船舶轴系扭振计算步骤2008

船舶轴系扭振计算的一般步骤

（能量法和放大系数法）

1 已知条件

轴系原始资料

2 当量系统

2.1惯量计算（或给定）

2.2 刚度计算（或给定）

2.3 当量系统转化，即将系统转化成惯量－刚度系统，并给出当量系统图以及相关参数（见表）

当量系统参数

3 固有频率计算（自由振动计算并画出振型图）

Holzer表

4 共振转速计算

5强迫振动计算(动力放大系数法的计算步骤) 步骤1：激励计算

步骤2：计算第1惯性圆盘的平衡振幅

步骤3：计算各部件的动力放大系数

步骤4：求总的放大系数

d

r s p e Q Q Q Q Q Q 1

11111+

+++= 步骤5：计算第1质量的振幅

A ＝Q ×A 1st

步骤6：轴段共振应力计算

101,A k k ⋅=+ττ

步骤7：共振力矩计算

步骤8：非共振计算

2

22

2

1111⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛+⎥⎥⎦

⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛-=

c

c

st n n Q n n A A

步骤9：扭振许用应力计算（按CCS96规范） 步骤10：作出扭振应力或振幅－转速曲线

6强迫振动计算(能量法的计算步骤)

步骤1 相对振幅矢量和的计算（如为一般轴系，可省略）

步骤2 激励力矩计算M v （若为柴油机轴系，方法同动力放大系数法步骤1；若为一般轴系，则已知条件给定） 步骤3：激励力矩功的计算 ∑=k T A M W απν1 步骤4：阻尼功的计算 各部件的阻尼功

部件外阻尼功的计算：

步骤5：阻尼力矩功W c 的计算(为系统各部件总阻尼功之和)

+++++=cr cs cp cd ce c W W W W W W

步骤6：求第1质量振幅A1 c

T W W A =

1 步骤7－11同动力放大系数法步骤6－10 强迫振动计算结果表：

7 一缸不发火的扭振计算

1）不发火气缸的平均指示压力近似为零，相应的气体简谐系数为bv ；其他气缸的平均指示压力pimis 为：

i imis p z z

p 1

-=

N/mm2；式中：z-气缸数,pi 按前面计算公式计算。 2）相应的Cimis 为：v imis v imis

b p a C +=

3）一缸不发火影响系数为:∑∑=a

C a C mis

imis

νγ

式中：Cv 、Cvmis ——分别为正常发火与一缸不发火时的简谐系数；

∑a 、∑mis

a 分别为正常发火与一缸不发火时的相对振幅矢量和，其中∑mis a 按下式计算： ∑∑∑==+=z k z k k k k k k k mis a a a 1

1

2

,12

,1)cos ()sin (νζβνζβ

不发火缸vmis

k

C b νβ=

，其他气缸为1；

4）一缸不发火的振幅、应力和扭矩：

第1质量振幅为： 11A A mis γ=

轴段应力为：

1,!,1++=k k k misk γττ

齿轮啮合处振动扭矩为：G gmis T T γ=

弹性联轴器振动扭矩为：R rmis

T T γ=

8 柴油机激励的不均匀

柴油机各缸在允许误差范围内存在各缸负荷不均匀情况。因此，柴油机各缸的激励实际是不均匀的。柴油机激励的不均匀使轴系的扭振特性恶劣。轴系运行时，这种激励的不均匀一般是：

(1) 柴油机型式不同，激励不均匀情况不同。二冲程柴油机各缸激励力矩之差一般为5%；四冲程柴油机各缸激励力

矩之差一般为10%；

(2) 在轴系的不同运行状态，柴油机激励不均匀对轴系扭振特性的影响不同。一般，一缸熄火时的轴系扭振特性受到

的影响程度要比轴系正常运行时更大。

(3) 复杂轴系考虑柴油机激励的不均匀时，如多机轴系除各缸激励不均匀外，同时，还应考虑各台柴油机激励的相位

角对这种不均匀产生的影响。

9 衡准

注：摘自中国船级社《钢质海船入级规范（2006）第3分册第12章第2节》 9.1简介

轴系扭振计算衡准基本上按规范要求的内容。同时规范允许某些部件采用制造厂提供的标准或国际船级社协会(IACS)统一要求作为衡准。 9.2 适用范围

(1)主柴油机推进系统,但对仅在港口航行的船舶且主推进柴油机额定功率小于110kW 者除外; (2)重要用途的额定功率等于或大于110kW 的辅柴油机系统; (3)涡轮机或电力推进系统。 9.3 扭振计算书

9.3.1扭振计算书应包括:机型、额定功率、额定转速、轴系布置图、轴材料的抗拉强度、系统的扭振当量参数及必要的说明、所要求的各节振动的霍尔茨表以及相应的相对振幅矢量和、主要谐次的振动响应计算及相应的许用值。

9.3.2 如果装置在使用中存在不同工况时,如带离合器、多机并车、轴带发电机等等,均需按不同工况分别进行扭振计算。 9.3.3如果备用的螺旋桨与工作的螺旋桨结构尺寸有较大差别时,则还应对安装备用螺旋桨的系统进行扭振计算。 9.3.4 对长期使用的特殊转速要求,如可调桨的运转转速范围,轴带发电机的运转转速范围等,也应加以说明。 9.3.5 对可调桨轴系,应对螺距为零和最大时的扭振进行计算。

9.3.6 对装有弹性联轴器或齿轮传动装置的轴系,应对1缸熄火和1缸故障(无压缩)情况进行扭振计算。

9.3.7 一般应计算0.8n min ~1.2n e (n min 为最低稳定转速,r/min)范围内直到12次简谐的振动情况。对柴油机推进轴系,还应计算超过1.2n e 的1节主简谐产生的非共振情况。 9.4 许用应力

9.4.1计算轴系扭振许用应力时,以轴的基本直径为基础,而不计应力集中的影响。即对曲轴以曲柄销直径为准,对中间轴以轴的最小直径为准,对螺旋桨轴以其后轴承到隔舱壁密封填料函之间的最小直径为准。 9.4.2 主推进柴油机曲轴的扭振许用应力应不超过按下式计算所得之值:

式中：d －轴段的基本直径（规范中规定计算振型扭振应力时，应以轴的最小直径为基础，轴系应力集中的影响可略而不计）； e

c n n r

=－转速比，n c 为共振转速，r/min ；n e 为额定转速，r/min