船舶轴系振动计算
内河船舶轴系扭振计算
内河船舶轴系扭振计算
扭振计算主要分为三个步骤：
1.确定船舶轴系的基本参数。
包括轴承位置、轴线形状、轴线刚度、
转子质量和转速等。
这些参数将用于后续的扭振计算。
2.进行动力学分析。
通过使用船舶轴系的动力学模型，计算轴系在旋
转时受到的非均匀载荷和激振力。
非均匀载荷可以是来自于轴线的几何非
均匀性、质量非均匀性以及激振源的周期性激励等。
激振力可以是来自于
轴承的外载荷、非均匀载荷引起的变形和振动等。
3.进行扭振计算。
根据所得到的非均匀载荷和激振力，通过扭振计算
方法计算轴系的扭振响应。
常用的扭振计算方法有有限元法（FEM）、模
态分析法、周期解法等。
通过这些计算方法，可以得到轴系的挠度、应力、振动等信息。
实际的船舶轴系扭振计算过程中，还需要考虑一些特殊条件和因素，
例如轴系的非线性效应、轴承的动力特性、船舶在不同航行工况下的扭振
特性等。
船舶轴系扭振计算的目的是为了评估轴系的设计合理性，确保其在运
行过程中具有足够的强度和稳定性。
通过扭振计算可以确定轴系的最大振幅、最大应力和振动频率等，这些信息对于轴系的设计和优化至关重要。
但是需要注意的是，船舶轴系扭振计算是一个复杂且耗费时间和资源
的过程。
计算结果的准确性和可靠性受到多个因素的影响，例如输入参数
的准确性、计算方法的适用性以及模型的精度等。
因此，在进行扭振计算
时需要慎重选择计算方法和进行合理的验证。
船舶推进轴系扭转振动计算分析
作者签名： 年 月 日
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关键词：扭转振动；轴系；霍尔茨法；MATLAB
-2-
武汉理工大学毕业设计（论文）
Abstract
Ship propulsion shafting is a complicated flexible system with multi-masses， whose function is mainly as follows: transferring the power generated by main engine to drive the propeller, so the thrust is born for ship moving. Propulsion shafting torsional vibration is one of the combustion engine power unit malfunction reasons. The torsional vibration aggravated problems can cause crankshaft, intermediate shaft, propeller shaft and other shaft segment fracture can cause gear wear, tooth surface pitting, coupler damage, excessive noise and other issues. These all affect the dynamic property and safety of ship driving, so the propulsion shafting torsional vibration research has very important significance. Having looked up to plenty of information, this paper is taking ship propulsion shafting as a researched object, gives a brief summary of principles and methods for research and study of torsional vibration. The main works are as follows: (1)Establish a lumped parameter model for various parts of the ship shafting to transfer the complex shafting to a simple model: homogeneous rigid disc elements, no inertia damping elements, no inertia torsion spring elements. (2)Do the study or research about the theory of the inherent characteristics of torsion vibration (natural frequencies and mode shape) in ship propulsion shafting torsional vibration calculation. Comparing different characteristics and applicable features by their calculation process. (3) Verify the correctness of the methods used by modeling specific real ship
