船舶軸系振動計算問題

發布時間：2021-01-28

目前在推進軸系振動計算中主要存在的問題有：

(1)在推進軸系的振動計算中根據人為劃分的振動形式選取計算模型，忽略了振動之間耦合的影響，船舶推進軸系耦合振動的機理尚未研究清楚，缺乏合適的計算模型與計算方法。不少學者提出了扭轉——縱向——回旋三者之間的耦合研究模型，但其研究成果大多是三種振動計算結果的簡單疊加，在研究者所給出的振動模型及方程中缺乏藕合項的表述，同時也缺少軸系振動的耦合模型及相應的仿真計算。

(2)為提源利用，船舶推進軸系的結構不斷復雜，其功能不斷完善加強，對于主機帶PTO的結構存在功率分配的問題：對于雙機并車的結構又存在負荷分配的問題，但這方面的研究較少。

(3)對于軸系中存在的萬向聯軸器，在模型簡化時將其簡化為單質量元件處理，但是從相關萬向聯軸器的專著中可以知道，在利用萬向聯軸器傳遞扭矩的過程中，只要主動軸和從動軸之間存在的夾角，即使主動軸轉速恒定，從動軸也會產生轉速波動，同時也會產生二次激勵以及附加轉矩等，夾角大小對軸系振動有何影響，目前還未形成明確的結論。

(4)振動計算中的動力學參數如轉動慣量、阻尼、剛度等的確定大都依靠經驗公式，一般以常數的方式出現。但是，現今材料的性能與以前相比有很大的改進，所采用的經驗公式中的系數是否需要重新修正，例如傳統計算中聯軸器的扭轉剛度是以定值的形式給出，但是越來越多的聯軸器廠家給出的是分段線性剛度，線性振動的計算方法存在的局限性，需要對計算方法進行改進。如何的振動計算中的動力學參數，這將是一項很困難的工作，也是提高軸系振動計算準確性的關鍵所在。

(5)在處理變速系統，即含有齒輪傳動時，將嚙合齒輪間通過等效換算的原則(轉換前、后系統和元件的動能和變形能相等)按照單一元件進行處理，或將嚙合齒輪間的剛度設定為大(一般比系統中其它一個數量級)，但是通過研究表明，齒輪嚙合傳動時，不僅嚙合剛度和嚙合阻尼可以計算，并且其剛度、阻尼是時變的，同時還存在嚙合誤差的激勵，盡管關于齒輪傳動的研究較多，圍繞著各種類型齒輪嚙合參數的計算，齒輪嚙合模型的簡化等，但如何將齒輪系統動力學的理論，引入到船舶推進軸系振動計算中，還是值得關注和研究的問題。

(6)如果考慮軸系的耦合振動、彈性聯軸器的分段線性、萬向聯軸器的復雜運動以及齒輪嚙合的時變性等，都可能給振動方程帶來非線性項，需要借助相關理論或數值計算的方法的進行分析，但是目前的非線性理論往往集中在單自由度或二自由度上，多自由度的研究相對較少。而船舶推進軸系的自由度一般較多，如何軸系振動的非線性近似解析解還需要考慮。

(7)上面一系列的問題都是在理論分析上存在的因素，盡管我們在實船測試中遇到一些類似的干擾因素，但還缺少合適的試驗裝置進行驗證。