轴系校中状态对艉轴承力传递特性影响

船舶轴系的弯曲振动通过艉轴承传递到船体引发船体艉部振动并产生噪声,是影响船舶舒适性和安全性的主要因素之一。船舶轴系由于较大的自重和出于对轴承保护的原因必须进行轴系校中,校中过程中轴承垂向位置的变化将会改变各轴承所受载荷,继而改变轴承刚度,影响轴系振动特性及轴承处的力传递特性。为此,利用传递矩阵法建立轴系校中和弯曲振动模型,对一轴系实例分别进行直线校中和以艉轴后轴承静载最小为目标的优化校中,求得两种不同校中状态下各轴承处受力响应,研究发现两种校中方式低频段相差微小,在高频段有明显区别。     

推进轴系橡胶艉轴承刚度等效研究

研究推进轴系橡胶艉轴承刚度等效方法,给出重力作用下的轴系艉轴承的等效支承位置及刚度。建立转轴-轴承非线性接触有限元模型,获得轴承表面压力和位移分布,然后采用单点、多点支承模型进行刚度等效。结果表明,单点支承等效可以较为准确地描述转轴位移,但转角不够准确;5点支承等效较单点支承等效具有更高的精度,可以较为准确地描述轴系变形,而且动刚度等效也能较准确地描述频响特性(微幅振动条件下),尤其对于低频区域(小于60 Hz),与转轴-轴承接触模型的计算结果几乎一致。     

轴承不对中与轴承摩擦激励耦合作用下轴系的振动特性分析

以船舶推进轴系为例,受低速、重载工作状态的影响,水润滑橡胶轴承可能处于边界或者混合润滑状态,相对较大的轴承摩擦激励力会对轴系的振动特性产生影响,甚至可能诱导异常振动和噪声.轴承基础沉降等因素会引起轴承标高变化,也会影响水润滑橡胶轴承支承界面摩擦激励力的分布,进而对推进轴系的横向、扭转振动特性产生影响.为了模拟边界或者混...     

含非线性部件的船舶推进轴系自由振动解析

通过分析含非线性元件的扭转振动数学模型特点,建立单一质量点的非线性扭转振动方程,从而推导得到多自由度系统非线性扭转振动通用方程。研究谐波平衡法以及摄动法在求解非线性系统的优缺点,提出采用摄动-谐波法求解多自由度系统非线性振动方程,推导得到自由振动通用计算公式,为求解非线性多自由度系统自由振动提供了一定的理论指导和参考。     

艉机舱推进轴系单艉管轴承布置方案初探

艉机舱船的轴系布置有多种型式：两个艉管轴承和一个中间轴承（O型）,去掉一个艉管轴承而中间轴承保持在原位（A型）,去掉一个艉管轴承而中间轴承后移（B型）等。校中计算表明,B型轴系具有轴承负荷影响系数小、对施工误差与船体变形不敏感等优点。此外,对于B型轴系,如果艉管前密封采用偏心设计或偏心安装的唇式密封、或者采用端面密封,艉管后轴承的斜镗孔也是可以避免的。     

轴承支撑特性对轴系稳定性影响

对滑动轴承型式试验台转子-轴承系统进行建模仿真计算,改变所采用的滑动轴承型式,研究主要常用滑动轴承对转子―轴承系统稳定性的影响。针对同一种轴承形式,研究不同轴承参数下转子-轴承系统的对数衰减率,以此为判据分析轴系稳定性,通过对比分析,给出主要轴承参数对轴系稳定性的随主要轴承参数的变化规律。     

挠曲轴系横向振动计算及分析

根据某近海拖轮的推进系统,将其轴系进行分析和简化,利用有限元软件ANSYS分别建立正常轴系和挠曲轴系横向振动的计算模型,对轴系的固有频率变化进行分析。通过数值模拟,研究轴系发生弯曲的情况下,轴系的弯曲变形对固有频率的影响。发现挠曲轴系固有频率的大小比正常轴系的固有频率要小,而且随着振动阶数的上升而明显减小。对于其他边界条件的轴来说,也具有相同的性质。这对船舶设计以及航行的安全性具有一定的指导意义。     