船舶轴系扭振计算与测量分析简介
船舶轴系扭振计算与测量分析简介高莹莹(青岛齐耀瓦锡兰菱重麟山船用柴油机有限公司技术部)摘要：随着现代船舶计算的发展,船舶轴系扭转振动成为船舶动力装置安全运行的重要因素之一,各船级社规范也对船舶轴系扭振提出了计算和实测的要求，本文结合实例对船轴系用霍尔茨法进行自由振动计算和采用能量法进行共振计算进行了简单介绍,结合实船的扭振测量的结果和理论计算结果进行对比分析.结果表明,采用精确的原始轴系数据和柴油机参数,使得扭振计算的理论结果和实测结果非常吻合,本船的理论计算值符合实船状况,转速禁区设定正确.关键词:当量系统霍尔茨法能量法测量修正随着船舶工业的发展,造船数量和吨位不断增大,造船行业对造船技术的工艺和质量要求越来越高。
高质量、高效率的生产设计离不开现代化的技术支持。
然而船舶柴油机轴系的扭转振动是影响船舶动力装置安全运行的重要动力特性之一。
轴系振动计算不但对深入研究船舶推进轴系的可靠性、安全性、用于动力装置故障诊断等具有重要意义，而且是船舶推进轴系设计、制造、安装和检验比不可少的环节之一，为推进装置可靠安全运行提供了有力保障。
基于此，本文结合一30万吨VLCC船舶的轴系实例对船舶柴油机扭振计算和测量分析做了简要的概述。
1，当量系统的转化根据有关轴系振动理论，船舶柴油机及推进轴系实际就是一个多质量有阻尼强迫振动系统。
实际计算分析中，可以将其转化成为若干用无惯量的轴连接起来的集中质量系统，称之为当量扭振系统。
为了使转化后的当量扭振系统能代表实际的轴系的扭振特性，一般要求：当量扭振系统的固有频率应与实际系统的固有频率基本相等；其振型与实际的振型相似。
如下图Fig.1为一30万吨VLCC油轮轴系的当量扭振系统模型。
该船安装的是瓦锡兰7RT-flex82T电喷柴油机，主机的额定功率31640Kw，额定转速80rpm。
中间轴长9927mm，直径700mm，抗拉强度为590N/mm2;螺旋桨轴长10233mm，艉轴承处直径850mm，抗拉强度为590N/mm2。
第十一章船舶主机轴系振动
扭转
核算
一、扭摆扭转振动的特性
1 ．无阻尼扭转振动
节点
在某一转角位移下，圆盘受到
惯性力矩： I
弹性力矩： K / e 则得平衡方程：
k 0 I k I 0程，得：
α =360°
x=0
即 x=R
2.活塞的速度
R sin x
R
4
2 sin 2
= 0
α=0° α=180°
1 x 2 x
x
α ＜90 °或 α ＞ 270°时的某位置 3.活塞的加速度
2 x R cos
xmax x
R
4
(2 ) 2 cos 2
第十二章 柴油机及 推进轴系的振动
1.影响结构强度和正常工作；
S L
Aˊ
2.影响轴承的润滑和磨损；
3.引起船体振动、机体损坏等。
第一节 活塞、连杆的 运动及其作用力
－、活塞的运动
1．活塞的位移
R = S/2 连杆比λ
λ = R/L = 1/3~1/5
A"
x R(1 cos ) 4R (1 cos 2 )
方向向下
1 2 x x
0
max R 2 (1 ) x x max R 2 (1 ) 方向向上 180 x x 0 在 90或 270的某位置 x
二、连杆的运动
sin
2α
R
R 4
二次往复惯性力
ω ω 2ω 2α 2α 2ω
α
α
一次往复惯性力
即曲柄在上止点时，平衡重应当垂直朝下。
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
基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算
基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算船舶轴系的振动校核计算是船舶设计过程中的重要一环，它可以用于评估船舶轴系在使用和加载条件下的振动性能，确保船舶的可靠性和安全性。
在这个过程中，基于ANSYS软件的有限元分析方法被广泛应用。
本文将介绍船舶轴系振动校核计算的一般步骤和方法，并结合ANSYS软件的使用进行详细说明。
一般步骤：1.轴系建模：首先，需要将船舶的轴系进行建模。
在建模过程中，需要考虑船舶的轴系几何形状、材料属性和加载条件等因素。
通常，可以采用ANSYS软件中的几何建模工具和材料库来完成这一步骤。
2.边界条件设定：在建模完成后，需要设定轴系的边界条件。
边界条件包括轴系的支座约束和加载条件。
在船舶轴系中，支座约束通常是轴系的一些点（例如轴承支座）在几个方向上的约束，以模拟船舶运行时的实际情况。
加载条件通常是指轴系所受到的各种外部载荷，如水流载荷、潮汐载荷和推进器载荷等。
3.网格划分：在设定边界条件后，需要对轴系进行网格划分。
网格划分是有限元分析的重要一步，它决定了计算结果的精度和计算效率。
在ANSYS软件中，可以使用自动网格划分工具或手动网格划分工具来完成这一步骤。
4.材料属性设定：在划分好网格后，需要为轴系的各个部分指定材料属性。
船舶轴系通常由不同的材料构成，如轴承、轴颈和轴管等部分。
在ANSYS软件中，可以使用材料库中的材料数据或自定义材料数据来指定材料属性。
5.振动分析：在完成前述的步骤后，可以对船舶轴系进行振动分析。
振动分析是有限元分析中的一种重要分析方法，它可以用于评估船舶轴系在不同频率下的振动性能。
