船舶推进轴系振动与校中关键技术.pdf

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1、第45卷第1期船海工程Vo1．45No．12016年2月SHIP&0CEANENGINEERINGFeb．2016DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2016．01．016船舶推进轴系振动与校中关键技术周瑞平，肖能齐，林唏晨(武汉理工大学能源与动力工程学院，武汉430063)摘要：针对齿轮啮合传动、万向联轴器传动等对推进轴系扭转振动的影响，建立复杂轴系耦合振动计算模型及混合动力系统轴系振动模型，提出推进轴系振动系统解决方案；通过大型船舶推进轴系弹性校中机理及计算方法的研究，得到船体变形、艉轴承支点位置及油膜

2、刚度等对轴系合理校中影响的变化规律，开发轴系振动与校中集成计算分析软件，有效地解决了轴系设计与安装中振动计算分析与校中问题。在理论研究的基础上，开展了推进轴系振动测试及校中检验等试验方法研究，开发了能满足轴系振动与校中等综合测试与监测的仪器。关键词：扭转振动；轴系校中；万向联轴器；齿轮箱；轴承油膜中图分类号：U664．21文献标志码：A文章编号：1671-7953(2016)01-0078-08船舶推进轴系的振动与不合理校中将对船舶代人到标准的多自由度扭转振动方程中，而将齿动力装置系统的性能和船舶航行安全带来严重危轮副的啮合刚度

3、视作准刚体处理，不考虑其时变害。目前船舶逐渐向大型化发展，船体刚性降低，性。但在实际运行过程中，齿轮副的啮合刚度虽推进轴系的刚性增加，导致船舶推进轴系的校中然很大，而并非刚性传动，在现有计算模型中将齿难度加大，传统的轴系校中方法难以满足合理校轮副刚度假定为无穷大进行振动计算与实际轴系中的要求。振动特性不相符。本文阐述了船舶轴系振动、轴系校中及计算为使推进轴系扭转振动理论计算与轴系实际分析软件和测试软件的开发等方面的关键技术，运转特性尽可能相符，提出基于齿轮系统的齿轮主要包括齿轮箱、万向联轴器等关键部件以及耦副啮合过程中时变啮合刚

4、度的船舶复杂推进系统合作用对轴系振动的影响，艉管轴承多点支撑、轴扭转振动数学模型。齿轮副时变啮合刚度采用有承油膜、船体变形等因素对轴系合理校中的影响，限元法计算，并借助直接计算法或经验公式法等以及开发具有精确度高、性能稳定和结构简单的获得啮合刚度的时变值，其建模复杂且计算量大。船舶推进轴系测试仪器技术等。为准确高效计算齿轮副啮合刚度的时变值，齿轮副在啮合过程中齿轮副的瞬时啮合刚度可以根据1船舶推进轴系振动研究齿轮副接触线长度的变化特点进行求解。1．1齿轮系统振动研究1．2万向联轴器的振动研究带有齿轮箱的船舶推进轴系在运行过程中，

5、在船舶推进轴系中，万向联轴器(见图1)用齿轮箱将在内部和外部二类动态激励作用下]于联接两轴，并保证两轴在轴线夹角发生变化时产生动态响应。仍可以可靠地传递转矩。具有传递扭矩大、效率目前在带有齿轮箱传动轴系的扭转振动计算高、寿命长和制造维修方便等特点。在传统的船过程中，通常将齿轮箱等效后的刚度和转动惯量舶推进轴系扭转振动理论分析中，往往将其简化为质量圆盘，但长期的工程实践表明，万向联轴器收稿日期：2015—11—19在运转过程中会产生二次激励，且具有主从传动修回日期：2015—12—20件之间不等速的特性。基金项目：国家自然科学基金

6、(51479154)；以单十字轴万向联轴器为研究对象，采用坐国家科技支撑计划(2014BAG04B02)标变换法对主动轴叉、十字轴和从动轴叉之间的第一作者简介：周瑞平(1964一)，男，博士，教授研究方向：船舶推进系统性能分析及振动噪声控制运动关系进行分析，如图2所示。利用第一类拉E-mail：rpzhouwhut@126．COrn格朗日方程推导出不考虑十字轴的万向联轴器的782第0161期年周瑞平，等：船舶推进轴系振动与校中关键技术船海工程第45卷考虑表1中四种工况下的载荷分布进行船体艉部通过对艉管后轴承多点支承特性的研究与分

7、变形计算分析；提取各工况下的各轴承支点处的析，在轴系合理校中基本模型的基础之上，采用改垂向绝对变形，即得到轴系中心线的垂向绝对变进三弯矩方程法，计算可得轴系后艉轴承各支撑形值。点截面处的转角、弯矩、剪力和轴承支反力等。据表2各工况下施加的载荷项此，所开发的通用性校中计算软件流程见图7。开始工况鐾货物充质量压小水、人员、备件等标识数据坐墩、／一一一一轴系各截面参数输入漂浮、／、／一一一压载、／、／一、／、／轴承、主机等参数输入满载、／、／、／一、／注：表中“、／”表示施加该载荷，“一”表示不施加该载荷。轴系合理校中计算时，以艉轴承

8、前／后轴承的轴优承化变位ll变轴位承输入IlI里堕要夏墅堕丽墨垫连线的延长线为理论中心线，轴系中各轴承垂线变位值是相对于理论中心线而言的，因此在进行轴系合理校中计算过程除了考虑垂向的绝对变形轴承支反力计算1二二=外，还需要考虑轴系中心线的相对变形。船舶在挠度、转