船舶推进轴系扭振控制技术
船舶推进系统的抗震设计分析
船舶推进系统的抗震设计分析船舶在航行过程中，可能会遭遇各种自然灾害，其中地震是一种极具破坏力的因素。
船舶推进系统作为船舶的核心部件之一，其正常运行对于船舶的安全至关重要。
因此，对船舶推进系统进行抗震设计分析是保障船舶在地震等恶劣环境下安全运行的关键。
一、船舶推进系统的组成与工作原理船舶推进系统主要由主机、传动轴系、螺旋桨等部分组成。
主机产生的动力通过传动轴系传递给螺旋桨，螺旋桨旋转推动船舶前进。
在这个过程中，各个部件协同工作，任何一个环节出现问题都可能影响整个推进系统的性能。
主机通常是船舶的动力源，可以是内燃机、蒸汽机或燃气轮机等。
传动轴系包括传动轴、联轴器、轴承等，负责将主机的动力平稳地传递给螺旋桨。
螺旋桨则通过旋转产生推力，使船舶在水中移动。
二、地震对船舶推进系统的影响地震产生的震动和冲击会对船舶推进系统造成多方面的影响。
首先，强烈的震动可能导致主机的零部件松动、损坏，甚至使主机失去正常工作能力。
例如，曲轴、连杆等关键部件可能因震动而出现疲劳裂纹，影响发动机的性能和可靠性。
其次，传动轴系在地震中可能发生扭曲、断裂，联轴器可能失效，轴承的磨损也会加剧，从而影响动力的传递效率。
再者，螺旋桨在地震作用下可能会受到撞击，导致桨叶变形、损坏，影响推力的产生。
此外，地震还可能引发船舶的位移和倾斜，改变推进系统的工作状态和受力情况，进一步加大了系统受损的风险。
三、船舶推进系统抗震设计的基本原则为了提高船舶推进系统的抗震能力，在设计时需要遵循以下基本原则：1、整体性原则将船舶推进系统作为一个整体进行考虑，分析各个部件之间的相互作用和影响，确保整个系统在地震作用下能够协同工作，共同抵抗外力。
2、强度与刚度并重在设计中，既要保证推进系统各部件具有足够的强度来承受地震产生的应力，又要确保其具有适当的刚度，以减少变形和振动。
3、冗余设计通过增加备用部件或采用多重连接方式，提高系统的可靠性。
当某个部件在地震中受损时，备用部件能够及时接替工作，保证推进系统的基本功能。
船舶轴系扭振产生的原因及对策
• 90 •内燃机与配件船舶轴系扭振产生的原因及对策杨帆(台州理工船舶工程设计有限公司，台州318000)摘要：船舶轴系作为船舶推进系统中重要的构成部分，而轴系产生的扭振则是导致船舶推进系统出现各类事故的重要原因之 一。
本文笔者在分析船舶轴系扭振产生的原因的基础上，就如何削减船舶轴系扭振提出了几点措施，希望为提高船舶运行的安全性尽 微薄之力。
关键词：船舶轴系扭振;原因；削减措施0引言在船舶运行过程中，柴油机轴系扭振已经成为威胁船 舶安全运行的动力装置之一，因此要想提高船舶动力装置 的安全性，首先要找到船舶轴系扭振产生的原因，然后采 取有效措施，从而为装置的安全运行提供保障。
1船舶轴系扭振分类及原因扭振主要指的是所有拥有惯性和弹性的物体，因为受 到外力作用而出现振动的现象。
对船舶来说，同样存在着 轴系扭振的现象，船舶柴油机轴系振动形式主要包含横向 振动、纵向振动、扭转振动三种。
而上述三种振动中，扭转 振动产生的危害最大，扭转振动简称为扭振，船舶轴系扭 振的产生在很大程度上跟其主机有关，当船舶的柴油机发 生间歇性燃烧与喷油、输出的扭矩不均匀时便会产生扭 振；齿轮箱的咬合冲击和误差激励会导致齿轮系统发生误 差，出现扭振。
船舶在不断推进过程中会因为轴系上的部 件安装不正确，存在对中偏差或者材料不均匀等均会引起 船舶轴系在行使过程中出现质量不均匀的情况。
除此之 外，在工作状态下，螺旋桨还会受到环境因素的影响，从而 产生不均匀流畅不均匀激励轴系。
在柴油轴系出现扭振 时，通常情况下不会给船舶带来振动的不适感，这也是轴 系扭振容易被忽视的主要原因，若该扭振无法得到重视， 稍有不慎便可以引发重大安全事故。
另外，当发动机处于 主临界速度运转时，自由端的传动齿轮箱常常会产生出较 大的噪声，此时检查齿轮便可以发现有剥落或者腐蚀等情 况，严重时还可能出现断齿事故[1]。
2削减船舶轴系扭振的措施2.1减小激振力矩由于轴系扭振的动力根源为激振 力矩，而若想降低激振力矩，只需要直接减少扭转的幅度 即可，归纳起来，可以采取以下方法：① 将柴油机更换成推进电机。
船舶柴油机的轴系扭转振动的分析与研究
船舶柴油机的轴系扭转振动的分析与研究【摘要】本文通过一些国内因轴系扭转振动而引起的断轴断桨的事故实例，来分析引起轴系扭转振动的主要原因，分析扭振主要特性，并提取一些减振和防振的基本控制措施。
【关键词】船舶柴油机轴系扭振危害分析措施在现代船舶机械工程中，船舶柴油机轴系扭转振动已经成为一个很普遍的问题，它是引起船舶动力装置故障的一个很常见的原因，国内外因轴系扭转而引起的断轴断桨的事故也屡见不鲜，随着科学水平的提高和航运业的发展，人们越来越重视船舶柴油机组的轴系扭转振动，我国《长江水系钢质船舶建造规范》和《钢质海船入级与建造规范》（简称《钢规》）和也均规定了在设计和制造船舶过程中，必须要向船级社呈报柴油机组的轴系扭转振动测量和计算报告，以此来表明轴系扭转振动的有关测量特性指标均在“规范”的允许范围内。
1 船舶柴油机轴系扭转振动现象简介凡具有弹性与惯性的物体，在外力作用下都能产生振动现象。
它在机械，建筑，电工，土木等工程中非常普遍的存在着。
振动是一种周期性的运动，在许多场合下以谐振的形式出现的，船舶振动按其特点和形式可分为三种，船体振动，机械设备及仪器仪表振动，和轴系振动。
船舶柴油机轴系振动按其形式可分为三种：扭转振动，纵向振动，横向振动。
柴油机扭转振动主要是由气缸内燃气压力周期性变化引起的，它的主要表现是轴系上各质点围绕轴系的旋转方向来回不停的扭摆，各轴段产生不相同的扭角。
纵向振动主要是由螺旋桨周期性的推力所引起的。
