某電力推進(jìn)軸系橫向振動(dòng)影響因素分析.pdf

《某電力推進(jìn)軸系橫向振動(dòng)影響因素分析.pdf》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

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某電力推進(jìn)軸系橫向振動(dòng)影響因素分析蔡雙利1，曾凡明1。唐成2(1．海軍工程大學(xué)船舶與動(dòng)力學(xué)院，武漢430033；2．92896部隊(duì)，遼寧大連116000)摘要：通過(guò)數(shù)值分析的方法研究動(dòng)態(tài)因素對(duì)某電力推進(jìn)軸系橫向振動(dòng)的影響，介紹運(yùn)用傳遞矩陣法對(duì)船舶軸系進(jìn)行橫向振動(dòng)分析的基本原理，結(jié)合某電力推進(jìn)軸系實(shí)際情況，建立軸系計(jì)算模型，用Matlab編寫(xiě)了基于傳遞矩陣法的計(jì)算程序，對(duì)影響軸系橫向振動(dòng)的軸承剛度、

2、艉軸后軸承支撐位置以及陀螺力矩三個(gè)因素進(jìn)行計(jì)算分析，得到這些因素在不同條件下對(duì)軸系臨界轉(zhuǎn)速的影響。關(guān)鍵詞：傳遞矩陣法；軸系；橫向振動(dòng)；臨界轉(zhuǎn)速中圖分類(lèi)號(hào)：U664．21文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671-7953(2013)01-0118-04船舶軸系橫向振動(dòng)是由于軸系旋轉(zhuǎn)部件的質(zhì)量(主要為螺旋槳質(zhì)量)的不平衡及在船艉不均勻的伴流場(chǎng)中，作用在槳葉片上的流體力產(chǎn)生彎曲力矩，使得軸在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生周期性的彎曲變形現(xiàn)象11J。船舶軸系工作環(huán)境復(fù)雜，影響軸系振動(dòng)的因素較多，包括螺旋槳的附連水質(zhì)量、艉軸承的支撐位置、軸承的油膜效應(yīng)、軸承剛度，螺旋槳產(chǎn)生的陀螺力矩等都是影響軸系振動(dòng)的重要因素心J。除此

3、之外，校中質(zhì)量對(duì)軸系的振動(dòng)也有很大影響舊圳。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，要對(duì)這些因素進(jìn)行精確分析較為困難，因此建立接近實(shí)際的數(shù)學(xué)模型，得到可靠的分析數(shù)據(jù)對(duì)于軸系的研究有重要的意義。本文采用傳遞矩陣法對(duì)某船推進(jìn)軸系實(shí)際影響其橫振特性的一些因素進(jìn)行分析。傳遞矩陣法具有無(wú)需系統(tǒng)總體動(dòng)力學(xué)方程、程式化程度高、系統(tǒng)矩陣階次低和效率高等優(yōu)點(diǎn)‘5o，在軸系橫向彎曲振動(dòng)中得到廣泛運(yùn)用∽J。對(duì)于傳遞矩陣的求解本文采用了Myklested—Prohl法和Ric-cati法相結(jié)合的方法，既獲得了數(shù)值的穩(wěn)定性和精確性，又避免了漏根¨1。1物理模型簡(jiǎn)化圖1所示為某電力推進(jìn)軸系，包括有艉軸后軸承、艉軸前軸承以及推力軸承等。為