在ANSYS软件中，可以使用模态分析或频率响应分析等方法来进行振动分析。
6.结果评估：在完成振动分析后，可以通过查看计算结果来评估船舶轴系的振动性能。
计算结果通常包括振动模态、固有频率和振动幅值等信息。
根据评估结果，可以确定轴系是否满足设计要求，或者需要进行进一步的改进。
基于ANSYS软件的船舶轴系振动校核计算方法可以提供船舶设计和重要决策的依据，为船舶的可靠性和安全性提供保障。
船舶轴系扭振计算
船舶轴系扭振计算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dr s p e Q Q Q Q Q Q 111111++++= 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22221111⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=ccst 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－转速曲线能量法计算步骤：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 cT 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：6 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 zp 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 imisb p a C +=3）一缸不发火影响系数为:∑∑=aC a C misimisνγ式中：Cv 、Cvmis ——分别为正常发火与一缸不发火时的简谐系数；∑a 、∑misa 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 112,12,1)cos ()sin (νζβνζβ不发火缸vmiskC 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 rmisT T γ=7 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。
ANSYS的船舶轴系振动校核计算案例
本文尝试对轴系元件进行简化，并进行轴系振动的校合计算。
通过和以往计算方法的比较，我们认为运用ANSYS进行船舶轴系振动计算，方法简单、方便、迅速，计算结果和分布趋势是合理的，误差也在工程允许的范围以内。
运用ANSYS进行船舶轴系的振动校合计算在工程上是完全适用的。
本文介绍了ANSYS的船舶轴系振动校核计算案例摘要：本文利用大型商用有限元计算软件ANSYS，进行船舶轴系的振动校合计算。
首先通过适当简化各种轴系元件，对船舶轴系部分进行几何建模，对轴系本体部分采用三维B EAM188梁单元模拟，对弹性支承的轴承部分采用COMBINE14弹簧单元模拟，对螺旋桨部分采用MASS21质量单元模拟。
然后确定出轴系计算的边界条件，进行模态分析，就可以得到轴系振动的各阶固有频率和固有振型(包括横向振动、纵向振动和扭转振动)，以及模态参与因子。
通过一个实际船舶轴系振动的计算，说明该方法的适用性。
关键词：船舶轴系、振动校合计算1 概述船舶轴系是由推力轴、中间轴、艉轴、推力轴承、滑动轴承、联轴节、螺旋桨等组成的复杂系统，在船舶运行过程中，它会发生弯曲振动现象，对船舶正常运行产生不利影响。
船舶轴系振动有三种类型：由旋转轴不平衡引起的横向振动，可以是垂直方向的，也可以是水平方向的，会造成艉管密封漏水或漏油，轴承座松动，甚至破裂;由螺旋桨推力不均匀引起的纵向振动，情况严重时可以造成推力轴承敲击，曲柄箱破裂，有齿轮传动时，还会损坏齿轮;此外，从主机通过轴系传递功率至螺旋桨造成轴段来回摆动，各轴段间的扭角不相同，从而产生扭转振动，破坏的结果是轴系断裂，有齿轮传动时，会造成齿轮敲击。
因此，在船舶设计过程中，有必要对船舶轴系进行振动校合计算。
对于轴系这样的复杂结构，运用有限元方法进行振动计算具有明显的优越性。
本文针对上海交通大学和某造船厂共同设计开发的46000吨集装箱船，应用ANSYS有限元软件6. 0版本对其传动轴系进行振动校合计算，为进一步的设计提供参考。
船舶轴系扭振计算(精)
船舶轴系扭振计算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1Q=1Qe+1Qp+1Qs+1Qr+1Qd步骤5：计算第1质量的振幅A＝Q×A1st步骤6：轴段共振应力计算τk,k+1=τ0⋅A1步骤7：共振力矩计算步骤8：非共振计算A1=⎡⎢1-⎢⎣A1st2⎛n⎫⎤1 ⎪⎥+2 n⎪Q⎝c⎭⎥⎦2⎛n⎫⎪ n⎪⎝c⎭2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－转速曲线能量法计算步骤：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Mv（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WT=πMνA1∑αk 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Wc的计算(为系统各部件总阻尼功之和)Wc=Wce+Wcd+Wcp+Wcs+Wcr+步骤6：求第1质量振幅A1 A1=WTWc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：6 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：pimis=zz-1pi N/mm2；式中：z-气缸数,pi按前面计算公式计算。