横向振动主要是由转抽的不平衡，如螺旋桨的悬重以及伴流不均匀产生的推力不均匀等的力的合成。
船舶由于振动引起的危害不但可以产生噪音，严重影响旅客和船员休息，还会造成仪器和仪表的损害，严重的时候甚至出现船体裂缝断轴断桨等海损事故，直接影响船舶的航行安全。
而在船舶柴油机轴系的三种振动中，产生危害最大的便是扭转振动，因扭转振动而引起的海损事故也最多，因此对扭转振动的研究也最多。
而且当柴油机轴系出现扭转振动时，一般情况下，船上不一定有振动的不适感，因此这种振动也是最容易被忽视的一种振动形式，一旦出现扭转振动被忽视，往往意味着会发生重大的事故。
船舶推进轴系弹性阻尼扭振减振器的参数匹配
μ
+
1)
ω
2 d
+
ω
2 e
]
í ï AeP = ï
Me
ke
-
ω
2 P
(
Jd
+
Je)
ï ï
A
eQ
=
î
Me
ke
-
ω
2 Q
(
Jd
+
Je)
（11）
式中：μ——惯量比，μ =
Jd Je
，ω
2 d
=
k J
d d
，ω
2 e
=
ke Je
由公式（10）可知，P、Q 2 点的位置与 μ 和 ωd 有
关，将 ωd /ωe 的值称之为定调比。接下来讨论惯量比
摘 要：在船舶推进轴系中配置扭振减振器是降低振动水平、解决振动问题的有效方法。使用能量方法，将多自由
度的集总参数模型简化为单扭摆模型，加上减振器构成双扭摆模型。通过对该双扭摆模型的分析求解，讨论惯量比和
定调比对减少振动响应的作用 ，随后进一步简要说明减振器参数匹配的基本步骤。最后通过某多用途船 ，配置减振
扭振减振器通常可分为粘性减振器和弹性阻尼 减振器两大类，其具体配置方法，多由国外减振器厂 家掌握。弹性阻尼减振器具有体积小、重量轻、寿命 长等特点 ，在实际工程中得到广泛应用。本文以弹 性阻尼减振器为对象 ，研究其在船舶推进轴系当中 的配置方法。
1 双扭摆模型的参数分析
在进行推进轴系扭振计算时通常将具有弹性和 惯量的实际系统根据一定的原则 ，简化为多自由度 的集总参数模型，通过求解描述该模型的 2 阶常微
器 ，并给出计算结果。
关键词：振动与波；船用两冲程柴油机；推进轴系；弹性阻尼扭振减振器；双扭摆模型
船舶传动装置振动控制技术研究现状与发展趋势
船舶传动装置振动控制技术研究现状与发展趋势船舶传动装置作为船舶动力系统的重要组成部分，其振动控制技术直接影响船舶的安全性、可靠性和舒适性。
在目前的研究中，有关船舶传动装置振动控制技术的研究主要集中于振动控制理论与算法、传动装置结构设计与优化、振动控制软件开发以及智能化控制系统研究等多个方面。
在振动控制理论与算法方面，基于传统反馈控制理论的PID调节器是目前应用最广泛的控制算法，其具有设计简单、易于实现和稳定等优点，但是针对传动装置振动控制算法的研究还需要更加深化和完善。
近年来，随着控制理论的不断发展，越来越多的新型控制算法被应用到船舶传动装置振动控制中，例如模糊控制、神经网络控制、遗传算法控制等，这些算法模型使控制系统的效果更加优越。
在传动装置结构设计与优化方面，研究人员通过改变齿轮、支撑结构和轴承等元件结构，减小了传动装置的振动幅值，提高了其工作效率和可靠性。
如采用蜗杆、行星齿轮和齿杆等结构设计和优化，能够有效减小传动过程中的振动和噪声，提高传动效率和动力输出。
同时还有针对轴承的研究，如在轴承表面喷涂陶瓷材料、采用振动控制技术、研究液体润滑剂等，以提高轴承的稳定性和耐用性。
在振动控制软件开发方面，开发独立的振动控制硬件和软件系统是目前的发展趋势，它不仅能够提高控制精度和时间响应，而且还能够满足嵌入式控制系统的需求。
研究人员还设计了基于结构物响应的虚拟传感器，将振动信号作为反馈控制输入的参数，实现对传动装置振动的有效控制。
在智能化控制系统研究方面，越来越多的控制技术与智能化技术相结合，形成了智能化控制系统，能够根据不同运行情况自动调整控制参数，提高控制精度和稳定性。
人工智能算法，如遗传算法、神经网络算法等，被广泛应用到控制系统中，以形成高效的智能化控制系统。
同时，物联网技术的应用也将为传动装置振动控制带来新的发展机遇。
综上所述，船舶传动装置振动控制技术的研究无论在理论还是应用层面都还存在诸多挑战和难点。
船舶推进轴系多体动力学和扭振特性
船舶推进轴系多体动力学和扭振特性作为一种运输工具和工程装备，船舶的推进轴系（Propulsion Shafting System）是其重要部件之一。
它负责将主机发出的动力通过螺旋桨传递到水中，从而推进船体。
然而，船舶推进轴系也存在着一些复杂的多体动力学和扭振特性，下面将详细介绍。
首先，船舶推进轴系的多体动力学特性是其一大特点。
它由多个组件组成，包括主机、机械传动系统、支承系统、螺旋桨和水动力等。
这些组件之间通过连接件进行连接，形成了一个整体运动系统。
在船舶行驶时，推进轴系的振动会影响到整个船体的运动，因此必须对其进行研究和优化。
其次，船舶推进轴系的扭振特性也是一个重要的研究方向。
由于在运行过程中受到的载荷和运动状态不断变化，船舶推进轴系会产生扭转和振动。
这种扭振会导致推进轴系的一些部件受到应力的过大或过小，从而影响到其功能和使用寿命。
因此，研究和分析推进轴系的扭振特性以及应力分布是非常重要的。
为了更好地控制和优化船舶推进轴系的多体动力学和扭振特性，需要采用一些有效的技术手段。
首先，对推进轴系进行系统的结构设计和优化，采用合适的材料和加强节点，能够大大降低其产生不必要的振动。
其次，通过合理的支承系统、减振器和动平衡等技术手段，能够有效地减小推进轴系的振动和扭振幅值。
此外，利用先进的数值仿真方法，能够更加准确地预测和优化推进轴系的性能和振动特性。
总之，船舶推进轴系的多体动力学和扭振特性是船舶设计和运行中需要考虑的重要问题。
针对这些问题，需要采用一些有效的技术手段和数值仿真方法，实现对推进轴系振动和扭振特性的控制和优化。
