船舶發(fā)動機主軸在正常運行過程中,不僅要受到周期性的轉(zhuǎn)矩和載荷的作用,而且還要受到船體自身的震動以及發(fā)動機的震動,因此,船舶發(fā)動機曲軸受力狀況非常復雜。為了提高船舶擺盤式發(fā)動機軸系的使用壽命,本文結(jié)合多體動力學理論,采用數(shù)學分析的方法系統(tǒng)地研究了船舶擺盤式發(fā)動機軸系的振動特性,建立了擺盤式發(fā)動機曲軸軸系的振動模型,有重要的軸系設(shè)計指導價值。 

【文章來源】：艦船科學技術(shù). 2020,42(14)北大核心

【文章頁數(shù)】：3 頁

【圖文】：

船舶擺盤式發(fā)動機軸系的三維建模Fig.1Threedimensionalmodelingoftheshaftingofship"swobbleplateengine

式發(fā)動機軸系的振動控制研究2.1多體動力學的基本理論軸系的振動分析由于零部件眾多，活塞，連桿等零部件都獨立受到外界的激勵作用，因此，針對軸系的振動分析必須要采用多體動力學理論。運動物體的多體動力學仿真中，坐標系的定位是基礎(chǔ)，在研究剛體在慣性空間中的運動時，需要建立廣義坐標系和局部坐標系。本文在進行軸系扭轉(zhuǎn)振動多體動力學分析時，首先規(guī)定廣義坐標系的方向余弦，用六自由度約束方程表達軸系在空間中的運動，基于歐拉角建立軸系振動的轉(zhuǎn)動坐標系。軸系的振動分析坐標系如圖2所示。圖2軸系的振動分析坐標系圖Fig.2Vibrationanalysiscoordinatesystemofshafting根據(jù)多體動力學坐標系，建立軸系的拉格朗日運動方程，如下式：d(Kα0·12)dtKβ0+n∑i=1E0λ0γt=Fi,(1)Kα0β0E0λ0γtFi式中：為軸系的動能；為描述軸系的廣義坐標；為局部坐標系下的軸系坐標；為軸系的約束方程；為拉格朗日算子；為歐拉角；為在廣義坐標系下的軸系作用力。矢量形式可寫為：[FiE0]=0。(2)2.2擺盤式發(fā)動機軸系的扭轉(zhuǎn)振動特性研究與扭振控制由于擺盤式發(fā)動機的軸系具有阻尼器件，當外界的激勵作用不是持續(xù)輸入時，軸系的振動會逐漸衰減直至停止。但是，由于發(fā)動機在運行過程中，發(fā)動機的軸系始終持續(xù)地接收來自其他零部件的激勵作用力和彎矩，因此，擺盤式發(fā)動機的軸系振動形式多為強迫振動。通過分析可知，擺盤式發(fā)動機曲軸系統(tǒng)上的干擾力矩，主要來源于以下幾個方面：1）發(fā)動機軸系上的氣缸內(nèi)爆發(fā)壓力，通過活塞傳遞到軸系上；2）軸系上的曲柄連桿機構(gòu)，由于慣性力對軸系產(chǎn)·104·

阻尼自由振動；FU,D=M′t+Mtb,(Ft,R2FU,D)·(ds+dls4)Mt，(4)式中：a，b分別為軸系中慣性力與軸系中心線的距離。④.振動模式C：阻尼振動；FU,E=Mt+Mtb。(5)Mt式中：為軸系的附件作用力矩。通過分析船舶軸系的振動模式，可知在軸系中添加阻尼器元件可以有效降低軸系的振動特性。本文通過實驗，比較了有無阻尼器元件的發(fā)動機軸系振動特性。發(fā)動機軸系在一定激勵作用下的振動特性曲線如圖3所示。圖3發(fā)動機軸系在一定激勵作用下的振動特性曲線Fig.3Vibrationcharacteristiccurveofengineshaftingundercertainexcitation3結(jié)語擺盤式船舶發(fā)動機曲軸軸系是發(fā)動機上主要的旋轉(zhuǎn)零部件，由于軸系在運行過程中受到復雜的作用力和力矩，因此軸系會產(chǎn)生不同的振動類型。本文結(jié)合多體動力學理論，系統(tǒng)分析了船舶擺盤式發(fā)動機軸系的扭振特性，對于擺盤式發(fā)動機的扭振控制有重要的指導作用。參考文獻：江國和,王國治.彈性聯(lián)軸節(jié)對擺盤式發(fā)動機軸系振動的影響[J].江蘇科技大學學報:自然科學版,1997(1):36–40.[1]韓樹,王志達.擺盤發(fā)動機軸系扭轉(zhuǎn)振動研究[J].噪聲與振動控制,1987(6):25–36.[2]顧祥生.擺盤式發(fā)動機振動特性分析[J].鎮(zhèn)江船舶學院學報,1991,5(004):43–50.[3]第42卷鄭松，等：擺盤式發(fā)動機軸系扭轉(zhuǎn)振動控制建模研究·105·


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