2）相应的Cimis为：Cimis=avpimis+bv3）一缸不发火影响系数为:γ=Cimis a∑mis Cν∑a式中：Cv、Cvmis——分别为正常发火与一缸不发火时的简谐系数；∑ a、∑amis分别为正常发火与一缸不发火时的相对振幅矢量和，其中∑amis按下式计算：∑ amis=zz(∑βkaksinνζk=1)+(∑βkakcosνζ1,kk=12) 1,k2不发火缸βk=bνCvmis，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：A1mis=γA1轴段应力为：τ1misk,k+!=γτk,k+1齿轮啮合处振动扭矩为：Tgmis=γTG弹性联轴器振动扭矩为：Trmis=γTR7 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。
基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算
基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算ANSYS是一种广泛应用于工程领域的有限元分析软件，能够模拟和分析船舶结构的振动响应。
船舶结构的振动校核计算可以帮助设计师评估船舶的结构强度和舒适度，以确保其安全性和稳定性。
船舶振动分析考虑了多个因素，包括船体的自然频率、结构材料的弹性特性、载荷作用以及流体力学因素。
ANSYS船舶振动校核计算可以通过以下步骤完成：1.建立船舶结构模型：使用ANSYS软件建立船舶结构的三维有限元模型，包括船体、船底、船舱等部分。
结构模型的准确性和细节度直接影响振动分析的准确性。
2.材料属性定义：根据实际使用的材料，定义船舶结构的弹性模量、泊松比和密度等材料属性。
这些属性对于计算结构的自然频率和振动响应至关重要。
3.边界条件和约束：在模型中定义边界条件和约束，模拟船舶与海水的相互作用。
可以通过添加约束来限制船舶在特定运动方向上的自由度，例如在船舶底部添加一定的支撑约束。
4.载荷应用：根据实际运行条件和设计要求，模拟载荷的作用。
常见的载荷包括船舶自身重力、海浪和液货运输等引起的动力载荷。
5.静态分析：进行船舶结构的静态强度分析，计算结构在不同载荷下的应力和应变。
这可以帮助设计师确定船舶结构的强度和稳定性。
6.动态分析：在船舶结构上施加动力载荷，模拟船舶在运行过程中的振动响应。
通过计算结构的自由振动频率以及对外部激励的响应，可以评估结构的自振特性和舒适性。
7.结果分析和后处理：通过分析计算结果，评估船舶的结构响应和安全性。
可以确定结构的共振频率、振动模态以及响应的幅值和幅值分布。
船舶轴系的振动校核计算是船舶结构振动分析的重要组成部分。
通过ANSYS软件的应用可以帮助设计师评估船舶轴系的振动特性，并确定结构的自振频率以及对外界激励的响应。
在船舶轴系的振动校核计算中，需重点考虑轴系结构的弹性特性、载荷情况以及激励源（如发动机振动和螺旋桨激励）对轴系的影响。
可以采用有限元法建立轴系的详细模型，通过加载实际工况下的载荷进行振动分析。
船舶轴系扭振计算
船舶轴系扭振计算船舶轴系扭振计算是为了研究船舶传动系统中可能产生的扭振问题而进行的计算工作。
船舶轴系扭振是指船舶传动系统中由两个或多个旋转部件之间的扭转刚度不匹配引起的系统震动问题。
这种扭振问题可能对船舶的可靠性、安全性和性能产生不利影响，因此需要进行相应的计算分析。
第一步是建立船舶轴系模型，包括各个旋转部件的几何特性、质量参数和刚度参数等。
这是进行船舶轴系扭振计算的基础，需要准确地描述船舶传动系统的结构和特性。
第二步是进行船舶轴系的动力学分析，包括计算各个旋转部件的惯性力、惯性力矩和旋转角速度等动力学参数。
这些参数将作为扭振计算的输入数据，用于分析船舶轴系的动力响应。
第三步是确定船舶轴系的扭振频率和振动模态。
扭振频率是指船舶轴系中可能产生扭振的固有频率，而振动模态则描述了船舶轴系中不同部件之间的相对振动形式。
这些信息对于评估扭振问题的严重程度和确定相应的抑制措施非常重要。
第四步是评估船舶轴系扭振对系统性能的影响。
通过对船舶轴系的动力响应进行分析，可以评估扭振对船舶传动系统中各个旋转部件的疲劳寿命、工作性能和振动舒适性等方面的影响。
这将有助于确定是否需要采取相应的抑制措施，以避免扭振问题的发生或减小其不良影响。
最后，根据船舶轴系扭振计算的结果，可以针对具体的扭振问题确定相应的技术措施。
这可能包括增加扭振阻尼器的刚度、调整旋转部件的设计参数或改进轴系的结构等。
这些措施旨在提高船舶轴系的扭振稳定性和工作性能，从而保证船舶的可靠性和安全性。