作为船舶推进系统的重要组成部分之一，船舶推进轴系的性能数据也是非常重要的。
下面将列出一些相关的数据并进行分析。
1. 推进轴系的重量和尺寸。
推进轴系的重量和尺寸直接影响推进轴系的动力学和扭振特性以及整个船体的运行效率。
一般来说，大型船舶的推进轴系比小型船舶的推进轴系更为复杂，同时更需要关注推进轴系的重量和尺寸。
船舶推进轴系的扭转振动与控制
当量轴段长 6）轴系中有弹性联轴器或气胎离合器时，应把它们的主、从动
部分分为两集中质量 7）轴系中有液力偶合器时为界，分成两个独立的扭振系统 8）被发动机拖动的机械，转动惯量大的也要作一集中质量
二、多质量系统无阻尼简谐振动计算
等，振幅不同，惯量大的振幅小，惯量小 的振幅大，且振动方向永远相反。
振型图
A1
e12 O
A1
单结 A2
e12
e23
单结
A1
A2
双结
取A1=1，A2=-I1/I2， O为结点，振幅为0， 应力最大，双质量 只有一个结点。
A2
三质量系统有两个
自振频率，单结或
双结，即两个结点。
A3 A3
n个质量就有n-1个 振型，n-1个自振 频率。
(
2 n
2)2
4n 2 2
2 n
2
Asin(t )
A
h
h
1
(
2 n
2)2
4n 2
2
2 n
[1 ( n
)2 ]2
n2
4
2 n
(
n
)2
h
பைடு நூலகம்
2 n
M I
Ie
Me
Ast
静振幅
放大系数
m A Ast
1
f ( , )
[1 ( )2 ]2 ( )2
n
n
n
讨论：
1)
0
n
m 1
有因
IK
次
eK,K+1
AK
n2
Uk,,k+1=(AK+1-AK)/ eK,K+1
船舶轴系的振动与控制分析船舶专业毕业设计毕业论文
船舶轴系的振动与控制分析摘要本文主要进行船舶轴系振动的模态分析（固有频率与固有振型），通过MATLAB 平台实现了船舶轴系纵向振动模态计算的通用程序，并且分别应用该通用程序与ANSYS中的模态分析计算了船舶轴系扭转振动与纵向振动（给定轴系）的模态，并对所计算的结果进行了对比与分析。
同时，本文也介绍了船舶轴系强迫振动的计算以及船舶轴系振动的控制分析。
本文以船舶推进轴系的振动为研究对象，查阅了国内外大量文献，首先介绍了船舶推进轴系振动的分类，接着以一种通俗的方式阐述了各种振动的机理。
其次论述了轴系振动计算的几种常用的方法：霍尔兹法、传递矩阵法与有限元法。
接着论证了传递矩阵法的可用性，以及在什么情况下使用该方法可以达到所需的精度要求。
然后通过MATLAB平台实现了船舶轴系振动（包括扭转振动与纵向振动）的通用程序。
紧随其后，使用该程序计算了一个扭转振动与纵向振动的实例，再后来使用ANSYS对同样的例子进行了计算分析，通过比对，证实了通过MATLAB平台实现的通用程序计算的结果是令人满意的。
随后介绍了轴系的强迫振动及计算强迫振动的传递矩阵法，并给出了该方法的一个简单的算例，之后介绍了避振的几种思路。
最后对研究成果和有关问题进行了总结，对研究中的不足作了说明，对今后的工作做出了展望。
关键词：纵向振动，传递矩阵法，有限元法，通用程序，强迫振动Analysis of Vibration and ControlOn Ship ShaftingAbstractThis paper is mainly researching the vibration characteristics on ship shafting (natural frequencies and mode shapes). Through the platform of MATLAB, we get the general program which can calculate the mode of the longitudinal vibration and torsional vibration on ship shafting, and using this general program, an instance is calculated. ANSYS is applied to, too. And then both of the calculated results were compared and analyzed. At the same time, the paper also describes the calculation of the forced oscillation of ship shafting and the analysis of ship shaft vibration control.In this paper, viewing vibration of ship propulsion shafting as the research object, I consulted relevant data at home and abroad. First, I have introduced the classification of ship propulsion shafting vibration, and then described in a easy manner to various vibration mechanism.Next, several commonly used methods to vibration calculations are discussed: the Holzer method, the transfer matrix method and the finite element method.Then the availability of the transfer