船舶轴系扭振计算

船舶轴系扭振计算1已知条件轴系原始资料柴油机减振器发电机型号：型式和型号型式和型号冲程数：制造厂制造厂气缸数：主动轮惯量交/直流缸径：从动轮惯量额定功率行程：刚度（静/动）额定转速V型角阻尼因子（或损失系数）转子惯量发火顺序传动齿轮箱额定功率型式和型号水力测功器额定转速制造厂型式和型号最低稳定转速正车总速比制造厂平均有效压力正/倒车各级速比转动惯量（空气中）机械效率弹性联轴器（气胎离合器）往复部件重量型式和型号连杆长度制造厂阻尼因子额定扭矩螺旋桨主/从动轮惯量型式刚度（静/动）定/可调桨损失系数直径持续许用扭矩盘面比瞬时许用扭矩螺距比叶片数转动惯量（空气中）导流管型号许用最大扭角2当量系统2.1惯量计算（或给定）22刚度计算（或给定）2.3当量系统转化，即将系统转化成惯量一刚度系统，并给岀当量系统图以及相关参数（见表）当量系统参数质量序号质量名称转动惯量Kg.m2刚度N.m/rad轴最小外径Cm轴内径Cm传动比发火间隔角AB3固有频率计算（自由振动计算并画岀振型图）Holzer表质量号123456789Ik121心OkMl1—(7)k1272)X(3)Uk丄帜4人KM=(5)/(6)Wk©=(5)/(8)12n4共振转速计算扭振固有频率fHzN=9.55*3n=60fr/min2nN-固有频率(r/min)f-Hz对于每个振型固有频率的共振转速Nnc=—=9.5如/vr/minVV-简谐次数对四冲程柴油机v=0.5,1,1.5……二冲程：v=1,2,3……对螺旋桨：v=I*Zp,l=1,2,3……Zp-螺旋桨叶片数应计算的简谐次数范围：NN51,取a=51,在缺乏螺旋桨资料的情况下，取a=30丄AA丄10.0066(Ag42——)(——+)「sgAp八Ap2Zp丿轴系放大系数n2寸2隔ZIi«iQs_◎20.032送心十©—oti十)刀一表示除曲轴及弹性联轴器等弹性元件外的所有轴段弹性联轴器放大系数n2l22卿送Zqi#屮rkrS2Kr-弹性联轴器的刚度(N.m/rad)ar-弹性联轴器主、从动端间相对振幅差1r—损失系数减振器放大系数硅油减振器放大系数：n2Zii«iQd=__2Ad1dOtdId—减振器转动惯量Ad-减振器相对振幅卩d-阻尼因子，由厂家提供阻尼弹性减振器：2门22卿送IiOtiQd_2屮dkd（险d）Kd-减振器的刚度（N.m/rad）△ad-减振器主、从动端间相对振幅差1r—损失系数直流发电机放大系数n2国瓦|心Q——|22_Jg—2CgCtgc_'tTg—gngAg-发电机转子相对振幅Cg-阻尼系数Tg-发电机轴扭矩（N.m）Ng-发电机轴转速（r/min）Zg-系数，取124—135步骤4:求总的放大系数111111=++++QQeQpQsQrQd步骤5:计算第1质量的振幅A=QXA1st步骤6:轴段共振应力计算步骤7:共振力矩计算齿轮啮合力矩GMge=切2厲》IkGkk£G-主动齿轮质量号弹性联轴器振动扭矩vMr=国2几瓦IkOtkV-联轴器主动端质量号发电机转子处振动惯性力矩2Mgj=CCA1IgGg步骤8:非共振计算步骤9:扭振许用应力计算（按CCS96

