支点h；从分支系统的自由端开始，使分支自由端的质量振幅为x，并计算到分支点h。根据分支点只有一个振幅的原理，得到x；根据分支点上的力矩平

12、衡方程，计算与分支点相连的后续轴段上的弹性力矩；继续按单系统方法计算，直到最终质量。2020年7月16日。26，3。内燃机轴系自由扭转振动的其他计算方法，系统矩阵法采用QR法、雅可比法等。求解齐次微分方程的特征方程，计算自由振动。这些方法计算量大，但在计算复杂的多分支系统时可以避免漏根和奇异点。因此，高斯消去法和其他方法可以用来求解非齐次微分方程和计算响应。传递矩阵法是轴系振动的基本计算方法之一，便于计算机编程。有限自由度离散系统相当于霍尔茨表法，适用于扭振计算。有限元法的基本思想是将连续体看作是在节点处相互连接的有限基本单元的组合，从而使问题成为一个有限自由度的力学问题，可以用线性代数方程来

13、求解。这是一种有效的数值计算方法，它能考虑轴系的所有参数，并能满意地处理轴系的所有振动现象。2020年7月16日。27，4。推进轴系扭振的激励与阻尼。轴系扭振的能量来源是t2020年7月16日。28，4。推进轴系扭振的激励与阻尼。轴系扭振的能量来源是单缸内燃机气缸内气体压力变化引起的激振力矩。从运动学可知，由轴系的pT扭转引起的激振力矩是一个复杂的周期函数。它可以用傅立叶级数表示，其中：T0单缸平均扭矩，N.m；t谐波力矩振幅，N.m；调和数；曲轴旋转角速度，弧度/秒；谐波激励的初始相角rad是曲轴一周内激励转矩的次数。对于二冲程机器：=1，2，3，对于四冲程机器：=0.5，1，1.5，2，2

14、.5，3，16.07.2020，29，4。推进轴系扭振的激励与阻尼。轴系扭振的能量来源是单缸内燃机气缸内气体压力变化引起的激振力矩。r曲柄半径，厘米；c谐波切向力振幅(谐波系数)。16.07.2020，30，4。推进轴系扭振的激励与阻尼。轴系扭振的能量来源是运动部件重力和往复惯性力产生的激振力矩，运动部件重力和往复惯性力产生的激振力矩，16.07.2020，31，4。推进轴系扭振的激励与阻尼轴系扭振的能量来源是螺旋桨引起的激励扭矩，根据螺旋桨轴的旋转角速度可将其展开为三角函数级数，其中：T0平均扭矩，N.m；Zp螺旋桨的叶片数；Tkzp kZp谐波励磁转矩振幅，N.m；kzp kZp谐波励磁转

15、矩与叶片中心线之间的相角rad(n . m)有一些经验公式。一般来说，Tkzp很小，所以它对轴系扭振的影响可以忽略不计。然而，应该考虑主谐波=kZp的激励时刻！(因为此时它将与内燃机激励重叠，这会加剧轴系的扭转振动)，16.07.2020，32，4。推进轴系扭振的激励和阻尼，临界转速当系统受到第二个激励扭矩时，其循环频率为0，那么每分钟激励扭矩的次数为3360小时(固有振动的分钟频率分别为单、双和三个节点)。对于二冲程和四冲程机器，每个振动模式分别具有12和24个临界转速，即16.07.2020。33和4。推进轴系扭振的激励与阻尼。事实上，只需考虑内燃机工作范围内的几个临界转速nc。因此，要考虑的谐波频率范围是：其中：ne柴油机的额定转速，r/min；nmin柴油机的最小稳定转速为r/min。计算nc时，通常先确定范围，然后计算NC、16.07.2020、和34。结果表明，多缸柴油机对系