matrix method is demonstrated, and also is the required precision when we can achieve by the method.After that, through the platform of MATLAB, we get the general program which can calculate the mode of the vibration (including the longitudinal and the torsional vibration) vibration on ship shafting. Then we use the general program to calculate an instance of longitudinal and torsional vibration. And then we use ANSYS to calculate the same example. By comparison, we confirm the results by the general program through MATLAB platform are satisfactory.Then we introduce the forced vibration of ship shafting and the transfer matrix method of the forced vibration, and a simple example is showed, after that we introduce several ideas to avoid vibration.Finally, a summary about the achievement and problems is presented. An explanation of imperfectness in the study and pieces of advisement for the future work is given.Key words: Longitudinal Vibration，Transfer Matrix Method，Finite Element Method，General Program, Forced Vibration目录摘要........................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................. I I 目录 ................................................................................................................ III 一绪论 (1)1.课题研究的目的和意义 (1)2.国内外研究概况 (2)3.本文主要工作 (3)二船舶轴系振动简介 (5)1.纵向振动 (5)2.扭转振动 (6)3.回旋振动 (7)三轴系振动计算方法 (9)1.霍尔兹（Holzer）法 (9)2.传递矩阵法 (11)3.有限元法 (19)四轴系振动通用程序实现 (23)1.船舶轴系的构造 (23)2.轴系振动通用程序实现 (25)3.轴系振动通用程序的应用与检验 (28)五船舶轴系振动的控制 (46)1.船舶轴系的强迫振动 (46)2.船舶轴系强迫振动的传递矩阵法 (46)3.强迫振动算例 (48)4.船舶轴系避振措施 (50)六总结 (52)1.结论 (52)2.设计评价和展望 (52)致谢 (53)附录 (54)参考文献 (62)一绪论1.课题研究的目的和意义声明：本论文中除特殊说明之外出现的所有物理量的单位均为国际制单位，即长度为米，时间为秒，质量为千克等。
推进轴系纵向振动主动控制技术综述
推进轴系纵向振动主动控制技术综述
黄志伟
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2018(040)011
【摘要】螺旋桨激励力引起的桨-轴-艇耦合系统低频振动为舰船声辐射的主要组成之一,一般难以有效抑制,已成为制约舰船声隐身性能提升的重要问题.目前抑制舰船低频振动声辐射的有效手段是减小螺旋桨激励力通过轴系向艇体传递,而主动控制由于在低频振动控制方面具有较强的优越性,自然地成为一条重要的新途径,为此急需开展轴系纵向振动主动控制相关技术研究.本文详细总结了国内外舰船轴系纵向振动产生机理、控制方案及主要差距,论述了轴系纵向振动主动控制基本原理与建模方法,首次系统阐述了适合工程应用的轴系纵向振动主动控制策略及自适应算法,给出了轴系纵向振动主动控制试验验证案例,结果表明主动控制效果明显,并基于现有研究成果对舰船轴系纵向振动主动控制技术未来的发展方向提出建议,为解决舰船低频振动声辐射问题提供参考和指导.
【总页数】8页(P1-8)
【作者】黄志伟
【作者单位】中国舰船研究设计中心,湖北武汉 430064
【正文语种】中文
【中图分类】U664.33
【相关文献】
1.船舶推进轴系纵向振动特性及控制技术研究 [J], 张阳阳;楼京俊;
2.船舶推进轴系纵向振动及其控制技术研究进展 [J], 赵耀;张赣波;李良伟
3.船舶推进轴系纵向振动特性及控制技术研究 [J], 张阳阳;楼京俊
4.基于准零刚度隔振器的船舶推进轴系纵向减振研究 [J], 赵含;杨志荣;塔娜;饶柱石
5.推进轴系的纵向减振技术及水下辐射噪声研究 [J], 王文娟
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船检局开展船舶轴系扭振研究