摩擦激励下螺旋桨推进轴系自激振动特性分析

水润滑轴承摩擦诱导的螺旋桨推进轴系振动是造成舰艇艉部高频振动噪声的重要诱因。针对摩擦诱导的螺旋桨推进轴系非线性自激振动特性进行研究。基于拉格朗日方程和模态叠加方法建立摩擦激励下螺旋桨推进轴系的非线性动力学方程,轴承—轴颈的动摩擦特性采用速度依赖型的Stribeck摩擦模型进行描述,同时考虑非线性摩擦、扭转振动和横向振动的耦合作用。运用Newmark-β和Newton-Raphson迭代相结合的方法求解系统非线性动力学响应。分析结果表明,在摩擦激励自激振动作用下系统动力学特性均被激发,系统的弯扭耦合振动特性易诱发螺旋桨推进轴系产生摩擦自激振动现象。     

摩擦力作用下推进轴系弯—扭耦合振动特性分析

推进轴系的艉轴承负荷受螺旋桨、轴系对中等因素影响,不合理设计或安装可能导致轴承润滑不良,使轴颈与橡胶轴承间容易存在“粘着—滑动”状态,进而导致轴系的弯曲、扭转振动异常。通过简化的推进轴系模型,从机理上分析轴系在艉部橡胶轴承摩擦力作用下的弯-扭耦合振动特性及其主要影响因素,为识别轴系异常振动和噪声提供参考。     

船体振动的轴系周期性故障特征信息识取方法

针对船舶推进轴系早期碰摩故障冲击信号周期性强且易被强烈的背景噪声所淹没的问题,提出了基于船体尾部结构振动的轴系周期性故障特征信息识取方法,简称EEAF（EEMD + Autocorrelation Analysis + FFT）。首先,对采集的复杂船体尾部结构振动信号进行集合经验模态分解（Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD）,得到一系列固有模式分量（IMF）;再以自相关函数的性质为准则,筛选出存在周期成分的IMF分量;最后对相应分解层进行快速傅里叶变换,频谱分析识取表征轴系早期碰摩故障的特征量。通过轴系故障的仿真和实船试验研究,验证了该方法的有效性和可行性。     

螺旋桨推进轴系摩擦自激扭转振动研究

螺旋桨推进轴系中,转子扭转振动和轴颈-轴承非线性摩擦的耦合可诱发自激振动。为研究轴系摩擦自激扭振的形成机制和基本规律,采用速度依赖型的Stribeck摩擦模型描述轴承-轴颈的动摩擦特性,通过拉格朗日方程和主振型叠加法建立了推进轴系摩擦自激扭振的非线性动力学模型。其后利用多尺度法分析了自激扭振发生的临界参数条件和基本规律,运用数值积分方法进行了动力学响应计算,并研究了主要物理参数对轴系摩擦自激扭振产生条件的影响。研究方法和结果可为推进轴系系统设计提供必要的理论参考。     

考虑转速的舰船推进轴系抗冲击计算和分析

舰船推进轴系的抗冲击性能是舰船生命力的主要影响因素之一。为了分析推进轴系在转动状态下的抗冲击性能,将其视为一个低速的转子系统,采用有限元法建立推进轴系受横向冲击载荷的计算模型,并用Newmark法对模型进行数值求解。通过实例仿真计算,研究推进轴系冲击响应特征及转速的影响。计算结果表明,转轴的回转效应使其在垂直和水平方向的弯曲振动相互耦合,其影响等效为阻尼效应,与静态轴系冲击响应相比,当系统阻尼较小时,转速对大转动惯量部件附近位置的响应影响较大,不可忽略;但当系统阻尼较大时,转速的影响较小。轴系的最大冲击位移出现在距离较远的相邻两轴承间的轴中部;轴的弯曲变形能有效地吸收冲击能量,故螺旋桨的冲击加速度响应不大。     

螺旋桨-轴系-艇体耦合系统振动控制分析与试验

针对螺旋桨非定常激励力经由推进轴系激励艇体结构从而诱发辐射噪声问题,提出一种轴系纵向振动主动控制方法,将纵振控制器对称安装于推力轴承座上,通过反馈控制抑制轴承座振动。对螺旋桨-轴系-艇体耦合系统进行振动建模、控制和声辐射仿真分析,结果表明由纵向激励引起的艇体振动和辐射噪声能够得到抑制。为验证纵振控制器效果,在推进轴系试验台上进行试验验证,结果表明主动控制能够有效抑制推力轴承基座的纵向振动。     

