某电力推进轴系横向振动影响因素分析

Ｑ Ｒ＝Ｑ ＋ ｐ ｍ Ｙ — ｋ ｉ ｙ
（ ３ ）
１ １ ８
某 电力推进轴系横 向振动影 响因素分析——蔡双利 ， 曾凡明 ， 唐
成
Ｍ Ｉ ｉ
＝ 一
一
面 Ｑ ｌ ｉ ３
， ２ ＥＪ ３ Ｅ Ｊ
图 ３ 含 集 中质 量 的 弹 性 支座
Ｌ
＿
Ｅ Ｊ ２ Ｅ Ｊ
某 电力 推进 轴 系横 向振 动 影 响 因素 分析
蔡双 利 ， 曾凡 明 ， 唐 成
（ １ ． 海军工程大 学 船舶与动力学院， 武汉 ４ ３ ０ ０ ３ ３ ； ２ ． ９ ２ ８ ９ ６部队 ， 辽宁 大连 １ １ ６ ０ ０ ０ ） 摘 要： 通过数值分析的方法研究动态 因素对某 电力推进轴 系横 向振动 的影 响 ， 介绍运用传递 矩阵法对
２ ． １ 质量 单元传 递矩 阵
Ｍ Ｑ｝
（ １ ）
轴承 、 艉 轴前 轴 承 以及 推 力轴 承 等 。 为简 化 横 振
收稿 日期 ： ２ ０ １ １ —１ ０—１ １ 修 回 日期 ： ２ ０ １ １ —１ ０—１ ８
考 虑集 中质 量 的 弹 性 支 座 的情 况 ， 见图 ３ 。 假 设弹性 支座 的弹性 系数 已知 ， 并 在 此 支座 上
撑点 、 集 中质量 的 中心 以及 不 同直 径 的各 轴 段交
振动 的 因素较多 ， 包 括 螺旋桨 的附连 水质 量 、 艉 轴 承 的支 撑位 置 、 轴 承 的油 膜效 应 、 轴 承 刚度 ， 螺 旋 桨产 生 的陀螺力 矩等都 是影 响轴 系振动 的重要 因
素 Ｊ 。除此之 外 ， 校 中质 量对 轴 系 的 振 动也 有 很
中 图分 类 号 ： Ｕ ６ ６ ４ ． ２ １ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ １ － ７ ９ ５ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ － ０ １ １ ８ ０ － ４
船 舶轴 系横 向振动 是 由于 轴系旋 转部件 的质
量（ 主要为螺旋桨质量 ） 的不平 衡及 在船艉不均
有 集 中质量 ／ Ｔ ｔ ， 假定质量 ｍ 只产 生 横 向简 谐 振
动， 并 忽略此 质量 ｍ 的转 动惯量 ， 则有
ＭＲ ＝ （ ２ ）
第一作者简 介： 蔡 双利 （ １ ９ ８ ７一） ， 男， 硕士生 研究方向 ： 舰船动力装置总体设计系统分析
Ｅ－ ｍａ ｉ ｌ ： ｚ ｉ ｐ ｉ ｃ ａ ｉ ＠ １ ６ ３． ｃ ｏ ｉ ｎ
矩阵法具有无需系统总体动力学方程、 程式化程
度高、 系统矩 阵 阶 次 低 和 效 率 高 等 优 点 ］ ， 在 轴
图 ２ 横 振模 型 简 化 示 意
系横 向弯曲振动 中得 到广泛运用 Ｊ 。对 于传 递
矩 阵 的求 解本 文采 用 了 Ｍｙ ｋ ｌ ｅ ｓ ｔ ｅ ｄ ． Ｐ ｒ ｏ ｈ ｌ 法和 Ｒ ｉ ｃ ． ｃ ａ ｔ ｉ 法相结 合 的方 法 ， 既 获 得 了数 值 的稳 定 性 和 精 确性 ， 又避免 了漏根 。
２ 数 学模 型
对 于以上所 建 立 的物 理 模 型 ， 各截 面 的 状 态 矢量 ｚ 可 由挠 度 Ｙ 、 转角 ０ 、 弯 矩 、 剪力 Ｑ 表
示， 即
１ 物 理 模 型 简化
图 １所示 为某 电力 推进 轴 系 ， 包 括有 艉 轴 后
ｚ ＝｛ ｙ
换处 均作为 轴段 的分 界点 ， 分 界 点 之 间 的轴 段看
作离散的无质量的梁 ， 为了提高精度 ， 在等直径轴 处适 当增加 了若 干 集 中质 量 ， 按 重 心不 变 原 则 集 中到重心处 ， 当作集中质量（ 即分界点） 处理。
根据 以上所述 原则 ， 将该 轴系划 分为 １ ２个 质 量单 元 、 ３个支 撑单元 和 １ ４个 轴单 元 ， 见图 ２ 。
匀 的伴 流场 中 ， 作 用 在 桨 叶 片上 的 流体 力 产 生 弯 曲力 矩 ， 使得 轴 在旋 转 过 程 中产 生 周期 性 的弯 曲
变形 现象 ¨ 。船舶 轴 系 工作 环 境复 杂 ， 影 响 轴 系
图 １ 轴 系示 意
计 算模 型 ， 将轴 系视 为 在 以轴 承 支撑 点 的 多跨 距 梁上带 有若 干集 中质 量 的横 向振 动 系 统 ， 把 联 轴 节、 螺 旋桨及 推 力 盘等 视 为 集 中质 量 。轴 承 的 支 ＬLeabharlann （ ９ ） ｙ ＝
ｌ ｉ ２ Ｍｉ ｚ ＝
一 Ｑ 面 Ｌ ｌ ｉ ３
（ １ ０ ）
式中 ： ｐ —— 轴 系横 向振 动角频 率 。
进 一步 引入挠 度 和转角 的两 个公式
Ｒ Ｌ
Ｌ
＝
第４ ２卷
第 １ 期
船 海 工 程
Ｓ ＨＩ Ｐ ＆ ０ＣＥＡＮ ＥＮＧＩ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
Ｖｏ １ ． ４ ２ Ｎｏ．１ Ｆ ｅ ｂ． ２ Ｏ１ ３
２ ０ １ ３年 ０ ２月
Ｄ Ｏ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ３ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ６ ７ １ － ７ ９ ５ ３ ． ２ ０ １ ３ ． ０ １ ． ０ ３ ２
船舶轴系进行横 向振动分析 的基本原理 ， 结 合某 电力 推进轴系实 际情况 ， 建立轴 系计算模型 ， 用Ｍ ａ ｔ ｌ ａ ｂ编写
了基于传递矩阵法的计算程序 ， 对影响轴 系横 向振动 的轴承 刚度 、 艉轴后轴 承支撑位置 以及 陀螺力矩三个 因 素进行计算分析 ， 得到这些 因素在不同条件 下对轴 系临界转速 的影响 。 关键词 ： 传递矩阵法 ； 轴系； 横向振动 ； 临界转速
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…
大影 响 ４ 。 。在 现有技 术条 件下 ， 要 对这 些 因素进 行精 确分 析较 为 困难 ， 因此 建立 接 近 实 际 的数 学
模型， 得到可靠的分析数据对 于轴系的研究有重 要的意义。本文采用传递矩阵法对某船推进轴系
实 际影 响其横振 特性 的一些 因素进 行分 析 。传 递