98船检局开展船舶轴系扭振研究了解甚少，基本不能进行扭转振动计算。
那么，船检局又该如何帮船东解决船舶扭振事故分析、解决问题，以及如何帮设计单位提交关于轴系扭转振动计算，成为船检局凭借技术实力为业界解决实际困难的科研攻关。
随后，经交通部科技局批准，船检局上海办事处和交通部上海船舶运输科学研究所正式将《轴系扭转振动研究》作为科研课题，由许运秀任该课题组组长，全面开始了船舶轴系扭转振动研究的计算方法及实船扭转振动测量工作。
将理论依据融入实船故障分析船检局在船舶轴系振动研究过程中，除帮助设计、科研和制造单位解决了大量设计、计算及测试中出现的问题外，还在处理实船重大故障中发挥了至关重要的作用。
“红救6”号大马力拖轮，主机功率为2600匹，由上海船舶设计院设计，东海船厂建造，该船使用98中国船检 CHINA SHIP SURVEY 2021.4从1972年起，特别是在《1973年钢质海船建造规范》后，船检局开始全面投入对规范科研方面的力量，不断提升规范的含金量。
对此，船检局上海办事处研究上报了一批科研项目，这是船检局首批向交通部科技局申报的科研项目，船舶轴系扭转振动研究就是其中之一。
船检局不仅对规范进行了修订，还针对现场船舶扭振事故分析、帮助改进和解决问题。
这也是船检局首次以科研力量帮助船东解决实际问题，对保障船舶安全营运，为船舶提供全生命周期服务，并促使我国轴系设计水平与质量得到全面提高发挥了重要的作用。
开展轴系扭振测试、计算和分析工作20世纪70年代初，船舶使用柴油机作为推进动力后，船检局在日常检验中发现，与船舶轴系扭转振动故障所引发的事故频繁出现。
于是，要求上海办事处专门组织力量开展关于新造船舶柴油机动力装置的轴系扭转振动的测试和计算分析工作。
许运秀，原船舶检验局/中国船级社上海规范所所长、中国船级社科研中心副主任，从事船舶规范/法规研究及其相关科研工作，曾多次担任主要法规、规范的主编及重大科研课题组长，特别是在柴油机、轴系强度、轴系校中、机械和轴系振动等多方面的理论和复杂的技术难题上，具有丰富的工作经验。
船舶推进轴系扭振研究综述
船舶推进轴系扭振研究综述摘要：船舶推进轴系振动特性是船舶动力性能的重要方面。
本文从扭振模型、扭振计算方法、关键因素分析及扭振软件开发四个方面综述了船舶推进轴系扭振的研究现状，对轴系扭振研究具有一定的知道意义。
关键词：扭振模型；扭振方法；扭振关键因素；扭振软件引言船舶推进轴系扭振研究是船舶动力性能研究的重要方面，对于船舶的安全性、舒适性及可靠性具有重要意义，历来都是船舶设计者需要重点考虑的问题。
德国的Geiger于1916年发表了利用机械式盖格尔扭振仪测量轴系扭振的文章，从而使扭振的研究进入了实测和实验阶段，在1921年又提出了用于计算扭振固有频率和固有振型的计算方法——霍尔茨法[1]，扭振的研究在20世纪50年代逐渐变得成熟，到了60年代至80年代，随着计算机技术的高速发展，内燃机向着高速率大功率方向发展，扭振变得更加剧烈，事故发生事件层出不穷，促使人们对扭振进行更深一步的研究，主要体现在精密仪器的使用和计算软件精度的提高上，到了20世纪90年代以后，扭振的研究进入了纵深发展期，力学模型的建立更加精确，如Kouji Fujii建立了发动机的曲轴平面模型，利用传递矩阵法求解曲轴的扭转振动及弯曲振动[2]，日本的日立zosen公司等五家公司共同设计出一种新的推进轴系，在稳态性、可靠性等方面都有很大的提升，并降低了成本[3]。
本文重点从扭振模型、扭振计算方法、关键因素分析及扭振软件开发四个方面对船舶内燃机轴系扭振近年来的研究进行分类概述，使读者能够更清晰的了解近年来船舶推进轴系扭振研究的最新成果。
1 扭振的研究结构及数学模型从传统的研究来看，轴系模型一般分为两大类：集总参数模型和分布参数模型。
国内外学者又在此基础上从不同角度建立了不同的轴系模型取得了更好的效果。
涂耿伟等利用模型修正法对缩减后的模型作了进一步的修正，大大提高了模型的精度[4]；艾维等利用Pro/E建立了实船轴系三维仿真模型，通过动力仿真分析了轴系振动特性，达到了良好的效果[5]；张俊红等采用有限元法结合多体动力学方法对某X8170C型柴油机轴系扭振进行了研究，建立了轴系扭振仿真虚拟样机并引入BP神经网络对减振参数进行了优化[6]；肖志建建立了数理模型，利用有限元法对船舶推进轴系扭振问题进行分析，取得了不错的效果[7]；姜雪洁等建立了轴系的动态计算模型，对不同转速下的轴系的动态响应进行了计算[8]。
第三节 轴系的扭转振动分析
轴系的扭转振动
船舶推进轴系是一个既有扭转弹性、又 有回转质量的扭转振动系统。轴系扭转振 动为边旋转边做周向来回振动，不可避免。 规范要求：功率大于 220KW的柴油机推进系 统、额定功率大于 110KW的柴油机发电系统 要进行扭振计算并提交审查及实船测量， 如计算及测试超过规定必须采取避振和减 振措施
五 轴系扭转振动的减振措施
一、船舶轴系扭转振动许用应力和许用扭矩 1转速比r=共振转速/标定转速=nc /ne 2持续运转工况0ｒ1.0 3危险临界转速 1）扭振应力或扭矩超过持续运转的许用值时的共振转 速 2）防止措施： （1）设转速禁区；（2）禁区内不应 持续运转，允许快速超越；（3）转速表用红色标明， 并在操纵台前设示告牌 4常用转速ｒ＝0.8－1.05范围内不允许存在转速禁区。 在ｒ＝0.9－1.03范围内应尽可能不用减小振幅的方 法来消除转速禁区
4封缸运行时的扭振特点 1）封缸运行类型 （1）单缸停油，运动件未拆除 （2）损坏运动件拆除 2）相应扭振特点 （1）运动件未拆除较常见，使扭振振幅和扭振应 力增大，即扭振恶化 （2）运动件拆除对扭振影响最严重，使转动惯量 减小，固有频率、固有振型发生变化，扭振振 幅、应力增大 5现代船用大型柴油机的扭振特点 使轴系扭转振动加剧，中间轴产生过大的扭 振振幅和扭振附加应力