规范

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）步骤10:作岀扭振应力或振幅一转速曲线能量法计算步骤：步骤1相对振幅矢量和的计算（如为一般轴系，可省略）步骤2激励力矩计算Mv（若为柴油机轴系，方法同动力放大系数法步骤1;若为一般轴系，则已知条件给定）步骤3:激励力矩功的计算步骤4:阻尼功的计算各部件的阻尼功柴油机阻尼功Z22Wce=Pe厕瓦IkOfkk丄减振器阻尼功硅油减振器：Wed=人血异|dad12阻尼减振器：W=d=—屮dkd(Aotd)22螺旋桨阻尼功Pp22Wcp=31408-^+2ne轴段阻尼功2W：s=0.032为kk,w(otk—otk+)弹性联轴器阻尼功1W=r=界kg)2水力测功器阻尼功Wc^=3140b-P3^nfawne发电机阻尼功Wcg购上&ng部件外阻尼功的计算:阻尼力矩Mc电阻尼系数ck=Mk时在一个循环内的阻尼功2W==W=oA1卩一阻尼因子单位振幅阻尼功W=。id步骤5:阻尼力矩功Wc的计算（为系统各部件总阻尼功之和）Wc二WeeWedWCpWCsWCr-……步骤6:求第1质量振幅A1A,=WtWc步骤7-11同动力放大系数法步骤6-10强迫振动计算结果表：节次谐次共振转速r/min相对振幅矢量禾口曲轴应力N/mm2中间轴应力N/mm2桨轴应力N/mm2联轴器振动扭矩N.m啮合处振动扭矩N.m6一缸不发火的扭振计算1)不发火气缸的平均指示压力近似为零，相应的气体简谐系数为bv;其他气缸的平均指示压力pimis为:Pimis=—ZpiN/mm2;式中：z-气缸数,pi按前面计算公式计算。Z-1相应的Cimis为：Cimi^avPimis-bv..Cimis为amis—缸不发火影响系数为：二CQa式中：Cv、Cvmis――分别为正常发火与一缸不发火时的简谐系数；xa、'•amis分别为正常发火与一缸不发火时的相对振幅矢量和，其中7amis按下式计算：—amis="kSin•i,k)2('ZkCOS'i,k)2.k4k4不发火缸■k二存，其他气缸为1；vmis4)一缸不发火的振幅、应力和扭矩:第1质量振幅为：几脳='A轴段应力为：-1misk,k~-k,k1齿轮啮合处振动扭矩为：TTgmisG弹性联轴器振动扭矩为：Trmis二订只7柴油机激励的不均匀柴油机各缸在允许误差范围内存在各缸负荷不均匀情况。因此，柴油机各缸的激励实际是不均匀的。柴油机激励的不均匀使轴系的扭振特性恶劣。轴系运行时，这种激励的不均匀一般是：柴油机型式不同，激励不均匀情况不同。二冲程柴油机各缸激励力矩之差一般为5%;四冲程柴油机各缸激励力矩之差一般为10%；在轴系的不同运行状态，柴油机激励不均匀对轴系扭振特性的影响不同。一般，一缸熄火时的轴系扭振特性受到的影响程度要比轴系正常运行时更大。复杂轴系考虑柴油机激励的不均匀时，如多机轴系除各缸激励不均匀外，同时，还应考虑各台柴油机激励的相位角对这种不均匀产生的影响。8衡准(摘自：中国船级社《钢质海船入级规范(2006)第3分册第12章第2节》)8.1简介轴系扭振计算衡准基本上按规范要求的

