船舶轴系振动计算问题

发布时间：2021-01-28

目前在推进轴系振动计算中主要存在的问题有：

(1)在推进轴系的振动计算中根据人为划分的振动形式选取计算模型，忽略了振动之间耦合的影响，船舶推进轴系耦合振动的机理尚未研究清楚，缺乏合适的计算模型与计算方法。不少学者提出了扭转——纵向——回旋三者之间的耦合研究模型，但其研究成果大多是三种振动计算结果的简单叠加，在研究者所给出的振动模型及方程中缺乏藕合项的表述，同时也缺少轴系振动的耦合模型及相应的仿真计算。

(2)为提源利用，船舶推进轴系的结构不断复杂，其功能不断完善加强，对于主机带PTO的结构存在功率分配的问题：对于双机并车的结构又存在负荷分配的问题，但这方面的研究较少。

(3)对于轴系中存在的万向联轴器，在模型简化时将其简化为单质量元件处理，但是从相关万向联轴器的专著中可以知道，在利用万向联轴器传递扭矩的过程中，只要主动轴和从动轴之间存在的夹角，即使主动轴转速恒定，从动轴也会产生转速波动，同时也会产生二次激励以及附加转矩等，夹角大小对轴系振动有何影响，目前还未形成明确的结论。

(4)振动计算中的动力学参数如转动惯量、阻尼、刚度等的确定大都依靠经验公式，一般以常数的方式出现。但是，现今材料的性能与以前相比有很大的改进，所采用的经验公式中的系数是否需要重新修正，例如传统计算中联轴器的扭转刚度是以定值的形式给出，但是越来越多的联轴器厂家给出的是分段线性刚度，线性振动的计算方法存在的局限性，需要对计算方法进行改进。如何的振动计算中的动力学参数，这将是一项很困难的工作，也是提高轴系振动计算准确性的关键所在。

(5)在处理变速系统，即含有齿轮传动时，将啮合齿轮间通过等效换算的原则(转换前、后系统和元件的动能和变形能相等)按照单一元件进行处理，或将啮合齿轮间的刚度设定为大(一般比系统中其它一个数量级)，但是通过研究表明，齿轮啮合传动时，不仅啮合刚度和啮合阻尼可以计算，并且其刚度、阻尼是时变的，同时还存在啮合误差的激励，尽管关于齿轮传动的研究较多，围绕着各种类型齿轮啮合参数的计算，齿轮啮合模型的简化等，但如何将齿轮系统动力学的理论，引入到船舶推进轴系振动计算中，还是值得关注和研究的问题。

(6)如果考虑轴系的耦合振动、弹性联轴器的分段线性、万向联轴器的复杂运动以及齿轮啮合的时变性等，都可能给振动方程带来非线性项，需要借助相关理论或数值计算的方法的进行分析，但是目前的非线性理论往往集中在单自由度或二自由度上，多自由度的研究相对较少。而船舶推进轴系的自由度一般较多，如何轴系振动的非线性近似解析解还需要考虑。

(7)上面一系列的问题都是在理论分析上存在的因素，尽管我们在实船测试中遇到一些类似的干扰因素，但还缺少合适的试验装置进行验证。