船舶軸系扭振計算

1、船舶軸系扭振計算1 已知條件軸系原始資料2 當(dāng)量系統(tǒng)2.1慣量計算（或給定） 2.2 剛度計算（或給定）2.3 當(dāng)量系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，即將系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成慣量剛度系統(tǒng)，并給出當(dāng)量系統(tǒng)圖以及相關(guān)參數(shù)（見表）當(dāng)量系統(tǒng)參數(shù)3 固有頻率計算（自由振動計算并畫出振型圖）Holzer表4 共振轉(zhuǎn)速計算5強(qiáng)迫振動計算(動力放大系數(shù)法的計算步驟) 步驟1：激勵計算步驟2：計算第1慣性圓盤的平衡振幅 步驟3：計算各部件的動力放大系數(shù)步驟4：求總的放大系數(shù)1Q=1Qe+1Qp+1Qs+1Qr+1Qd步驟5：計算第1質(zhì)量的振幅AQ×A1st步驟6：軸段共振應(yīng)力計算k,k+1=0A1步驟7：共振力矩計算 步驟8：非共振計

2、算A1=1-A1st2n1 +2 nQc2n nc2步驟9：扭振許用應(yīng)力計算（按CCS96規(guī)范） 步驟10：作出扭振應(yīng)力或振幅轉(zhuǎn)速曲線能量法計算步驟：步驟1 相對振幅矢量和的計算（如為一般軸系，可省略）步驟2 激勵力矩計算Mv（若為柴油機(jī)軸系，方法同動力放大系數(shù)法步驟1；若為一般軸系，則已知條件給定） 步驟3：激勵力矩功的計算 WT=MA1k 步驟4：阻尼功的計算 各部件的阻尼功部件外阻尼功的計算：步驟5：阻尼力矩功Wc的計算(為系統(tǒng)各部件總阻尼功之和)Wc=Wce+Wcd+Wcp+Wcs+Wcr+步驟6：求第1質(zhì)量振幅A1 A1=WTWc步驟711同動力放大系數(shù)法步驟610 強(qiáng)迫振動計算結(jié)果

3、表：6 一缸不發(fā)火的扭振計算1）不發(fā)火氣缸的平均指示壓力近似為零，相應(yīng)的氣體簡諧系數(shù)為bv；其他氣缸的平均指示壓力pimis為：pimis=zz-1pi N/mm2；式中：z-氣缸數(shù),pi按前面計算公式計算。2）相應(yīng)的Cimis為：Cimis=avpimis+bv3）一缸不發(fā)火影響系數(shù)為:=Cimis amis Ca式中：Cv、Cvmis分別為正常發(fā)火與一缸不發(fā)火時的簡諧系數(shù)； a、amis分別為正常發(fā)火與一缸不發(fā)火時的相對振幅矢量和，其中amis按下式計算： amis=zz(kaksink=1)+(kakcos1,kk=12) 1,k2不發(fā)火缸k=bCvmis，其他氣缸為1；4）一缸不發(fā)火的

4、振幅、應(yīng)力和扭矩：第1質(zhì)量振幅為： A1mis=A1軸段應(yīng)力為： 1misk,k+!=k,k+1齒輪嚙合處振動扭矩為：Tgmis=TG彈性聯(lián)軸器振動扭矩為：Trmis=TR7 柴油機(jī)激勵的不均勻柴油機(jī)各缸在允許誤差范圍內(nèi)存在各缸負(fù)荷不均勻情況。因此，柴油機(jī)各缸的激勵實際是不均勻的。柴油機(jī)激勵的不均勻使軸系的扭振特性惡劣。軸系運(yùn)行時，這種激勵的不均勻一般是：(1) 柴油機(jī)型式不同，激勵不均勻情況不同。二沖程柴油機(jī)各缸激勵力矩之差一般為5%；四沖程柴油機(jī)各缸激勵力矩之差一般為10%；(2) 在軸系的不同運(yùn)行狀態(tài)，柴油機(jī)激勵不均勻?qū)S系扭振特性的影響不同。一般，一缸熄火時的軸系扭振特性受到的影響程度

