某电力推进轴系横向振动影响因素分析.pdf

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1、第42卷第1期2013年02月船海工程SHIP&OCEANENGINEERINGV01．42No．1Feb．2013DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2013．叭．032某电力推进轴系横向振动影响因素分析蔡双利1，曾凡明1。唐成2(1．海军工程大学船舶与动力学院，武汉430033；2．92896部队，辽宁大连116000)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Matlab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、

2、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；临界转速中图分类号：U664．21文献标志码：A文章编号：1671-7953(2013)01-0118-04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11J。船舶轴系工作环境复杂，影响轴系振动的因素较多，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心J。除此

3、之外，校中质量对轴系的振动也有很大影响旧圳。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‘5o，在轴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Myklested—Prohl法和Ric-cati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¨1。1物理模型简化图1所示为某电力推进轴系，包括有艉轴后轴承、艉轴前轴承以及推力轴承等。为

4、简化横振收稿日期：2011—10—11修回日期：2011—10—18第一作者简介：蔡双利(1987一)，男，硕士生研究方向：舰船动力装置总体设计系统分析E-mail：zipicai@163．tom118日亏；三三兰三三j；q蚓删目图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。轴承的支撑点、集中质量的中心以及不同直径的各轴段交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

5、则，将该轴系划分为12个质量单元、3个支撑单元和14个轴单元，见图2。措⋯叫掣吁磁图2横振模型简化示意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zi可由挠度Yi、转角皖、弯矩Mi、剪力Q。表示，即zi={Y臼MQ}?(1)2．1质量单元传递矩阵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ki已知，并在此支座上有集中质量mi，假定质量mi只产生横向简谐振动，并忽略此质量mi的转动惯量，则有MR=M；(2)Q?=Q?+p2miyi—kiyi(3)某电力推进轴系横向振动影响因素分析——蔡双利，曾凡明，唐成图3含集中质量的弹性支座式中：p——轴系横向振动角频率。进一步引

6、入挠度和转角的两个公式RLyi=yi酽=辞联合式(1)～(4)，就得到Y日Ml0O1010YpMQJiL—k。+mp200¨。【Q(4)(5)(6)此式中两个列向量分别为第i点，即质量他(或支座)左右两个相邻的状态向量。简写为Z?=T。Z?(7)在上式中，对于支座上无集中质量mi的，则取m。=0，对于集中质量mi或含集中质量的不同轴径交接点(无支承的分界点)，则取ki：0。2．2轴单元的传递矩阵轴系横向振动的主要变形形式是弯曲变形，在讨论轴的横向振动时，假设轴的各截面的中心主轴在同一平面内，如图4所示的xoy平面，且在此平面内做横向振动。在振动过程中仍采用材料力学中的平面假设，忽略剪切变

7、形的影响(即轴直径与轴长相比较小)，同时截面绕中性轴的转动远小于横向位移，也不予考虑，轴上各点的振动运动只需用轴线的横向位移来描述。图4轴单元分析以Y(戈，t)表示轴的横向位移，它是截面位置菇和时间t的二元函数。设P为轴单位体积质量；町i为横截面抗弯刚度；Ji为横截面对中心主轴的惯性矩；A为轴的横截面积，轴上作用着单位长度分布力F(戈，t)。对于无均布质量的等截面轴两端的状态参量有以下关系式Q?=Ql。，孵=M是，+QR-。(8)又