柴油机及推进轴系的振动课件

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1、第十二章柴油机及推进轴系的振动简谐振动的概念一1、自由振动机械振动：物体在一定位置附近所作的来回往复运动称为机械振动。简谐振动：最简单最基本的振动就是简谐振动。一切复杂的振动可看作是若干简谐振动的合成。周期T：每隔一固定时间，运动状态就重复一次，此固定时间为周期；频率f：单位时间内振动的次数。（根据定义，频率与周期成反比。）圆频率ω1：2π秒内振动的次数。ω1＝2πf＝2π/T。振幅A：振动时物体偏离平衡位置的最大值。一、概述振动的概念二振动过程：如图所示从振动的成因分析可知：物体的自由振动与其本身的回复力和物体所具有的惯性有关。自振频率ω1其他振动形式由于回复力和惯性的形式不同，尽管频率的表

2、达式可能不同，但它说明：振动系统的频率完全由该系统本身的各个参数决定，因此称它为固有频率。2、阻尼振动：在回复力和阻力作用下的振动。特点：振幅逐渐减小、振动频率变慢（周期延长）。某些情况为了减振、防振，需加大摩擦阻尼。简谐振动的概念三3、受迫振动与共振周期性外力的持续作用下发生的振动。振动引起振幅的大小，不仅与周期性外力的大小有关，而且和外力的频率和振动体的固有频率有关。当外力的频率与振动体固有频率接近或相等时，振动引起的振幅会急剧增大——共振。柴油机的振动，实际上就是受迫振动，因此应特别关注共振的问题！一）引起柴油机及轴系的振动力源1、往复惯性力和力矩；2、回转惯性力和力矩；3、气缸气体力和

3、力矩；4、螺旋桨因桨叶有限，造成轴向和周向的振动。二)振动的危害及平衡1、振动使磨损增加、噪音上升、管理人员的生活及工作条件恶化；2、影响机器和仪器的正常工作，若共振将引起柴油机装置的各种管子、附件等设备的损坏及柴油机装置本身的损坏，以致影响整个船舶的正常使用，并可能造成威胁船舶安全的后果。柴油机平衡：要使柴油机具有良好的动力性能，必须正确分析振动力源的特性，采取各种措施，减小、消除振动。对于往复惯性力源及回转惯性力源，一般采用平衡方法来消除或减小其影响，这种方法称为柴油机平衡。第一节活塞、连杆的运动及受力一、曲柄连杆机构的运动1、活塞位移x由几何关系可得：令曲柄半径与连杆长度为则有：称为

4、连杆比，是柴油机的基本结构参数。柴油机的约为1/5~1/3。根据三角函数关系有：所以——此乃活塞位移的精确公式。活塞的位移将依照二项式定理展开，可得：因为：取值为1/5-1/3。则以上数值很小省略。得：此乃活塞位移的近似公式（在工程上已足够精确）2、活塞的速度、加速度1）速度：将活塞的位移x对时间t微分，得活塞的速度v:2）加速度：结论：活塞速度的变化规律：上止点时v＝0中部v最大下止点v＝0中部最大上止点为0，活塞最大速度处于比中点略高一些位置，位置取决于。上、下止点附近因速度为零，无法建立液体动力润滑。活塞加速度的变化规律：在上、下止点达到最大值。在上止点方向朝下；下止点方向朝

5、上。三、曲柄连杆机构的作用力1、气体力Fg：大小：pg气缸中的压力，变化规律见p－V示功图方向：缸内四周，内部平衡。气体力产生的作用力在柴油机内部平衡，但产生的倾覆力矩MDg使柴油机摆动。三、曲柄连杆机构的作用力2、惯性力1）往复惯性力Fj：大小：方向：与加速度的方向相反，与气缸中心线平行。在上止点时向上，下止点时向下。作用点：简化为连杆小端轴承中心。该力使柴油机上下振动，并和气体力一起形成倾覆力矩。三、曲柄连杆机构的作用力2）离心惯性力FR：大小：方向：离心向外，随曲柄旋转。作用线：与曲柄中心线重合。3、倾覆力矩平衡倾覆力矩是输出扭矩的反作用力矩，不能平衡。由固定机座的螺栓来承受。4、连杆力

6、偶平衡通常，由于Mc较小，一般可忽略而不采取平衡措施。一、单缸机的平衡1、离心惯性力平衡在曲臂上安装平衡重，使平衡重在回转中产生的离心力与FR的大小相等而方向相反。2、往复惯性力的平衡将力简化成一对正反转离心力之和，再采用平衡离心力的方法平衡，此措施叫做“正反转平衡轮系法”，来平衡一次及二次往复惯性力。它们与柴油机曲轴有一定的正时关系：即当曲柄处于上止点位置时，平衡重垂直向下，当曲柄处于下止点时，平衡重应转至垂直向上位置。对于一次惯性力，是使两个质量m1以角速度ω作同步反向回转。对二次惯性力，是使两个质量m2以角速度2ω同步反向回转。二、多缸柴油机的振动与平衡在多缸柴油机中，由各单缸的平面力

7、系组成了一个空间力系。因此，除了合成的各种惯住力外，还会形成各种合成的惯性力矩。如三缸机受力情况：三缸机的离心力和往复惯性力多缸柴油机可能存在的振动力源（1）合成离心力，（2）合成离心力矩，（3）合成往复惯性力，（4）合成往复惯性力矩，（5）总倾覆力矩，（6）总连杆力偶等。多缸机的平衡1、离心力及离心力矩的平衡离心力：在单列多缸柴油机中，一般多采用均匀分布的曲柄排列方案，因此合成离心力都是自行平衡