5、要比軸系正常運(yùn)行時更大。(3) 復(fù)雜軸系考慮柴油機(jī)激勵的不均勻時，如多機(jī)軸系除各缸激勵不均勻外，同時，還應(yīng)考慮各臺柴油機(jī)激勵的相位角對這種不均勻產(chǎn)生的影響。8 衡準(zhǔn)(摘自：中國船級社鋼質(zhì)海船入級規(guī)范（2006）第3分冊第12章第2節(jié))8.1簡介軸系扭振計算衡準(zhǔn)基本上按規(guī)范要求的內(nèi)容。同時規(guī)范允許某些部件采用制造廠提供的標(biāo)準(zhǔn)或國際船級社協(xié)會(IACS)統(tǒng)一要求作為衡準(zhǔn)。8.2 適用范圍(1)主柴油機(jī)推進(jìn)系統(tǒng),但對僅在港口航行的船舶且主推進(jìn)柴油機(jī)額定功率小于110kW者除外;(2)重要用途的額定功率等于或大于110kW的輔柴油機(jī)系統(tǒng);(3)渦輪機(jī)或電力推進(jìn)系統(tǒng)。8.3 扭振計算書8.3.1扭振計算

6、書應(yīng)包括:機(jī)型、額定功率、額定轉(zhuǎn)速、軸系布置圖、軸材料的抗拉強(qiáng)度、系統(tǒng)的扭振當(dāng)量參數(shù)及必要的說明、 6所要求的各節(jié)振動的霍爾茨表以及相應(yīng)的相對振幅矢量和、主要諧次的振動響應(yīng)計算及相應(yīng)的許用值。8.3.2 如果裝置在使用中存在不同工況時,如帶離合器、多機(jī)并車、軸帶發(fā)電機(jī)等等,均需按不同工況分別進(jìn)行扭振計算。8.3.3如果備用的螺旋槳與工作的螺旋槳結(jié)構(gòu)尺寸有較大差別時,則還應(yīng)對安裝備用螺旋槳的系統(tǒng)進(jìn)行扭振計算。8.3.4 對長期使用的特殊轉(zhuǎn)速要求,如可調(diào)槳的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍,軸帶發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速范圍等,也應(yīng)加以說明。8.3.5 對可調(diào)槳軸系,應(yīng)對螺距為零和最大時的扭振進(jìn)行計算。8.3.6 對裝有彈性聯(lián)

7、軸器或齒輪傳動裝置的軸系,應(yīng)對1缸熄火和1缸故障(無壓縮)情況進(jìn)行扭振計算。8.3.7 一般應(yīng)計算0.8nmin1.2ne (nmin為最低穩(wěn)定轉(zhuǎn)速,r/min)范圍內(nèi)直到12次簡諧的振動情況。對柴油機(jī)推進(jìn)軸系,還應(yīng)計算超過1.2ne的1節(jié)主簡諧產(chǎn)生的非共振情況。8.4 許用應(yīng)力8.4.1計算軸系扭振許用應(yīng)力時,以軸的基本直徑為基礎(chǔ),而不計應(yīng)力集中的影響。即對曲軸以曲柄銷直徑為準(zhǔn),對中間軸以軸的最小直徑為準(zhǔn),對螺旋槳軸以其后軸承到隔艙壁密封填料函之間的最小直徑為準(zhǔn)。8.4.2 主推進(jìn)柴油機(jī)曲軸的扭振許用應(yīng)力應(yīng)不超過按下式計算所得之值:式中：CW材料系數(shù)：CW=(Rm+160)/18Rm軸材料的

8、抗拉強(qiáng)度，對中間軸采用碳鋼和錳鋼時，如Rm>600N/mm時，取600 N/mm；對中間軸采用合金鋼時，如Rm>800N/mm2時，取800 N/mm2；對螺旋槳軸和尾軸，如Rm>600N/mm2時，取600 N/mm2； CK形狀系數(shù)，見表；CD尺度系數(shù)：CD=0.35+0.93d-0.222r=ncne轉(zhuǎn)速比，nc為共振轉(zhuǎn)速，r/min；ne為額定轉(zhuǎn)速，r/min形狀系數(shù)CK 表8.4.4發(fā)電用柴油機(jī)及重要用途的輔柴油機(jī)曲軸與傳動軸,以及恒速運(yùn)轉(zhuǎn)的推進(jìn)柴油機(jī)曲軸,其扭振許用應(yīng)力應(yīng)不超過按下式計算所得之值：式中：d軸段的基本直徑（規(guī)范中規(guī)定計算振型扭振應(yīng)力時，應(yīng)以軸的最小直