4、簡(jiǎn)化橫振收稿日期：2011—10—11修回日期：2011—10—18第一作者簡(jiǎn)介：蔡雙利(1987一)，男，碩士生研究方向：艦船動(dòng)力裝置總體設(shè)計(jì)系統(tǒng)分析E-mail：zipicai@163．tom118日虧；三三蘭三三j；q蚓刪目圖1軸系示意計(jì)算模型，將軸系視為在以軸承支撐點(diǎn)的多跨距梁上帶有若干集中質(zhì)量的橫向振動(dòng)系統(tǒng)，把聯(lián)軸節(jié)、螺旋槳及推力盤(pán)等視為集中質(zhì)量。軸承的支撐點(diǎn)、集中質(zhì)量的中心以及不同直徑的各軸段交換處均作為軸段的分界點(diǎn)，分界點(diǎn)之間的軸段看作離散的無(wú)質(zhì)量的梁，為了提高精度，在等直徑軸處適當(dāng)增加了若干集中質(zhì)量，按重心不變?cè)瓌t集中到重心處，當(dāng)作集中質(zhì)量(即分界點(diǎn))處理。根據(jù)以上所述原

5、則，將該軸系劃分為12個(gè)質(zhì)量單元、3個(gè)支撐單元和14個(gè)軸單元，見(jiàn)圖2。措?叫掣吁磁圖2橫振模型簡(jiǎn)化示意2數(shù)學(xué)模型對(duì)于以上所建立的物理模型，各截面的狀態(tài)矢量zi可由撓度Yi、轉(zhuǎn)角皖、彎矩Mi、剪力Q。表示，即zi={Y臼MQ}?(1)2．1質(zhì)量單元傳遞矩陣考慮集中質(zhì)量的彈性支座的情況，見(jiàn)圖3。假設(shè)彈性支座的彈性系數(shù)ki已知，并在此支座上有集中質(zhì)量mi，假定質(zhì)量mi只產(chǎn)生橫向簡(jiǎn)諧振動(dòng)，并忽略此質(zhì)量mi的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，則有MR=M；(2)Q?=Q?+p2miyi—kiyi(3)某電力推進(jìn)軸系橫向振動(dòng)影響因素分析——蔡雙利，曾凡明，唐成圖3含集中質(zhì)量的彈性支座式中：p——軸系橫向振動(dòng)角頻率。進(jìn)一步引

6、入撓度和轉(zhuǎn)角的兩個(gè)公式RLyi=yi釅=辭聯(lián)合式(1)～(4)，就得到Y(jié)日Ml0O1010YpMQJiL—k。+mp200¨?！綫(4)(5)(6)此式中兩個(gè)列向量分別為第i點(diǎn)，即質(zhì)量他(或支座)左右兩個(gè)相鄰的狀態(tài)向量。簡(jiǎn)寫(xiě)為Z?=T。Z?(7)在上式中，對(duì)于支座上無(wú)集中質(zhì)量mi的，則取m。=0，對(duì)于集中質(zhì)量mi或含集中質(zhì)量的不同軸徑交接點(diǎn)(無(wú)支承的分界點(diǎn))，則取ki：0。2．2軸單元的傳遞矩陣軸系橫向振動(dòng)的主要變形形式是彎曲變形，在討論軸的橫向振動(dòng)時(shí)，假設(shè)軸的各截面的中心主軸在同一平面內(nèi)，如圖4所示的xoy平面，且在此平面內(nèi)做橫向振動(dòng)。在振動(dòng)過(guò)程中仍采用材料力學(xué)中的平面假設(shè)，忽略剪切變

7、形的影響(即軸直徑與軸長(zhǎng)相比較小)，同時(shí)截面繞中性軸的轉(zhuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)小于橫向位移，也不予考慮，軸上各點(diǎn)的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)只需用軸線的橫向位移來(lái)描述。圖4軸單元分析以Y(戈，t)表示軸的橫向位移，它是截面位置菇和時(shí)間t的二元函數(shù)。設(shè)P為軸單位體積質(zhì)量；町i為橫截面抗彎剛度；Ji為橫截面對(duì)中心主軸的慣性矩；A為軸的橫截面積，軸上作用著單位長(zhǎng)度分布力F(戈，t)。對(duì)于無(wú)均布質(zhì)量的等截面軸兩端的狀態(tài)參量有以下關(guān)系式Q?=Ql。，孵=M是，+QR-。(8)又