1）由强制振动φ１与有阻尼自由扭振φ２两种 简谐振动合成，经过一定时间后φ２消失， 只剩下强制振动φ１ 2）强制振动φ１是由激振力矩Mt激起的，且其 圆频率与激振力矩圆频率相同，即皆为同一 个ω 3）A１的大小主要取决于扭摆的自振圆频率ωe 与阻尼比n。在无阻尼(n→０）情况下，若 ωe＝ω，则振动振幅A１→∞；在有阻尼情 况下，若ωe＝ω，则A１不会无限大，但也 为最大值，称系统共振
第七章船舶推进轴系的扭转振动与控制
轴系振动有：扭转振动、回转振动（横振）、纵向振 动。其中以扭转振动为主，当周期性的交变力矩作 用的频率与自振频率相同时，将产生共振。 我国“船规”规定220kW（300HP）以上的船舶都要 申报扭振计算书。 一、扭振的概述 1、轴系扭振的成因及危害 轴系本身具有扭转振动的基本特性：弹性与惯性 轴系承受不均匀的干扰力矩 当扭转振动所产生的应力超过许用值时，会对轴系产 生极大的破坏作用。
i 1 k 1
k质量振动位移 (k 1)质量位移 (k 1, k )轴段变形
对简谐振动 A sin( n t )
2 n A sin( n t ) 2 max n A
A2 A 3 Ak A n
2 A1 e12 n I 1 A1
A2 e23
2 n
I
i 1 2 n
2
i
Ai
Ak 1 ek 1,k
I
i 1 n 1 i 1
k 1
i
Ai
2 An 1 en 1,n n I i Ai n
2 自由段： U n ,n 1 n I i Ai 0 i 1
高速机一般只考虑
k Ak(1) sin(1t 1 ) Ak( 2) sin( 2 t 2 ) Ak( n1) sin( n1t n1 )
取第一质量作为分离体 S1 U 12 0 1 I1
1 2
e12
0
1 2 1 e12 I 1
n=
n-1- n-1,nEn-1,n n,n+1=n-1,n+ n n=0
第三节 轴系的扭转振动
五 轴系扭转振动的减振措施
一、船舶轴系扭转振动许用应力和许用扭矩 1转速比r=共振转速/标定转速=nc /ne 2持续运转工况0ｒ1.0 3危险临界转速 1）扭振应力或扭矩超过持续运转的许用值时的共振转 速 2）防止措施： （1）设转速禁区；（2）禁区内不应 持续运转，允许快速超越；（3）转速表用红色标明， 并在操纵台前设示告牌 4常用转速ｒ＝0.8－1.05范围内不允许存在转速禁区。 在ｒ＝0.9－1.03范围内应尽可能不用减小振幅的方 法来消除转速禁区
e nt A sin( e2 n 2 t )
是一种简谐振动。但其振幅衰减，自振圆 频率减小，周期增长
3扭摆的有阻尼强制扭转振动（持续简谐力矩， 并计及阻尼的扭振） 激励力矩Mt＝Ｍsinωt Φ ＝ e A sin( n t ) ＝1+2
nt 2 e 2
三、轴系的自由扭转振动特性 1双质量系统自由扭转振动特性 1）两个质量进行一种简谐振动，频率、初相 位相同 2）两个质量的振幅之比与转动惯量成反比且 反向 3）自振圆频率We随转动惯量的增大和轴柔度 的增大而降低 4）轴段某点扭振振幅始终为0，该点称为节 点。节点处扭矩最大，振幅或扭转角位移为 0，并有发热、发蓝现象。两质量自由扭振 只有一个节点，且节点靠近转动惯量较大处
二、轴系扭转振动特性 为便于研究分析,通常把柴油机及轴系转 化为若干个只有柔度而无转动惯量的轴段和 只有转动惯量而无柔度的集中质量组成的扭 振系统。这种转化系统称为柴油机及其轴系 的当量扭振系统。柴油机推进轴系为多质量、 多轴段的当量扭振系统 二质量系统(两个转动质量、一个轴段) 三质量系统(三个转动质量、两个轴段) …… n质量系统
4封缸运行时的扭振特点 1）封缸运行类型 （1）单缸停油，运动件未拆除 （2）损坏运动件拆除 2）相应扭振特点 （1）运动件未拆除较常见，使扭振振幅和扭振应 力增大，即扭振恶化 （2）运动件拆除对扭振影响最严重，使转动惯量 减小，固有频率、固有振型发生变化，扭振振 幅、应力增大 5现代船用大型柴油机的扭振特点 使轴系扭转振动加剧，中间轴产生过大的扭 振振幅和扭振附加应力
船舶推进轴系校中对轴系振动影响分析
实际案例分析：结合实际案例，分析轴系振动对船舶推进性能的影响 以及校中方法的优化效果。
未来研究方向：探讨未来在船舶推进轴系校中与轴系振动影响分析 方面的研究方向，为相关领域的研究提供参考。
06
案例分析：船舶推进轴系校中与轴系振动 的实际应用
案例一：某型船的推进轴系校中与振动控制
某型船的推进轴 系校中与振动控 制背景
某型船的推进轴 系校中与振动控 制目的
某型船的推进轴 系校中与振动控 制过程
某型船的推进轴 系校中与振动控 制结果
案例二：某大型船队的推进轴系校中与振动控制实践
案例背景：某大型船队在运营过程中遇到了推进轴系振动问题，需要进行Fra bibliotek中和振动控制。
定期维护与保养：对轴系进行定 期维护和保养，确保轴系的正常 运行和使用寿命。
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调整轴系振动：根据轴系振动监 测结果，对轴系进行必要的调整， 以降低振动水平。
应急处理措施：在出现紧急情况 时，采取相应的应急处理措施， 以避免事故的发生。
轴系振动的控制效果评估
轴系振动控制方法：介绍船舶推进轴系校中过程中，采用的控制轴系 振动的方法，如优化设计、调整安装等。
03
轴系振动对船舶推进的影响
轴系振动的原因
螺旋桨设计不合理
螺旋桨安装误差
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螺旋桨制造误差
