艉轴承等效支点位置对轴系回旋振动的影响.pdf

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1、第4l卷第6期2012年12月船海工程SHIP＆0CEANENGINEERINGV01．41No．6Dec．2012DOI：10．3963／j．issn．1671-7953．2012．06．014艉轴承等效支点位置对轴系回旋振动的影响张晓东(海军工程大学科研部，武汉4300333)摘要：在轴系回旋振动研究中，将艉轴承支承分为单点支承、多点支承、分布支承及接触支承四种方式，应用有限元方法，针对不同支承分别建立相应的轴系回旋振动模型，求得艉轴承不同支承方式的支反力以及等效支点位置，并进行相应的回旋振动模态分析。计算结果表明，不同支承方式的等效支点位置对轴系回旋振动固有频率有一定影响。关键词：推进

2、轴系；回旋振动；等效支承；艉轴承中图分类号：U664．2文献标志码：A文章编号：1671-7953(2012)06-0046-04伴随着船舶大型化及推进功率的不断提高，推进系统倾向布置多轴系，增大舷外托架支承和艉管轴承间距等方式，结果使得轴系，尤其是高速船舶轴系的回旋振动固有频率降低，导致作用在螺旋桨上流体的频率有可能接近其回旋振动的固有频率，产生共振。因此探讨艉轴不同支承方式及其等效支点位置对轴系回旋振动的影响，对于优化轴系设计，防止推进轴系共振具有理论意义和工程应用价值¨o。轴系回旋振动是由于轴系转动部件的不平衡以及螺旋桨在不均匀流场中所产生的交变弯矩引起的周期性弯曲现象。对于民用商船，

3、螺旋桨转速通常较低(100～200r／min)，而回旋振动的一阶固有频率较高(500～600r／min以上)，在工作范围内一般不会出现共振问题，但对于舰艇推进轴系(尤其是高速船舶轴系)，则有可能发生陋]。轴系回旋振动与艉轴承支点位置有关，各国船级社一般都足按照经验值加以确定∞J。实践表明，在轴系校中和回旋振动计算时，同种材料的轴系支点位置的变化范围常不一致，为此，ABS制定了艉轴承单点和双点支承规范，推荐采用两点支承，但两点的计算结果必须符合单点支承计算结果。41。文献[5]运用传递矩阵研究船舶艉轴承刚性多支承问题对各轴承支反力分布的影响。文收稿日期：2012—08—23修回日期：2012—

4、09—04第一作者简介：张晓东(1969一)，男，博士，副教授研究方向：船舶动力装置E—mail：zxd2013@rip．sina．corn献[6]应用有限元方法对比研究了艉轴承单点和双点支承下轴系的振动特性，得到两点支承有更高的回旋振动固有频率。目前，在分析回旋振动特性时，很少考虑艉轴承支点位置变动对各轴承受力状况及轴系回旋振动的影响，没有提出合适的轴承等效支点位置的确定方法。本文以高速客船推进轴系为研究对象，将艉轴承支承分为单点支承、多点支承、分布支承及接触支承等四种方式，应用有限元方法，分别对轴系进行回旋振动建模，求取不同支承方式的轴承支反力、等效支点位置，以及回旋振动模态，探索支点位

5、置对回旋振动的影响。1高速客船推进轴系组成高速客船轴系主要由螺旋桨、艉轴、后艉轴承、中间艉轴承、前艉轴承和推力轴承等组成。后艉轴承、中间艉轴承为托架安装方式；推力轴承安装在主机内，没有推力轴。从螺旋桨艉端至曲轴倒数第一个主轴承，全长共8．1469in，见图1所示。后艉轴承、中间艉轴承、前艉轴承采用橡胶材料，结构尺寸见图2。轴承及轴颈材料属性见表1。该高速船推进轴系的相关数据如下。主机型号：CUMMINSKAT50一M2主机额定功率：1398kW主机额定转速：1950r／min螺旋桨桨叶数：5螺旋桨额定转速：642r／min螺旋桨直径D：1．3m艉轴轴径：140mm艉轴承等效支点位置对轴系回旋

6、振动的影响——张晓东l·螺旋桨；2-后艉托架轴承；3．艉轴；4一前艉托架轴承：5．艉轴管轴承；6一推力轴承；7一曲轴图1高速船舶轴系示意(单位：m)图2后艉托架轴实际尺寸表1轴承及轴颈材料属性艉轴承材料：橡胶轴承艉轴承长径比：4：1螺旋桨空气中质量m’：349．0kg螺旋桨附水质量m：410．5kg螺旋桨极转动惯量(附水)：33．8kg·m2螺旋桨径向转动惯量(附水)：20．8kg·m2螺旋桨附连水质量系数为1．18，极转动惯量附连水系数为1．30，径向转动惯量附连水系数为1．60。2艉轴承支承方式在计算回旋振动时，应考虑轴承支点方式的影响，如单点支承、两点支承、分布支承、接触支承。一般常用

7、单点支承。1)单点支承。按有关规定，轴系回旋振动计算时，橡胶轴承的支点位置离该轴承后端面为(1／3～1／2)L。，式中：k为后艉轴承轴衬长度。这种单点支承位置的选取是一般凭经验，但争议颇多。2)两点支承。目前，美国ABS船级社给出了关于两点刚性支承的校中准则，主要是作为单点校中的补充。在两点支承模型中，后艉轴承的两个支点分别选在离艉轴承内衬两端0．2L。处，而与两点支承有关的刚度，即后艉轴承刚度则沿着y、z方