軸系振動理論小結

Advertisements

Advertisements

船隻在海中航行時有不同程度的振動,當固有頻率與激振頻率一致時,就會引起共振。對於大功率推進裝置,即使沒在共振狀態,也會由於處在復雜激勵之中而產生劇烈振動,極端情況下會破壞船艇自身重要結構,影響航行安全。

推進軸係是指從船艇發動機到螺旋槳之間的全部軸段,它的主要作用是搭建位於艦艇前段的主推電機和尾段的螺旋槳之間的聯繫。主推電機發出的功率通過推進軸系傳遞給螺旋槳,螺旋槳被帶動,同時它又將周圍的附漣水所引起的沿軸縱向的反力,通過推力軸承施加給船體,從而推進船艇在水中航行。作為船艇的心臟,它是船艇動力裝置最重要組成部分之一,對船艇營運的經濟性、機動性、安全可靠性等起著至關重要的作用。隨著造船行業對造船技術、造船工藝與質量要求的提高以及全球“低碳經濟”的提出,船艇推進系統的性能需滿足更高的要求,使得其在結構、功能以及性能上變得更加複雜。在研究船舶振動問題時,推進軸係是繞不開的一個重要節點。

推進軸係由於力矩傳遞的不均勻、安裝的不對中、質量的不平衡、加工的誤差會產生扭轉振動和橫向振動;螺旋槳在不均勻流場中轉動,產生交變推力和彎矩,進一步引起船體振動。螺旋槳的激振力使推進軸系產生扭轉、橫向、縱向以及耦合振動。

王瑞以某中型船舶作為算例,預設一系列的潤滑膜厚,採用有限元法仿真計算了潤滑膜的承載力,在此基礎上對軸系進行模態分析,分析了潤滑膜厚度變化對油膜承載力與軸系振動模態的影響。發現如果軸承間隙過大或者過小,都會難以形成楔形油膜,進而導致軸係不穩。

Advertisements

李震認為分析滑動軸承動特性時,必須同時考慮軸的動力學特點和軸承的潤滑特性。根據軸的動力學微分方程和軸承的雷諾方程,得出了直接耦合求解軸承動力特性的方法。以某柴油機曲軸-軸承系統為算例,將曲軸扭轉、徑向和縱向振動及其耦合情況進行了分析研究。

何芝仙結合曲軸傾斜的情形,以某柴油機曲軸-軸承系統為分析對象,以ADAMS和ANSYS為工具,分析了該系統的動力學特性和彈性力學耦合特性。

耿厚才認為,當軸上分佈著若干軸承時,單個軸承潤滑的狀態會影響到相鄰軸承的軸承-軸頸相對位置,各個軸承之間存在互相關聯。分析推進軸系上面的各個徑向滑動軸承的動力特性問題時,需要考慮這種關聯關係。結合這種聯繫,對軸系在多個軸承共同作用下的動平衡進行分析,得到了各個軸承的支反力,證實單個滑動軸承的潤滑狀態會影響到整個軸段各個軸承的支反力分佈。

朱軍超分析了軸系振動特性與徑向滑動軸承支承剛度的相互關係。首先採用小擾動法得出了潤滑膜剛度係數,其次計算了軸承-軸承座-船體的耦合支承剛度,然後結合軸系振動方程進行了分析。發現軸系的固有頻率與支承剛度呈現正比例的強相關性,與船體耦合剛度相關性較弱。

朱漢華認為軸系振動特性與艉軸承潤滑特性具有耦合關係。當推力軸尾段轉速發生變化時,艉軸承潤滑狀態會發生變化,進而潤滑膜承載力分佈和動態特性係數都會發生改變,這些改變又會引起推力軸振動特性的變化。隨後對軸的轉速、徑向軸承剛度和軸的振型之間的關係進行了數值分析。

唐艾飛針對推進軸系的振動問題,把扭轉、縱向和旋轉振動作為一個整體考慮,利用MATLAB寫了軟件程式,以軸系試驗台為算例進行了三種振動的計算。結合軸系試驗台實例,利用Solideworks、ANSYS和ADAMS建立了剛柔融合模型,進行了不同工況下的旋轉振動仿真分析。結果表明採用MATLAB進行理論數值計算以及採用有限元軟件對軸系進行旋轉振動分析都具有可行性。