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螺旋桨运行过程中产生的振动
轴系振动对船舶推进性能的影响
• 轴系振动对船舶推进效率的影响 * 振动会降低轴承的润滑效果，增加摩擦阻力 * 振动会导致轴系中的应力分布不均，影响材料性能 * 振动会引发船舶推进 系统中的其他问题，如密封失效、轴承磨损等 • * 振动会降低轴承的润滑效果，增加摩擦阻力 • * 振动会导致轴系中的应力分布不均，影响材料性能 • * 振动会引发船舶推进系统中的其他问题，如密封失效、轴承磨损等
大型船舶推进轴系的扭振测量及其校核
船舶 推进 轴 系是船舶 动力 装置 的重要 组成部 分 ， 其主要 功能 是将船 舶 主机 发 出的功 率传递 给螺旋 桨 ，
进而又将螺旋桨旋转时产生的推力传给船体 ， 推动船舶航行。 轴系扭转振动是影 响舰船动力装置可靠性 的 重要 因素之一 。如果轴系运转长期处于危险的扭振转速禁区内， 则可能导致轴系动态性能下降 ， 产生严重 变 形及疲 劳失 效 ， 甚 至发 生扭 断现象 ［ １ 】 。 船舶 轴 系本身 既具有 惯性 ， 又具 有弹性 ， 因此 决定 了其具 有 固有 的 自由振 动特性 。一 旦存在 作用 在轴
ｗａ ｓ ｇ ｏ ｔ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｈ ｉ ｐ Ｓ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｃ ｈ ｅ ｃ ｋ ｉ ｎ ｇ ｗａ ｓ ｃ ｏ ｍｐ ｌ ｅ ｔ ｅ ｄ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ：ｓ ｈ ｉ ｐ；ｓ ｈ ｆｔ ａ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｒ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ ｖ ｉ ｂｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ；ｔ ｅ ｓ ｔ ；ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｅ ｄ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ
作者简介 ：郝鸿雁 （ １ ９ ７ ７ 一） ， 女 ，山西阳泉人 ， 讲师 ，研究方 向：机电测试 、 振动等． Ｅ — ｍ ａ ｉ ｌ ： ｈ ｈ ｙ ＿ ７ ８ ９ ＠１ ６ ３ ． ｃ ｏ ｎ
第３ ２卷 第 ４期
２ ０ １ ３年 ７ 月
浙江 海洋 学院 学报（ 自然科 学版）
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｚ ｈ ｅ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ Ｏ ｃ ｅ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ （ Ｎ ａ ｔ ｕ ｒ ａ ｌ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ）
ｃ ｏ ｕｎ ｔ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ，ａ ｎ ｄ ｂ ｙ ｃ ｏ ｍｐ ｕｔ ｅ ｒ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｎ ｇ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ，ｔ ｈｅ ｓ ｈｉ ｐ Ｓ ｓ ｐｅ ｅ ｄ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｉ ｃ ｔ ｅ ｄ ｒ ａ ｎ ｇ ｅ
船舶推进轴系纵向振动及其控制技术研究进展
动 只会损 坏轴 系和推 力轴 承 ，造 成轴 系疲 劳破 坏
和推 力轴 承磨 损 。然 而 ，推进 轴系和 艇体 艉部 是
耦合 结 构 ，推 进轴 系 的纵 向振 动经 推力轴 承基座 传 递至艇 体 ，引起艇 体 振动 ，并 向水下辐 射 噪声 ，
这 就是 典型 的螺旋 桨 间接辐射 噪 声 问题 。美 国早 在 上世 纪五十 年代 对此 问题就 开始 进行研 究 ，并 已建立 完整 的分 析理论 ［－］ １ １。近年 来 ，螺旋桨 非 ３４ 定常激 励力 引起 的推进 轴系 纵 向振动对 艇体 隐身
中
国
造
船
研究 简报
外 重要研 究 成果进 行 综述 ，重 点关注 推进 轴 系纵
次 叶频 点上 。螺旋 桨 中高频激 励 力主要 来源 于桨
向振动控 制 技术 的 国 内外研 究进 展 ，包 括推进 轴 系 改进 设计 、复 合材 料轴 系 、新型推 力轴 承 、动
力 吸振器 、声子 晶体 带 隙减 振 以及相 关 主动控 制
性能 的危 害性受 到 国 内学者 的广 泛关注 ，相 关高 校和科 研 院所都 对推进 轴 系 的纵 向振 动开 展过机
５ ２卷
第 ４期 （ 总第 １８期 ） ９
赵
耀 ， ：船舶 推进 轴系 纵 向振动 及其 控制 技 术研究 进展 等
理 分析 ［－】 究进 展 较快 。 １１，研 ５８ Ｂ ｏ ｎ［ 介绍 多弹 性体 动力 学方 法在 求解 转 ｒｗ ］ 子 轴 系振 动 响应方 面 的应用 ，将 转 子轴 系作 为动 态 模 型进行 研 究 ，综合 考虑 转速 、转 动惯 量和 支 撑 轴承 的影响 ，在提 高 计算 精度 的 同时发 现 一些 新 的规律 。 陈志 刚等 ［］ 用波 分 析方 法基 于均 匀轴 系纵 ２应 ０
