第四节 轴系的纵向振动

第四节轴系的纵向振动
一、轴系的纵向振动及危害
轴系在外力作用下，沿轴线方向产生的周期性变形现象，称为轴系的纵向振动。

轴系纵振的激振力主要是气缸内的气体压力和往复运动部件产生的惯性力通过连杆作用在曲柄销上的径向分量和螺旋桨在不均匀伴流场中产生的周期性轴向激振力。

此外，轴系的扭转振动也可能激起轴系的纵向振动，特别是在扭振固有频率与纵振固有频率相同或相近时，还会产生扭转-纵向耦合振动现象。

推进轴系纵向振动的危害性主要表现在以下几个方面：
（1）柴油机、传动装置和轴系的故障。

如：曲轴弯曲疲劳破坏；推力轴承的松动；艉轴管的早期磨损；传动齿轮的破坏和磨损等。

（2）在推力轴承上的轴向力作用在柴油机的机体上并引起船体构件及上层建筑的附加振动。

对于中速柴油机一般不存在轴向振动，因为中速机的轴系刚度很高，其固有频率远高于激振力的频率。

中国船级社要求对于大型低速柴油机推进轴系，必须提交其推进轴系的纵向振动特性并获得船级社的批准。

二、推进轴系纵向振动的消减和回避
1.推进轴系纵向振动的衡量标准
中国船级社要求持续运转的纵振振幅不得超过计算值。

对于瞬时通过的允许纵振振幅值，一般不超过计算值的1.5倍。

如果超过持续运转的许用值，则应设转速禁区。

一般在r=0.85时由共振或上坡波产生的纵振振幅应不超过持续运转许用值，在r=1.0时由共振或下坡波产生的纵振振幅也应不超过持续运转许用值。

2. 纵向振动的消减和回避
（1）调频
系统纵振固有频率的基本方法是改变轴段的纵向刚度、集中质量及分布。

改变轴系的长度或直径，可以提高或降低轴系的纵振固有频率，从而把有害纵振共振移开；在轴系纵振相对振幅较大处安装附加质量，或调整主机飞轮质量，不仅可以降低轴系纵振固有频率而且可以改变振型，从而达到避开有害纵振共振转速或减小振幅的作用。

（2）减小输入系统的激振能量
副简谐引起的有害共振和柴油机发火顺序有关。

改变发火顺序，可以减小输入系统的振动能量。

但这一方法对主简谐引起的纵振无效。

艉部不均匀伴流场是诱导螺旋桨激振力的直接原因，改善伴流提高螺旋桨的设计水平和加工精度，
对改善轴系的振动有着积极作用。

此外，调整螺旋桨和柴油机曲轴间的夹角，也可以使柴油机和螺旋桨激振力产生的纵振响应相互抵消一些。

（3）避免扭转-纵向耦合振动
轴系的纵向振动有可能由轴系强烈的扭转振动耦合激发产生，特别是两者临界转速相同或相近时更易产生。

这时，所有减小扭振的措施对降低纵振耦合响应都是有效的。

而纵振的消减与回避措施中，除调频外的其他方法都不会有大的效果。

改变纵振固有频率，拉开扭振与纵振临界转速的距离，能有效地降低扭振-纵振耦合响应。

（4）配置减振器
安装纵向振动减振器是降低纵向振动响应的最有效方法。

几乎所有低速二冲程柴油机都配有纵振减振器。

纵振减振器安装在柴油机曲轴自由端上，其结构如图5-8所示。

减振器活塞与曲轴自由端直接连接，油压缸体固定在柴油机机架上，缸体内活塞的左右端充满压力润滑油，活塞可以在压力油缸内旋转和纵向振动。

当曲轴振动时，滑油通过节流阀从活塞一侧泵向另一侧，间隙的大小根据所需阻尼力由计算和试验确定。

由于其液压缸体固定在柴油机机架上，这样使曲轴自由端受到一定的纵向约束作用，从而提高了轴系的纵振固有频率，同时，由于液压油的阻尼作用，使纵振振幅减小，达到减振的目的。

图5-8 纵振减振器。