船舶推进轴系校中优化.pdf

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1、第39卷第3期2010年6月船海丁程SHIP&OCEANENGINEERINGVoL39No．3JurL2010DOI：10．3963／j．issn．1671—7953．2010．03．013船舶推进轴系校中优化陆金铭h2，周海港2。顾卫俊3，马捷1(1．上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200030；2．江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江212003)3．江苏新世纪造船有限公司，江苏靖江214514)摘要：提出一种基于反力影响数矩阵的确定轴承位置及偏移量的优化逼近方法，先用有限元方法确定校中模型中曲轴的等效直径，再用反力综合影响系数矩阵来确定中间轴承最佳轴向位置，用优化方法

2、确定中间轴承及主轴承垂向偏移量，实船数据分析表明，该方法简便并且有效。关键词：轴系校中；轴承反力；反力影响数；有限元方法；优化中图分类号：U664．21文献标志码：A文章编号：1671—7953(2010)03—0051—04轴系校中一般通过调整轴系各轴承的高度使得各轴承的静负荷分配较为合理并且符合制造厂的要求，同时柴油机输出法兰的剪力，弯矩也要在柴油机制造厂许用范围内‘1

3、。校中轴系时，必须先确定轴承轴向位置及初始偏移量。许多船厂在实际安装时凭经验确定初始偏移。；。量【2u引。为此，提出一种基于反力z黑影响数矩阵的确定轴承位置及偏杂恕oo移量的优化逼近方法。瑟200暴：nn501曲轴模

4、型简化‘菇O在校中计算时，一般用等效圆轴代替曲轴。然而，至今仍没有合适的等效简化曲轴的方法，1、2为艉管轴承，轴承3为中间轴承，轴承4---11为主机轴承，计算中考虑全部主轴承。图1表明，等效直径取值对艉管轴承及中间轴承负荷影响不大，对主轴承负荷影响较大，这就是说，曲轴建模的不同，会对主轴承负荷的准确性产生重要影响。在某些情况下，简单地用直径等于曲轴轴颈的圆轴代替。但由于曲拐的存在，曲轴弯曲刚度会低于直径等于曲轴轴颈的圆轴，对于长曲轴，情况更严重。为了防止由于轴系校中偏差而引发的主轴承故障，有必要准确计算主轴承负荷。因此，必须确定与曲轴弯曲刚度相等的等效轴。图1为某散货船的主机曲轴等效直

5、径分别取40％(a)、50％(b)、60％(c)、80％(d)、90％(e)、100％(f)曲轴直径时，各轴承反力变化情况。轴承收稿日期：2009—04—30修回日期：2009-06—02作者简介：陆金铭(1967一)，男，博七，副教授。研究方向：船舶动力装置设计、性能仿真、故障诊断等。E-mail：ljm2801jm@163．corn图1曲轴等效直径对轴承反力影响确定等效直径的目的是为了保证轴承变位时各轴承负荷计算的准确性。为此，先建立有限元曲轴模型，见图2。a)曲轴有限元模型▲固定约束{垂直偏移约束l234567b)圆轴有限元模型图2有限元模型51第3期船海工程第39卷左端完全约束，

6、每一轴承支承点给强迫垂直位移。同时建立具有理想边界条件的圆轴有限元模型，逐渐减小圆轴轴径，直至计算结果与精细模型一致，此时的轴径即为等效直径。由图3可见，当光轴轴径为60％曲轴轴径时，两者反力较接近，即60％曲轴轴径可作为等效光轴轴径。用以上方法对不同曲轴进行分析，一般等效光轴轴径为50％～60％曲轴轴径。200150堇100R50淫。舞一50一100—150碡瓣t>、一．从．／Nr—13、j5．6龟＼／’k—一轴承号图3曲轴与不同直径光轴的反力比较2中间轴承轴向位置优化对于大型货船轴系(如图4)，通常设2个艉管轴承，1个中间轴承，主机安装成水平状态，各主轴承偏移量相同，纵向位置可调整的

7、一般只有中间轴承。中间轴承的纵向位置对主机后轴承的负荷变化影响较大，船舶投入运行后，最后主轴承迅速损坏的原因之一是中问轴承与最后主轴承靠得太近。中间轴承的位置通常由经验确定，没有严格科学的逼近方法。因此，应尽可能使中间轴承远离主机，减少中间轴承对后主轴承的影响；另一方面凶靠近艉轴承，中间轴自身的影响会增加，需要综合考虑确定。图4轴系校中模型中间轴承轴向位置变化时，中间轴承对各轴承的负荷会产生影响。图5为某大型散货船中间轴承(3号轴承)轴向位置对艉管轴承(1，2号轴承)影响情况。可见，中间轴承轴向位置对各轴承的影响程度是不同的，可用下列综合影响数S表示：式中：N-，Nz——所考虑的起始轴承

8、号，终止轴承．号；优——中阿轴承号；52●R妇——中间轴承m对i轴承影响数。●--≤：：：：⋯十⋯}⋯}-一一-●●-：：：：-●●●-●●蓦要---：：：：≮叶⋯卜¨}⋯●●_●●蕊：：：：装土。-●-／⋯■_j‘-LIma)负荷影响数1≤荔尊‘—’÷、k≮-●-⋯Z一}¨÷一{⋯■●-_．√j⋯j⋯÷⋯；⋯；⋯_-●“毒000--●f一00辜⋯0■-●_t．

9、mb)负荷影响数2图5中间轴承对其他轴承的影响数计算结果见图6，考虑2