9、徑為基礎(chǔ)，軸系應(yīng)力集中的影響可略而不計）；ee在r <0.95范圍內(nèi)應(yīng)不超過±6Me。8.4.7 齒輪的許用扭矩:齒輪傳動裝置中的齒輪嚙合處的振動扭矩,在r =0.91.05范圍內(nèi)一般應(yīng)不超過全負(fù)荷平均扭矩的1/3。如果輪齒齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力小于CCS“齒輪強(qiáng)度評定指南”規(guī)定的許用值時,則可以考慮采用較高的振動扭矩值。8.4.7彈性聯(lián)軸器的許用扭矩:彈性聯(lián)軸器的彈性元件,在持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時的振動扭矩應(yīng)不超過其許用交變扭矩值;瞬時運(yùn)轉(zhuǎn)時應(yīng)不超過其瞬時運(yùn)轉(zhuǎn)的許用交變扭矩值。8.4.8 其他(1)(2)(3)(4)(5) 在柴油機(jī)常用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)或特殊使用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),不應(yīng)產(chǎn)生危險的共

10、振轉(zhuǎn)速。 在r = 0.85時,由共振上波坡產(chǎn)生的扭振應(yīng)力應(yīng)不超過持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)許用應(yīng)力c。 在r = 0.851.05范圍內(nèi),由共振和重要的非共振產(chǎn)生的合成應(yīng)力,應(yīng)不超過規(guī)定的扭振許用應(yīng)力的1.5倍。 根據(jù)制造廠提供的經(jīng)驗數(shù)據(jù)或詳細(xì)計算資料,經(jīng)CCS審查同意,可采用制造廠提供的扭振許用應(yīng)力(或扭矩)值。 曲軸扭振許用應(yīng)力也可按照國際船級社協(xié)會統(tǒng)一要求計算,但應(yīng)按CCS柴油機(jī)曲軸強(qiáng)度評定指南提交計算書。 9 振動的轉(zhuǎn)速禁區(qū)9.1 如果軸系振動的振幅或應(yīng)力或扭矩超過本章規(guī)定的持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的許用值時,則在這個共振轉(zhuǎn)速Nc附近應(yīng)設(shè)"轉(zhuǎn)速禁區(qū)"。在此禁區(qū)內(nèi),機(jī)器不應(yīng)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。9.2 應(yīng)避開的

11、轉(zhuǎn)速范圍如下:16nc18-r(18-r)nc169.3 如果振幅或應(yīng)力或扭矩接近瞬時運(yùn)轉(zhuǎn)許用值時,則轉(zhuǎn)速禁區(qū)應(yīng)適當(dāng)擴(kuò)大;反之如稍超過持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)許用值時,轉(zhuǎn)速禁區(qū)可適當(dāng)縮小。9.4 轉(zhuǎn)速禁區(qū)也可由實測確定，即可取超過持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)許用值的轉(zhuǎn)速,并適當(dāng)計入轉(zhuǎn)速表的誤差。9.5 因扭振而引起齒輪齒擊，或彈性元件的振動扭矩大于持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的許用交變扭矩時，應(yīng)設(shè)轉(zhuǎn)速禁區(qū)。9.6 如設(shè)轉(zhuǎn)速禁區(qū),則轉(zhuǎn)速表在轉(zhuǎn)速禁區(qū)附近的讀數(shù)誤差應(yīng)在±2%以內(nèi)。9.7 所設(shè)轉(zhuǎn)速禁區(qū)應(yīng)在轉(zhuǎn)速表上用紅色標(biāo)明,并應(yīng)在操縱臺前設(shè)告示牌。10 振動測量10.1 柴油機(jī)制造廠應(yīng)在臺架上對所設(shè)計的或有重大修改的柴油機(jī)進(jìn)行扭振和縱振(如有要求時)測量,并校核其當(dāng)量參數(shù)值。10.2 CCS可根據(jù)所提供的振動計算方法、振幅或應(yīng)力或扭矩大小等情況,決定是否需要用實測來驗證。如提供類似裝置的實測報告并符合本章規(guī)定者,則可不必進(jìn)行實船軸系振動測量。10.3 振動測量所采用的儀器型式、測點(diǎn)位置和轉(zhuǎn)速間隔,應(yīng)能正確反映所測振動的特性。10.4 一般當(dāng)實測與計算的固有振動頻率誤差小于±5%時,可用實測振幅或應(yīng)