内容

财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容

。同时规范允许某些部件采用制造厂提供的

标准

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或国际船级社协会(IACS)统一要求作为衡准。8.2适用范围主柴油机推进系统，但对仅在港口航行的船舶且主推进柴油机额定功率小于110kW者除外；重要用途的额定功率等于或大于110kW的辅柴油机系统；涡轮机或电力推进系统。8.3扭振计算书扭振计算书应包括：机型、额定功率、额定转速、轴系布置图、轴材料的抗拉强度、系统的扭振当量参数及必要的说明、所要求的各节振动的霍尔茨表以及相应的相对振幅矢量和、主要谐次的振动响应计算及相应的许用值。832如果装置在使用中存在不同工况时，如带离合器、多机并车、轴带发电机等等，均需按不同工况分别进行扭振计算。833如果备用的螺旋桨与工作的螺旋桨结构尺寸有较大差别时，则还应对安装备用螺旋桨的系统进行扭振计算。对长期使用的特殊转速要求，如可调桨的运转转速范围，轴带发电机的运转转速范围等，也应加以说明。对可调桨轴系，应对螺距为零和最大时的扭振进行计算。对装有弹性联轴器或齿轮传动装置的轴系，应对1缸熄火和1缸故障（无压缩）情况进行扭振计算。一般应计算0.8nmin~1.2ne（nmin为最低稳定转速，r/min）范围内直到12次简谐的振动情况。对柴油机推进轴系，还应计算超过1.2ne的1节主简谐产生的非共振情况。8.4许用应力计算轴系扭振许用应力时，以轴的基本直径为基础，而不计应力集中的影响。即对曲轴以曲柄销直径为准，对中间轴以轴的最小直径为准，对螺旋桨轴以其后轴承到隔舱壁密封填料函之间的最小直径为准。主推进柴油机曲轴的扭振许用应力应不超过按下式计算所得之值：运转工况转速比范围扭振许用应力（N/mnl）持续运转0cr<1.0[非]=±(520.031d)(33.80.02d)r2]1.0cr<1.05[氐]=直(18.1-0.0113d)+(87.3—0.0524X^^1]瞬时运转0600N/mnh时，取600N/mm2;对中间轴采用合金钢时，如R>800N/mnn时，取800N/mrfi;对螺旋桨轴和尾轴，如Rn>600N/mrn时，取600N/mrfi;G—形状系数，见表；G—尺度系数：CD二0.350.93d亠2r=nc.ne—转速比，nc为共振转速，r/min；ne为额定转速，r/min形状系数CK表中河轴推力轴镰血集轴恋挝忖轴签体法兰合联轴器(Hft连接)柱连接｝径向礼庄推力坏两黯在轴向轴轴承用作雄力轴啟无證盘;合戏法兰逹接的螺旌桨轴旋桨轴适用于11,2,2.3规定的螺族桨轴长度以就的探族桨轴或尾骨轴到圧張临離塑部分的总锂1,0®1.0®0.66456500.30®6阴6850+5565568发电用柴油机及重要用途的辅柴油机曲轴与传动轴，以及恒速运转的推进柴油机曲轴，其扭振许用应力应不超过按下式计算所得之值：运转工况转速比范围扭振许用应力(N/mm)持续运转0.95兰r<1.10［仏］=±(21.59一0.0132d)瞬时运转0<；0.95［制=¥.5［仏］式中：d—轴段的基本直径(规范中规定计算振型扭振应力时，应以轴的最小直径为基础，轴系应力集中的影响可略而不计)；r=ncne—转速比，nc为共振转速，r/min；n°为额定转速，r/min对恒速运转的推进轴系，轴的扭振许用应力可适当提高，但应经CCSB准图3辅柴油机曲轴许用应力图4发电机许用振动扭矩图5齿轮的许用振动扭矩当和中轴材料抗拉强度大于430N/mnn时，则扭振许用应力可用下式计算：=；b184(N/mrfi)614发电机的附加要求在额定工况下，交流发电机转子处的合成振幅应不大于3.5°(电角)。施加在发电机转子处的振动惯性扭矩，在r=0.95〜1.10范围内应不超过土2M(Me――额定转速时的平均扭矩),在r<0.95范围内应不超过土6M。齿轮的许用扭矩：齿轮传动装置中的齿轮啮合处的振动扭矩，在r=0.9〜1.05范围内一般应不超过全负荷平均扭矩的1/3。如果轮齿齿面接触应力和齿根弯曲应力小于CCS“齿轮强度评定指南”规定的许用值时，则可以考虑采用较高的振动扭矩值。弹性联轴器的许用扭矩：弹性联轴器的弹性元件，在持续运转时的振动扭矩应不超过其许用交变扭矩值；瞬时运转时应不超过其瞬时运转的许用交变扭矩值。其他在柴油机常用转速范围内或特殊使用转速范围内，不应产生危险的共振转速。在r=0.85时，由共振上波坡产生的扭振应力应不超过持续运转许用应力]tc]o在r=0.85〜1.05范围内，由共振和重要的非共振产生的合成应力，应不超过规定的扭振许用应力的1.5倍。根据制造厂提供的经验数据或详细计算资料，经CCS审查同意，可采用制造厂提供的扭振许用应力(或扭矩)值。曲轴扭振许用应力也可按照国际船级社协会统一要求计算，但应按CCS《柴油机曲轴强度评定指南》提交计算书。9振动的转速禁区如果轴系振动的振幅或应力或扭矩超过本章规定的持续运转的许用值时，则在这个共振转速Nc附近应设"转速禁区"。在此禁区内，机器不应持续运转。应避开的转速范围如下：16匹〜（1818_r16如果振幅或应力或扭矩接近瞬时运转许用值时，则转速禁区应适当扩大；反之如稍超过持续运转许用值时，转速禁区可适当缩小。转速禁区也可由实测确定，即可取超过持续运转许用值的转速，并适当计入转速表的误差。因扭振而引起齿轮齿击，或弹性元件的振动扭矩大于持续运转的许用交变扭矩时，应设转速禁区。如设转速禁区，则转速表在转速禁区附近的读数误差应在土2%以内。所设转速禁区应在转速表上用红色标明，并应在操纵台前设告示牌。10振动测量10.1柴油机制造厂应在台架上对所设计的或有重大修改的柴油机进行扭振和纵振（如有要求时）测量，并校核其当量参数值。10.2CCS可根据所提供的振动计算方法、振幅或应力或扭矩大小等情况，决定是否需要用实测来验证。如提供类似装置的实测

报告

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并符合本章规定者，则可不必进行实船轴系振动测量。10.3振动测量所采用的仪器型式、测点位置和转速间隔，应能正确反映所测振动的特性。10.4一般当实测与计算的固有振动频率误差小于土5%时,可用实测振幅或应力（扭矩）按计算振型推算系统各处的振幅或应力（扭矩）。10.5扭振测量报告应包括试验转速下各测点的简谐次数、角振幅或应力、固有频率、各轴的扭振应力、各弹性联轴器和齿轮的振动扭矩（如适用时），并作岀应力/扭矩与转速曲线图，且加绘其允许值。10.6测量时，主机从最低稳定转速开始到额定转速为止，转速分档并转速稳定情况下进行测量。在共振转速附近，转速间隔应适当减少。