第六章 轴系扭转振动课件

• 产生原因
• 柴油机气缸内气体压力的周期性变化引起的激励
• 运动部件的重力及往复惯性力的周期性变化引起的激励
• 接受功率的部件不能均匀的地吸收扭振而形成的激励
• 常见的现象
• 低速柴油机轴系容易出现节点在传动轴中的单节点振动
• 中速柴油机轴系，常易出现节点在曲轴的双节点扭振
Hale Waihona Puke • 对于长轴系及有传动齿轮的轴系，在使用转速范围内，可 能有1、2和3节点的振动模态
• 确定自振振型(振型图)
• 确定简谐次数
• 确定临界转速
• 确定相对振幅矢量和
• 确定扭振附加应力尺标
• 方法
• Holzer表法(√)
• 系统矩阵法
• 传递矩阵法(#)
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一.关于“推进轴系扭振”
• 什么是“推进轴系扭转振动”？
• 定义
还有：纵向 振动和回旋
振动
船舶轴系出现的周向交变运动及其相应变形。
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二.扭振的计算模型与当量转化
• 当量转化方法
• 柴油机曲轴以每一曲轴平面的中心作为单位气缸转 动惯量的集中点。对并列连杆V型机也可以每个气 缸中心线与轴线之交点作为集中点，而将每个曲柄 转化为两个集中点。单位气缸转动惯量由旋转部件 的转动惯量及转化到曲柄销半径处的往复部件的转 动惯量组成。
过双层底引起机舱构件局部振动、上层建筑振动及船体振动； • 使机舱噪声加剧。
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一.关于“推进轴系扭振”
• 研究轴系扭转振动的目的
• 通过计算，评估轴系扭振特性 • 检查轴系固有频率和船上有关的激励频率之间是否出
现共振，并计算其强烈程度，以判断其危害性 • 为合理的提出并实施避振和减振措施提供依据
• 当量转化方法(续)
• 柴油机、弹性联轴器、气胎离合器、变速齿轮装置、 减振器等制造厂应提供经实验验证的扭转参数。
• 发电机转子作为一个惯量质点。
• 垫升风机不能是双进风的还是单进风的，都作为一 个惯量质点。
• 水力测功器转动惯量应计入附水影响。附水量与水 力测功据所吸收负荷有关，缺乏详细资料则可取为 净惯量的35％。
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二.扭振的计算模型与当量转化
惯量计算
• 规则物体转动惯量，可应用一般公式进行计算。 • 对于螺旋桨转动惯量，可按下式计算
J p J 0 Z 1 J J p K B (J 0 Z 1 )J
式中： J0 — 轮毂转动惯量，kg.m2； Z — 叶片数； J1 — 桨叶转动惯量，kg. m2； ΔJP — 附加水惯量，kg.m2； KB — 附水系数。一般近似取1.25；有导流管螺旋桨， 取1.35；对可调螺距螺旋桨，零螺距工况时取1.02
• 皮带传动的泵和发电机等设备：轴系通过皮带传动 的泵和发电机等设备，出于皮带刚度很小而且还可 能产生微量的滑移，所以可以认为这部分设备与原 系统的扭振特性无关。
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二.扭振的计算模型与当量转化
• 当量转化方法(续)
• 液力偶合器：轴系通过液力偶合器传递时，可以认为液体 的刚度很小，因此液力偶合器的主动部分以前和偶合器从 动部分以后，可分别作为两个扭振特性互为独立的系统来 考虑。前一系统受柴油机干扰力矩的作用力；后一系统受 螺旋桨干扰力矩的作用。
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一.关于“推进轴系扭振”
• 轴系扭转振动有何危害？
• 使曲轴、传动轴及凸轮轴产生过大的交变应力，甚至导致疲劳 折损；
• 使传动齿轮间产生撞击现象，引起齿面点蚀，乃至断齿； • 使橡胶联轴器橡胶件撕裂、螺栓折断； • 使刚性联轴器出现振动松动，螺栓折断； • 发动机零部件磨损加快，地脚螺栓折断； • 柴油发电机组输出不允许的电压波动； • 引起扭转—纵向耦合振动； • 产生继发性激励，激起柴油机机架、齿轮箱的横向振动，并通
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二.扭振的计算模型与当量转化
实际动力装置系统
当量系统(计算模型)
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二.扭振的计算模型与当量转化
• 当量系统，就是把复杂的柴油机轴系转化成如图所示的
集中质量—弹性系统。
• 转化原则:当量系统能代表实际轴系的扭振特性，其自由
振动计算固有频率与实际固有频率基本相同，振型与实 际的基本相似。实测固有频率与计算值相差大于5％时， 应对当量系统进行修正。
• 推进器转动惯量值应计入附连水的值，附水值大小与推进 型式有关。对于固定螺距螺旋桨，附水量—般取其在空气 中惯量的25％—30％，装有导流管的可取35％；对于可 调螺距螺旋桨，附水量—般在满螺距时取其在空气中惯量 的50％—55％；零螺距时取2％左右。但对于某些盘面比 及螺距比均比较大的螺旋桨，附水值可考虑更大些。对于 空气螺旋桨，没有附水。对于喷水推进器，也不考虑附水。
第七章 船舶推进轴系扭转振动
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本章主要内容
• 内燃机轴系扭转振动概述 • 内燃机轴系扭振的激励
• 扭振的计算模型与当量转化 • 内燃机轴系强迫扭振计算
• 内燃机轴系自由扭振计算
• 目的 • 项目
• 确定自振频率
• 系统矩阵法(√) • 能量法(√) • 放大系数法
• 避振与减振方法综述
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二.扭振的计算模型与当量转化
刚度计算
• 直轴的刚度
对材料剪切弹性模量为G，截面极惯性矩为J0，长度为L的轴
段，扭转刚度为：
K＝GJ0 ，Nmrad
• 弹性联轴器扭转刚度L
应采用动态刚度值:K＝dKs
式中：Ks—静刚度值， N.m/rad； d—动态系数。
通常，制造厂应提供弹性联轴器的扭转刚度值
• 当以传动轴法兰接合面作为质量中心时，轴的转动 惯量平分加在相邻法兰的质量上。
• 传动齿轮的主、从动齿轮可作为两个集中质量，并 假设两者之间的刚度很大(一般可取轴系中最大刚 度的1000倍)。齿轮装置轴系中，从动系统应转化 为与柴油机转速相同的当量系统。
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二.扭振的计算模型与当量转化
• 以有较大质量部件的回转平面中心作为该部件质量 的集中点。
• 弹性联轴器、气胎离合器和弹性扭振减振器等，其 主动、从动惯性轮作为两个质量集中点，其刚度应 取弹性元件的动态刚度值。
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二.扭振的计算模型与当量转化
• 当量转化方法(续)
• 硅油减振器可简化为一个由其壳体惯量与惯性轮惯 量之半组成的当量惯量；也可转化为由2个质量点 组成。