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船舶推进轴系扭振控制技术
雷洪涛 122210009 船舶推进轴系是船舶动力装置的重要组成部分，主要包括主机曲轴知道螺旋桨直接的传动轴及其附件。
其主要作用是将发动机发出的功率传递给螺旋桨，同时又将螺旋桨的推力传给船体，推动船舶航行。
在船舶航行过程中船舶轴系会受到多种复杂的载荷作用，使轴系产生相应的振动，轴系的振动可导致柴油机、传动装置故障及机架振动，已经上层建筑的纵向振动，同时也可以导致轴承和尾轴管的磨损，使船舶在航行过程中带来了安全隐患和噪声污染。
所以对船舶推进轴系进行轴系扭振控制是十分必要的！
轴系装置之所以产生扭转振动，其内因是轴系本身不仅具有惯性，还有弹性，由此确定了其固有振动特性。
其外因则是因为作用在轴系上的周期性变化的激振力矩，该力矩是产生扭振的能量来源，主要激振力矩主要来自1)气缸内气体压力产生的激振力矩；2)往复运动质量产生的惯性力矩；3）螺旋桨、泵等吸收功率部件不能均匀吸收扭矩而产生的激振力矩。
当轴系激振的频率与轴系固有频率相同时，就好产生共振现象，当扭振超过轴系所能承受的应力时，轴系将发生断裂。
因此，进行轴系扭振分析控制，使其在工作转速范围内不发生过大振幅及过大轴段应力危险共振。
目前已有的轴系振动计算分析主要分为两大类，一类是轴系质量经离散化后集总到许多集中点的集总参数模型，另一类是轴系质量沿轴线连续分布的分布参数模型，集总参数模型是将轴系离散成具有集中转动惯量的圆盘、无质量的弹性轴以及内部阻尼和外部阻尼，故又称周盘模型。
周盘模型是轴系扭振计算分析中应用最早的力学模型之一，使用简单，计算方便，但是精度不高，分布参数模型中轴系的质量沿轴线分布，因此比集总参数模型更接近实际，此外，随着有限元方法的应用，框架模型和阶梯轴模型更接近实际模型。
对自由振动的计算分析方法有Holzer法、传递矩阵发、解析法；用于强迫振动的计算方法有能量发、放大系数法、传递矩阵法、解析法、有限元法等。
通过对船舶轴系进行扭振计算分析，得到抓哟简谐系数、气缸的不均衡负荷，以及分支轴系系统尤其是双机并车轴系、非线性问题、纵扭耦合计算等轴系扭振计算中的
问题进行理论分析，研究各种因素对扭振计算的影响，结合扭振计算设计出实际中处理轴系振动发方法和考量，从而得到相对较为有效的扭振控制方法。
基于以上对轴系振动的计算分析方法，我们对轴系的振动控制技术主要包括两方面：轴系的避振以及轴系的减振。
1.避振技术
如果根据扭振计算以及实测发现，船舶轴系确实存在着较大的扭转振动，就必须采取适当的措施，以便将扭转振动予以回避或者将其消减。
轴系的扭转振动避振预防措施有很多种综合归纳为一下两种方法。
1）频率调整法；2）减小振能法。
由扭转振动特性可知，当激励扭振作用频率与扭转振动系统的某一固有频率相同时，将会发生极其剧烈的动态放大现象，即共振现象，因此要避免这一现象产生的可能，即避开动态放大最严重的工况，使振动系统频率避开轴系固有频率。
采取的主要措施有：调整惯量法、调整柔度法等。
通过调整，使系统本身的自振频率躲过激振频率，使振动应力降至瞬时许用应力范围之内，这样就避免了因扭转振动过大而对轴系造成损害，这种方法不仅简单可行，而且当达到调整要求后，它的工作将是有效可靠的，但是频率调整法有个缺点就是调整频率的幅度较小，以至于在实际应用中收到限制。
减小振能法是通过减小激励扭矩来实现的，激励扭矩是导致扭转振动的动力源，由于激励扭矩输入系统的能量是扭转振动得以维持的源泉，如果能够减小输入系统的振动能量，也就能直接减小扭转振动的量级。
方法之一是改变内燃机发火顺序，当在轴系转速范围内，危险的扭转振动是副临界转速时，有可能用此方法来小贱危险的扭转振动，减小危险程度。
方法二是改变曲柄的布置，在多缸内燃机中故意选用非等间隔发火，适当选择曲柄转交以改变曲柄布置，可以使任何主、副临界转速中的默写简谐振动相互抵消而避开危险的扭转振动。
方法三就是选择最佳的曲柄与功率输出装置相对的位置，使二者的干扰扭矩相互抵消，可消减曲轴的扭转振动。
2.减振器减振技术
在船舶推进轴系装在减振器上课以大大降低振动幅值，扭转振动也可以在他们达到底座之前消除，现在主要的减振器主要有：动力型减振器、主动隔振
减振器、阻尼型减振器、以及动力阻尼型减振器。
主动式动力减振器是通过改变减振器的频率来抑制轴系的振动，通常是以干扰力频率为目标主动改变减振器参数，如动力减振器中的弹簧刚度系数或减振器的减振块质量等，都使得减振器始终处于反共振状态，从而达到减振器本身的固有频率跟踪激振频率的目的。
主动隔振他擦用附加子系统将振源的结构或系统隔开，以减小结构或者系统的振动。
由于气缸压力振动是一种宽频带振源，故目前所研究的主动隔振都是基于双层隔振基础之上的。
阻振是利用附加子系统消耗振动能量来达到减振的效果。
根据振动控制的基本理论，提高系统的阻尼，对降低系统的共振响应及缩短自由振动衰减的时间具有显著的效果。
但采用传统的控制方法所能控制的阻尼量比较小，而采用主动控制方法。
主动阻尼控制系统实际上是一个阻尼力做的控制力的反馈系统，一般情况下，阻尼控制矢量是位移响应及其导数函数。
在主动阻尼控制系统中，根据一定的控制规律，主动调整阻尼器的参数，或者通过控制系统提供相应的阻尼量，吸收震动能量便可达到抑制振动的目的！
对船舶推进轴系扭振控制步进可以提高轴系能量传递效率，同时也可以避免因振动而产生的相应故障，提高了轴系的安全性和可靠性，同时也可以避免由振动带来的噪声影响，提高人们在船上生活质量。
所以，对船舶轴系进行扭振控制是十分必要的！。