总之，船舶轴系扭振计算是一个综合的工作，需要对船舶传动系统进行动力学分析和评估，以确定扭振问题的影响和解决方案。
通过合理的计算分析，可以提高船舶轴系的可靠性和工作性能，为船舶运行提供更好的保障。
「基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算」
「基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算」根据ANSYS船舶轴系的振动校核计算，我们需要确定振动计算的目的、振动源和船舶轴系的相关参数。
振动计算的目的通常是为了评估船舶轴系在不同工况下的振动水平，
以确定是否满足振动设计要求，以及通过对振动源的分析，确定降低振动
的措施。
首先，我们需要确定振动源。
在船舶轴系中，可能存在的振动源包括
主机与传动系统、螺旋桨与水流之间的相互作用、覆盖层的不平衡和不同
部位的流体动力振动等。
其次，我们需要确定船舶轴系的相关参数。
包括轴系的结构特征，例
如轴的直径、长度、材料等；以及振动响应特性，例如转动惯量、振动模
态等。
接下来，我们可以使用ANSYS软件进行振动计算。
首先，根据船舶轴
系的几何特征，我们需要绘制模型并进行网格划分。
然后，需要定义边界
条件，例如轴承支撑约束和外部载荷。
接着，我们可以选择适当的振动分
析方法，例如模态分析、谐响应分析或响应谱分析等。
在进行振动计算之后，我们可以获得船舶轴系在不同工况下的振动响应。
根据振动响应结果，我们可以评估船舶轴系的振动水平是否满足设计
要求。
如果超过要求，我们可以通过分析振动源，确定降低振动的措施。
例如，可以采取平衡轴系、改变传动系统参数或增加振动吸收装置等来减
小振动水平。
总之，基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算可以帮助我们评估船舶轴系在不同工况下的振动水平，并确定相应的振动控制措施。
这对于提高船舶的安全性和舒适性具有重要意义。
船舶复杂轴系扭振计算研究及其应用
船舶复杂轴系扭振计算研究及其应用船舶复杂轴系扭振计算研究及其应用船舶是一种大型复杂的机械结构，它在航行过程中会受到许多不同的力和振动的作用。
其中，轴系扭振是船舶运行中不可避免的问题。
轴系扭振不仅导致了能量的损失，还会给船舶的结构和设备带来损害，甚至威胁到船舶的安全。
因此，对船舶复杂轴系扭振进行研究和计算，具有重要的理论和应用价值。
一、轴系扭振的产生原因轴系扭振是由于主机和驱动设备的功率、转速和转矩等因素的变化所引起的。
这些因素的变化往往是不规则的，并且受到液动力、气动力、悬挂系统和支撑系统等因素的干扰，从而引起了船舶轴系扭振问题的产生。
二、船舶复杂轴系扭振的计算方法为了对船舶复杂轴系扭振进行计算和分析，需要采用一种有效的方法来模拟船舶复杂轴系结构的动态特性。
目前主要的计算方法有有限元方法和刚柔耦合方法。
1、有限元方法有限元方法采用离散法对船舶轴系结构进行离散化，将结构划分为有限个小单元，然后建立它们之间的连接关系。
通过对结构进行受力和运动分析，计算出所需要的振动响应，从而得到结构的扭振刚度矩阵和微分方程，并求解该方程得到轴系的振动特性。
2、刚柔耦合方法刚柔耦合方法是建立在有限元方法基础上的一种模拟方法。
它将轴系划分为刚性部分和柔性部分，根据物理实验结果对这些部分进行优化，在悬浮和支撑装置上设置适当的振动吸收材料，从而改善船舶的振动特性。
三、船舶复杂轴系扭振的应用船舶复杂轴系扭振的应用涉及到船舶设计、制造和运行等方面。
在船舶设计和制造的过程中，需要对船舶复杂轴系的动态特性进行精确的计算和分析，以满足设计要求，并保证船舶的安全运行。
在船舶的实际运行中，轴系扭振问题往往会引起船舶运行的不稳定性和船员的不适感，因此需要对其进行有效的控制。
总之，船舶复杂轴系扭振计算研究及其应用是当前工程领域的一个重要课题，其研究成果可以为船舶行业提供重要的科学依据和技术支撑，以确保船舶在运行中的安全和稳定性。
船舶动力装置轴系扭转振动计算课程设计
船舶动力装置轴系扭转振动计算课程设计班级：轮机0801班学号：U200812201姓名：李弘扬一．设计任务及意义：在推进装置中，从主机到推进器之间，用传动轴及保证推进装置正常工作所需的全部设备连接在一起的中间机构成为轴系。
船舶轴系是船舶动力装置的重要组成部分之一。
轴系的工作好坏，将直接影响船舶的推进特性和正常航行，并对船舶主机的正常工作也有直接的影响。
如果轴系设计质量欠佳，将会引起机体振动、传动系统零部件损坏、轴承过度磨损、甚至轴件折断等事故，不仅会中止机械系统的正常运行，也会危急工作人员的生命安全。
因此对轴系必须进行深入的研究，以利于其正确的设计、制造、安装和检验。
船舶轴系振动控制就是设计及安装中采取措施，以保证动力装置的振动限制在容许的范围内。
这次设计主要是针对简化实际系统后的理想的轴系当量系统图进行分析，采用其参数，通过各种方法（矩阵特征值特征向量、HOLZER 法、专门解微分方程的软件等）求出系统的各阶频率及其主阵型，通过对着2个参数进行分析，得出所需的数据，并总结归纳出轴运转过程中要注意的问题，以保证轴能够安全有效的运转。
二．柴油机推进轴系布置图：图1所选主机的型号为6350ZC-1，其额定功率为661Kw，额定转速为350r/m。