法兰盘式推力轴承推进轴系振动传递特性分析研究

针对目前舰船上大多采用的米契尔式推力轴承所带来的振动问题,提出采用新型法兰盘式推力轴承的思路;对两型推力轴承推进轴系的振动传递特性进行对比分析;结果显示：两型推力轴承推进轴系的纵向振动特性相似,但法兰盘式推力轴承能有效衰减推力轴承基座振动向船体的传递,具有较好的减振降噪效果。     

轴承刚度对船舶推进轴系振动传递路径影响分析

采用传递矩阵法,将船舶推进轴系简化为质量点单元、弹性支承单元和具有分布参数的梁单元。基于修正的Timoshenko梁理论,推导出推进轴系的场传递矩阵表达式。然后,引入相应的边界条件,形成方程组并实现不同轴承刚度下推进轴系轴承处的力和位移响应求解。最后,从能量的角度,对推进轴系各轴承传递路径处的功率流进行分析,并与有限元结果比较。结果表明:基于修正Timoshenko梁理论的传递矩阵法在计算推进轴系弯曲振动时是可行有效的;艉后轴承刚度对轴系振动传递影响最大,艉前轴承次之,推力轴承影响最小。     

船舶推进轴系变结构控制

以船舶主推进轴系为研究对象,在变结构控制理论和设计方法的基础上,对主推进轴系的变结构控制方法进行研究。考虑到推进轴系在螺旋桨处的位移响应最大,在螺旋桨部位设置主动控制作动器,对推进轴系进行振动控制,并以主推进系统的弹性体动力学模型为基础,建立系统的变结构控制方法。采用单位向量控制形式的最终滑动模态控制器,并采用二次型最优控制理论设计最终滑动模态的切换函数。最后以一个带有六个弹性支撑的推进轴为例进行仿真计算。实例分析指出:变结构控制对于推进轴系的振动控制具有显著的效果。     

轴系振动监测系统的开发与试验验证

针对船舶动力轴系的安全运行考虑,开发出一套综合性的轴系振动在线监测系统,对船舶轴系等动力机械轴系工作状态进行实时监测,通过连续在线监测轴系运行的重要振动参数,及时了解动力装置和轴系的运行状况,为船舶等动力机械安全可靠的运行提供保障。以ARM加DSP为开发平台,综合应变电测、无线遥测和数字信号处理等技术开发了监测系统,并在柴油机试验台架上进行试验验证,试验结果表明该轴系振动监测系统能实现较高精度的监测。     

用改进傅里叶级数的方法研究轴系横向振动特性

采用基于改进傅里叶级数的方法（Improved Fourier Series Method,简称IFSM）对弹性支撑边界条件下多跨距变轴颈推进轴系进行横向自由振动分析。首先推导带集中质量点的均匀梁横向自由振动微分方程;其次应用IFSM导出轴系的质量与刚度矩阵,通过标准的特征值分解得到轴系固有频率及振型。在改进傅里叶级数方法中,位移函数被表示为一个傅里叶余弦级数展开与一个辅助的多项式函数的叠加,解决弹性边界的不连续性问题。通过数值仿真分析计算,分析中间连接法兰的刚度影响,验证分析方法的正确性与有效性。     

基于主动艉支承的推进轴系横向振动抑制仿真与实验研究

提出一种基于主动艉支承的推进轴系横向振动传递控制方法,以抑制水下航行器的低频声辐射。该方法将传统的艉轴承支承方式由面支承改为点支承,通过六个主动作动器抑制螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递。建立包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体耦合系统动力学模型,分析系统振动传递特性及控制策略可行性;结合自适应控制算法,计算螺旋桨横向激励下的振动传递抑制效果。构建包含主动艉支承的螺旋桨-推进轴系-壳体实验系统,进一步验证控制方法的有效性。仿真与实验结果均表明主动艉支承对于螺旋桨横向激励力经由艉轴承向壳体的传递具有明显抑制效果,可有效降低壳体表面法向振动。     

船舶推进轴系振动控制研究

推进轴系运行引起的振动是船舶艉部振动噪声的主要噪声源,轴系振动控制对船舶振动噪声控制有重要意义。从系统动力特性设计角度出发,对影响轴系振动的因素进行了理论分析,提出了控制轴系纵向一阶叶频临界转速、缩短推进器悬臂长度、开展轴系与结构动力学匹配设计等振动控制措施。通过台架试验对理论研究结果进行了验证,结果表明所提出的振动控制措施切实有效,对实船推进轴系振动控制具有实际指导意义。