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。     

轴系运行工况对轴系-基座-壳体耦合振动影响研究

螺旋桨推进轴系与船体艉部耦合振动是制约船体减振降噪的重要因素,研究其成因机制和影响因素对于识别和有效控制船体艉部振动和噪声具有重要意义。故从轴系运行状态着手,基于有限元转子动力学理论,对轴系-基座-壳体耦合振动影响因素如轴系运行工况、校中状态及激振力等进行分析。在直线校中状态下,选定轴系四种运行工况,运用雷诺方程计算各工况下支撑轴承压力分布及八动力特性参数,引入轴承润滑油膜和水膜刚度和阻尼矩阵,将各支撑轴承离散成多点支撑,在此基础上建立轴系-基座-壳体系统有限元模型,计算多激励下系统动力响应,采用有限元功率流分析各工况下支撑轴承传递特性对系统耦合振动的影响。结果表明,不同工况下轴承支撑特性会导致系统耦合振动特性不同,经轴系传递到壳体上的功率流也会产生相应变化,最终将会引起不同的辐射噪声。     

艉轴承标高对轴系横向振动的影响理论分析

船舶推进轴系的对中状态直接影响轴系的振动,分析其影响规律对于识别和有效控制异常振动具有重要意义。文中艉轴承支撑力采用与标高有关的非线性模型,考虑螺旋桨的不平衡回旋,在此基础上根据有限元方法建立了连续轴系的非线性动力学模型。通过求解非线性动力学响应,分析艉轴承标高与轴系垂直弯曲振动二者之间的关系,可为改善轴系对中状况与减小轴系振动提供参考。     

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。     

基于振动功率流的船艉传递路径分析

根据模态分析理论和功率流理论,分别从振动模态和能量的角度,对艉部系统的传递路径进行理论推导和数值分析。研究发现,螺旋桨处横向激励时船艉的三处传递路径中,在低频段,尾端支撑为主要的传递路径;在中频段,推力轴承基座处为主要的传递路径。     

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。     

基于船舶推进系统特性船体艉部结构垂向振动试验

船舶推进系统与船体结构的耦合技术是目前船舶研究的重要方向,需要在基本理论、试验方法和研究手段等各个方面进行跨学科的创新性深入研究。根据船舶推进系统的主要激励形式,确定船体艉部结构垂向振动分析的关键频率,通过关键频率对船体艉部结构垂向振动与船舶推进系统特性进行关联性分析,同时也分析油膜涡动对船体艉部结构垂向振动的影响程度,为船舶推进系统振动传递规律和油膜涡动理论方面研究提供一些有意义的结论和参考。     

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。     

水润滑橡胶艉轴承动态性能的试验与分析

针对船舶艉轴承的减振降噪进行橡胶材料硬度对艉轴系振动影响的试验研究。通过Pulse振动分析平台对艉轴承的振动情况进行数据采集和分析,应用振动频谱分析法得出对于常工作在低速重载工况下的水润滑橡胶轴承其内表面宜趋近的邵氏硬度为80时,对于中高速则可稍微提高一些。     

推进轴系参数优化对水下结构声振特性影响研究EI北大核心CSCD

在修正Timoshenko梁基础上,采用传递矩阵法推导了水下结构推进轴系简化模型的传递矩阵,实现各轴承位置处振动功率流的求解。以各轴承位置处传递功率流作为优化目标,选择三组不同的优化方案,取艉轴前后轴承刚度、推力轴承刚度以及轴承间距为优化变量对推进轴系参数进行优化。利用三维水弹性力学理论和三维水弹性声学分析软件,计算分析不同优化结果下水下结构的声源级曲线。结果表明:以艉轴后轴承、艉轴前轴承和推力轴承各处传递功率流最小为优化目标的优化方案最有利于减小水下结构的声辐射。     