三．轴系当量系统图：为了方便对船舶的推进轴系进行分析和振动计算，将实际的船舶推进轴系简化成当量系统，如下图：图2其中：1.空气压缩机2.水泵3.变速齿轮 4-8.柴油机气缸 9.飞轮 10.减速器 11.联轴节 12.螺旋浆各当量参数如下表：序号 1 2 3 4~7 8 9 10 11 12转动惯量5.98 1.08 1.04 2.913 2.913 51.463 0.6 1.115 3.944(kg·m2)扭转刚度×10-58.2 392.2 150 112.78 169.66 0.5 0.5 50.29 (N·m/rad)表1转动惯量与扭转刚度的等效计算原理：a，转动惯量：轴系作扭转振动时，其运动部件可分为旋转运动件和往复式运动件，其中，旋转运动件的转动惯量一般都是对圆盘这类有规则几何形状的物体进行积分：J=.比如真空心圆轴的转动惯量为J=ρ（）L （kg ·m ）。
81700DWT散货船推进轴系纵向振动计算
频 率测 量 ，并结 合推 力 轴承 刚度 值 来校准 曲轴 的纵 向刚度 值 。 （ ２ ）推力 轴承 的纵 向 刚度 推 力 轴 承 的 纵 向 刚度 实 际 上 是 指 推 力 环 、 油
垂 向振动、机舱构件的局部振动和上层建筑纵 向振
作者简介：秦辉 ，男 ，硕 士，助理工程 师。
研究方 向：船舶动力装 置。
膜、推力块、推力轴承座及双层底等构件刚度的当
２ ０ １ ３ ／ ２科技与管理 １
船舶 设计
量值 。 由于其 结构 复杂 ，影 响 因素较 多 ，所 以一般 应根据 实测 结果确 定 。 （ ３ ）其 他轴 的纵 向刚度 串联 轴 纵 向刚 度 的倒 数 为 各 段 轴 刚 度 倒 数 之 和 ，并 联轴 的纵 向刚度 为各 段轴 刚度 之和 ；空心轴 的纵 向刚度 为 以外径 与 内径 的直轴 的刚度之 差 。 ２ ． ３激 励力 产 生轴 系纵 向振动 的激励 力有 【 ５ 】 ：
计算模型，计算了轴系 自由振动振 型和强迫振动响 应，根据 Ｃ Ｃ Ｓ轴 系纵 向振动衡准要求 ，对计算结
果进 行 了分析 。对轴 系振 动 计 算 有 了初 步 的 了解 和 认 识 ，为进 一 步分析 和研 究船 舶 轴 系振 动 奠定 了基
础，对以后的学习和工作具有深刻的意义。
关 键词 ：推 进 轴 系；纵 向振 动 ；计 算 分析
（ １ ）柴 油机 气体 压 力产 生 的径 向简 谐力 ； （ ２ ）往 复惯 性 力产 生 的径 向简 谐力 ； （ ３ ）螺旋 桨在 不均 匀流 场 中产生 的简谐 力 。 ２ ． ４ 纵振 力学 模型 根据 ８ １ ７ ０ ０ ＤＷＴ散货 船 的轴系 布置 图 ， 按照上 述转化 原 则 ，其推进 轴 系 的纵振 力学模 型如 图 １ 所
内河船舶轴系扭振计算
— —
对 弹性 扭 振 减 振 器 （ 卷 簧 减 振 器 、 胶 减 振 如 橡
器 等 ） 其 主 、 动 惯 性 轮 应 分作 为 ２个 质 量 点 ， ， 从 刚
度值取减振器 中弹性元件 的动态刚度值 ； 对硅油减 振器 ， 如果厂家提供 了主、 被动端惯量和刚度值 ， 则 可转化 为 ２个质 量 点 ， 果仅 提供 了惯量 值 ， 可 简 如 则
ｌ２ １
湖
南
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通
科
技
３ ６卷
应 用式 （ ）可 得 ： ４，
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Ｉ ｃ
上式 说 明 ， 比为 ｉ 变 速 系统 转 化 为 以 主动 速 的 轴转 速旋 转 的系统 时 ， 动 轴 系 统 的转 动 惯 量要 改 从 变 倍 。
中图分 类号 ： ６ ． １ Ｕ ６ ４ ２ 文献标 识 码 ： Ｂ
０ 引 言
船 舶 轴 系在 发 动 机 、 旋 桨 等 周期 性 扭 矩 激 励 螺
下 出现 绕其 纵轴 产 生 扭 转 变 形 现 象 ， 为 轴 系 扭 转 称
振 动 。轴 系扭转 振 动 引起 的振 动 扭 矩／ 力 是 交 变 应
第 ３ 卷第 ３期 ６
２１ ０ ０年 ９月
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Ｖｏ１３ ． ． ６ Ｎｏ ３ Ｓ ｐ． ０１ ｅ ２ ０
ＨＵＮＡＮ Ｃ０ＭＭＵＮＩ ＣＡＴ１ ０Ｎ ＣＩ Ｓ ＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
文章编 号 ： ０ ８ ８ ４ ２ １ ） ３０ 卜０ １ ０ —４ Ｘ（０ ０ ０ — １ １ ３
船舶推进轴系扭振计算matlab编程
船舶推进轴系扭振计算matlab编程
船舶推进轴系扭振是指推进轴、轴承和耦合器等部件在旋转运动中发生的扭转振动现象。
为了准确计算船舶推进轴系的扭振，可以利用Matlab编程实现。
下面是一些相关的参考内容。
1. 定义船舶推进轴系的几何参数：包括轴系的扭转刚度、惯性矩、质量分布，以及扭振模态数等。
这些参数可以通过船舶设计资料或者实测数据获得。
2. 构建数学模型：根据系统动力学原理，可以建立船舶推进轴系的数学模型。
一般可以采用受迫振动方程来描述扭振现象。
模型包括系统的扭转动力学方程和轴系的边界条件。
3. 采用有限差分法求解：对船舶推进轴系的数学模型进行离散化处理，将连续变量离散为一系列离散点的函数值。
然后，可以利用有限差分法求解离散化后的方程组。
有限差分法将微分方程转化为代数方程，通过迭代求解得到结果。
4. 实现Matlab代码：根据数学模型和有限差分法，可以用Matlab编程实现船舶推进轴系的扭振计算程序。
具体实现包
括读入系统参数、初始化变量、求解扭振方程组、绘制扭振模态等。
5. 分析和验证结果：通过Matlab计算得到的扭振结果，可以
进行分析和验证。
可以绘制扭振频率响应曲线、模态振型图等，对系统的扭振特性进行评估。
6. 参数优化和实验验证：根据计算结果，可以对船舶推进轴系的参数进行调整和优化。
然后，利用实验对优化后的系统进行验证，以验证计算结果的准确性和可靠性。
总之，通过Matlab编程实现船舶推进轴系扭振的计算可以较为准确地评估船舶系统的扭振特性。
这有助于优化设计和预防扭振引起的故障。
基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算
基于ANSYS船舶轴系的振动校核计算1 概述船舶轴系是由推力轴、中间轴、艉轴、推力轴承、滑动轴承、联轴节、螺旋桨等组成的复杂系统，在船舶运行过程中，它会发生弯曲振动现象，对船舶正常运行产生不利影响。
船舶轴系振动有三种类型：由旋转轴不平衡引起的横向振动，可以是垂直方向的，也可以是水平方向的，会造成艉管密封漏水或漏油，轴承座松动，甚至破裂;由螺旋桨推力不均匀引起的纵向振动，情况严重时可以造成推力轴承敲击，曲柄箱破裂，有齿轮传动时，还会损坏齿轮;此外，从主机通过轴系传递功率至螺旋桨造成轴段来回摆动，各轴段间的扭角不一样，从而产生扭转振动，破坏的结果是轴系断裂，有齿轮传动时，会造成齿轮敲击。
因此，在船舶设计过程中，有必要对船舶轴系进行振动校合计算。
对于轴系这样的复杂结构，运用有限元方法进行振动计算具有明显的优越性。
本文针对交通大学和某造船厂共同设计开发的46000吨集装箱船，应用ANSYS有限元软件6.0版本对其传动轴系进行振动校合计算，为进一步的设计提供参考。
ANSYS是美国ANSYS公司开发的大型通用有限元分析软件，它具有结构静力分析、结构动力分析、瞬态分析、模态分析、流体动力学分析、电磁场分析等多种功能。
本文即是利用ANSYS软件的模态分析功能，完成对船舶轴系这一复杂结构的建模和有限元分析。
实践证明，这种方法可以有效的提高工作效率，缩短分析周期，对工程实际是非常有效的。
2 轴系计算的有限元模型进行校合计算的46000吨集装箱船，采用的是瓦西兰公司的32缸柴油发动机组，发动机输出法兰通过齿轮箱变速后，和中间轴连接，中间轴和艉轴之间有联轴节。
中间轴长3.68m，外径0.4m，无轴承支承。
艉轴长5.3m，外径0.48m，前后分别有两个轴承，前轴承宽0.48m，后轴承宽1.08m，轴承刚度由轴承说明书给出。
中间轴和艉轴中都布置有润滑系统。
螺旋桨是变距螺旋桨，总重14500kg。
根据实际需要，只需对船舶轴系的自由振动情况进行校合计算，不考虑受迫振动情况。
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船舶轴系扭振计算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dr s p e Q Q Q Q Q Q 111111++++= 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22221111⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=ccst 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－转速曲线能量法计算步骤：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 cT 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：6 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 zp 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 imisb p a C +=3）一缸不发火影响系数为:∑∑=aC a C misimisνγ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 112,12,1)cos ()sin (νζβνζβ不发火缸vmiskC 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 rmisT T γ=7 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。
8 衡准(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》) 8.1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。
8.2 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。