水润滑尾轴承振鸣音研究进展

水润滑橡胶尾轴承在低速、重载、润滑不良状况下,会出现异常振动与鸣音,影响舰船的隐蔽性与生存能力以及乘员的舒适性。目前,对尾轴承 鸣音既无法进行预估;也无法在事后予以有效的消除。为此,从尾轴承鸣音产生机理、影响因素以及抑制技术等方面进行了探讨和分析。认为应充分考 虑各种因素的影响,结合试验和先进的分析手段开展综合研究,在此基础上,制定详实的水润滑尾轴承设计、制造、安装规范, 提高舰船尾轴承的使用 性能,达到减振降噪的目的。     

《舰艇艉部纵向激励传递特性分析》

采用有限元/边界元方法对艉部的声振特性进行研究。首先建立了包含主推进系统在内的有限元模型,分析流固耦合下结构的振动,并利用边界元技术进行结构水下声辐射预报。然后根据传递路径分析方法,对纵向激励下艉部的传递路径进行分析排序。结果显示,纵向激励下,推力轴承基座是艉部振动的主要传递路径。在确定了潜艇艉部的主要振动传递路径后,在主要传递路径上采取隔振措施,以达到减振降噪的目的。研究表明,改变推力轴承的刚度和基座结构形式,对艉部的减振降噪有一定作用。     

Thrust bearing design for high-speed composite air spindles

The air spindles whose shafts are made of carbon fiber composite are appropriate for high-speed and high-precision machining such as small hole drilling of printed circuit board (PCB) or wafer cutting for manufacturing semiconductors because the carbon fiber composite shaft has low rotational inertia, high damping ratio and high fundamental natural frequency.

The axial load capability and stiffness of air spindles for drilling operation are dependent on thrust bearings that are composed of air supply part mounted on the housing and rotating part mounted on the rotating shaft of spindle.

Since the stresses induced in the rotating part of thrust bearing by centrifugal force are very high at high-speed rotation, the axial stiffness and load capability of an air spindle should be designed considering the stresses induced by the centrifugal force as well as the natural frequency of rotating shaft to avoid the resonant whip vibration of the spindle.

In this work, the air supply part of a thrust air bearing for a high-speed composite air spindle was designed considering its axial stiffness and load capability. The rotating part of the thin thrust bearing was designed through finite element analysis considering the static and dynamic characteristics under axial load and the centrifugal force during high-speed rotation.     

Optimal design of thrust bearing for high-speed composite air spindles

High-speed air spindles are appropriate for high-speed and high-precision machining such as small hole drilling of printed circuit board (PCB) or wafer cutting for manufacturing semiconductors. The axial load capability and stiffness of the air spindles for drilling operation are dependent on the thrust bearings. The thrust bearings are composed of an air supply part in the housing and a rotating part. Since stresses induced in the rotating part of thrust bearing by centrifugal force are very high at high-rotational speed, the axial stiffness and load capability of an air spindle should be designed considering stresses due to centrifugal force as well as the natural frequency of the rotating shaft to avoid the resonant whip vibration of the spindle. In this work, the air supply part and the rotating part of a thin thrust bearing were designed for a high-speed carbon fibre composite air spindle using the stiffness map to maximize the stiffness of the thrust bearing under axial and centrifugal forces.     

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。     

风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承动态特性分析

齿轮箱是风电机组故障率最高的部件之一,其中高达50%的故障停机源于高速轴轴承的过早失效。外部变风载激励和齿轮箱内部激励下,高速轴轴承动载增大,将加速高速轴轴承破坏失效。论文以某750kW风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承为分析对象,采用ADAMS软件建立圆锥滚子轴承的多体动力学仿真分析模型,研究轴向载荷和径向载荷变化对轴承动态响应特性的影响,基于美国Spectra Quest转子实验台开展了圆锥滚子轴承振动响应特性实验,掌握了圆锥滚子轴承的动态接触力与振动响应变化规律,将为风电齿轮箱高速轴圆锥滚子轴承选型与齿轮箱设计提供理论依据。