8.3 扭振计算书8.3.1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。
8.3.2 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。
8.3.3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。
8.3.4 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。
8.3.5 对可调桨轴系,应对螺距为零和最大时的扭振进行计算。
8.3.6 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。
8.3.7 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。
8.4 许用应力8.4.1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。
8.4.2 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：C W －材料系数：18/)160(+=m WR CR m －轴材料的抗拉强度，对中间轴采用碳钢和锰钢时，如R m >600N/mm 2时，取600 N/mm 2；对中间轴采用合金钢时，如R m >800N/mm 2时，取800 N/mm 2；对螺旋桨轴和尾轴，如R m >600N/mm 2时，取600 N/mm 2； C K －形状系数，见表； C D －尺度系数：2.093.035.0-+=d C Dec n n r=－转速比，n c 为共振转速，r/min ；n e 为额定转速，r/min形状系数C K 表8.4.4发电用柴油机及重要用途的辅柴油机曲轴与传动轴,以及恒速运转的推进柴油机曲轴,其扭振许用应力应不超过按下式计算所得之值：运转工况 转速比范围扭振许用应力(N/mm 2)持续运转 10.195.0≤≤r )0132.059.21(][d c -±=τ 瞬时运转95.00<<r][5.5][c t ττ±=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 e 在r <0.95范围内应不超过±6M e 。
8.4.7 齿轮的许用扭矩:齿轮传动装置中的齿轮啮合处的振动扭矩,在r =0.9～1.05范围内一般应不超过全负荷平均扭矩的1/3。
如果轮齿齿面接触应力和齿根弯曲应力小于CCS “齿轮强度评定指南”规定的许用值时,则可以考虑采用较高的振动扭矩值。
8.4.7弹性联轴器的许用扭矩:弹性联轴器的弹性元件,在持续运转时的振动扭矩应不超过其许用交变扭矩值;瞬时运转时应不超过其瞬时运转的许用交变扭矩值。
8.4.8 其他(1) 在柴油机常用转速范围内或特殊使用转速范围内,不应产生危险的共振转速。
(2) 在r = 0.85时,由共振上波坡产生的扭振应力应不超过持续运转许用应力［τc ］。
(3) 在r = 0.85～1.05范围内,由共振和重要的非共振产生的合成应力,应不超过规定的扭振许用应力的1.5倍。
(4) 根据制造厂提供的经验数据或详细计算资料,经CCS 审查同意,可采用制造厂提供的扭振许用应力(或扭矩)值。
(5) 曲轴扭振许用应力也可按照国际船级社协会统一要求计算,但应按CCS 《柴油机曲轴强度评定指南》提交计算书。
9 振动的转速禁区9.1如果轴系振动的振幅或应力或扭矩超过本章规定的持续运转的许用值时,则在这个共振转速N c 附近应设"转速禁区"。
在此禁区内,机器不应持续运转。
9.2 应避开的转速范围如下:16)18(~1816c c n r r n --9.3 如果振幅或应力或扭矩接近瞬时运转许用值时,则转速禁区应适当扩大;反之如稍超过持续运转许用值时,转速禁区可适当缩小。
9.4 转速禁区也可由实测确定，即可取超过持续运转许用值的转速,并适当计入转速表的误差。
9.5 因扭振而引起齿轮齿击，或弹性元件的振动扭矩大于持续运转的许用交变扭矩时，应设转速禁区。
9.6 如设转速禁区,则转速表在转速禁区附近的读数误差应在±2%以内。
9.7所设转速禁区应在转速表上用红色标明,并应在操纵台前设告示牌。
10 振动测量10.1 柴油机制造厂应在台架上对所设计的或有重大修改的柴油机进行扭振和纵振(如有要求时)测量,并校核其当量参数值。
10.2 CCS 可根据所提供的振动计算方法、振幅或应力或扭矩大小等情况,决定是否需要用实测来验证。
如提供类似装置的实测报告并符合本章规定者,则可不必进行实船轴系振动测量。
10.3 振动测量所采用的仪器型式、测点位置和转速间隔,应能正确反映所测振动的特性。
10.4 一般当实测与计算的固有振动频率误差小于±5%时,可用实测振幅或应力(扭矩)按计算振型推算系统各处的振幅或应力(扭矩)。
10.5 扭振测量报告应包括试验转速下各测点的简谐次数、角振幅或应力、固有频率、各轴的扭振应力、各弹性联轴器和齿轮的振动扭矩（如适用时），并作出应力/ 扭矩与转速曲线图，且加绘其允许值。
10.6 测量时，主机从最低稳定转速开始到额定转速为止，转速分档并转速稳定情况下进行测量。
在共振转速附近，转速间隔应适当减少。