摆盘式发动机轴系扭转振动控制建模研究
发布时间：2021-11-03 05:32
船舶发动机主轴在正常运行过程中,不仅要受到周期性的转矩和载荷的作用,而且还要受到船体自身的震动以及发动机的震动,因此,船舶发动机曲轴受力状况非常复杂。为了提高船舶摆盘式发动机轴系的使用寿命,本文结合多体动力学理论,采用数学分析的方法系统地研究了船舶摆盘式发动机轴系的振动特性,建立了摆盘式发动机曲轴轴系的振动模型,有重要的轴系设计指导价值。
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(14)北大核心
【文章页数】：3 页
【图文】：
船舶摆盘式发动机轴系的三维建模Fig.1Threedimensionalmodelingoftheshaftingofship"swobbleplateengine
式发动机轴系的振动控制研究2.1多体动力学的基本理论轴系的振动分析由于零部件众多，活塞，连杆等零部件都独立受到外界的激励作用，因此，针对轴系的振动分析必须要采用多体动力学理论。运动物体的多体动力学仿真中，坐标系的定位是基础，在研究刚体在惯性空间中的运动时，需要建立广义坐标系和局部坐标系。本文在进行轴系扭转振动多体动力学分析时，首先规定广义坐标系的方向余弦，用六自由度约束方程表达轴系在空间中的运动，基于欧拉角建立轴系振动的转动坐标系。轴系的振动分析坐标系如图2所示。图2轴系的振动分析坐标系图Fig.2Vibrationanalysiscoordinatesystemofshafting根据多体动力学坐标系，建立轴系的拉格朗日运动方程，如下式：d(Kα0·12)dtKβ0+n∑i=1E0λ0γt=Fi,(1)Kα0β0E0λ0γtFi式中：为轴系的动能；为描述轴系的广义坐标；为局部坐标系下的轴系坐标；为轴系的约束方程；为拉格朗日算子；为欧拉角；为在广义坐标系下的轴系作用力。矢量形式可写为：[FiE0]=0。(2)2.2摆盘式发动机轴系的扭转振动特性研究与扭振控制由于摆盘式发动机的轴系具有阻尼器件，当外界的激励作用不是持续输入时，轴系的振动会逐渐衰减直至停止。但是，由于发动机在运行过程中，发动机的轴系始终持续地接收来自其他零部件的激励作用力和弯矩，因此，摆盘式发动机的轴系振动形式多为强迫振动。通过分析可知，摆盘式发动机曲轴系统上的干扰力矩，主要来源于以下几个方面：1）发动机轴系上的气缸内爆发压力，通过活塞传递到轴系上；2）轴系上的曲柄连杆机构，由于惯性力对轴系产·104·
阻尼自由振动；FU,D=M′t+Mtb,(Ft,R2FU,D)·(ds+dls4)Mt，(4)式中：a，b分别为轴系中惯性力与轴系中心线的距离。④.振动模式C：阻尼振动；FU,E=Mt+Mtb。(5)Mt式中：为轴系的附件作用力矩。通过分析船舶轴系的振动模式，可知在轴系中添加阻尼器元件可以有效降低轴系的振动特性。本文通过实验，比较了有无阻尼器元件的发动机轴系振动特性。发动机轴系在一定激励作用下的振动特性曲线如图3所示。图3发动机轴系在一定激励作用下的振动特性曲线Fig.3Vibrationcharacteristiccurveofengineshaftingundercertainexcitation3结语摆盘式船舶发动机曲轴轴系是发动机上主要的旋转零部件，由于轴系在运行过程中受到复杂的作用力和力矩，因此轴系会产生不同的振动类型。本文结合多体动力学理论，系统分析了船舶摆盘式发动机轴系的扭振特性，对于摆盘式发动机的扭振控制有重要的指导作用。参考文献：江国和,王国治.弹性联轴节对摆盘式发动机轴系振动的影响[J].江苏科技大学学报:自然科学版,1997(1):36–40.[1]韩树,王志达.摆盘发动机轴系扭转振动研究[J].噪声与振动控制,1987(6):25–36.[2]顾祥生.摆盘式发动机振动特性分析[J].镇江船舶学院学报,1991,5(004):43–50.[3]第42卷郑松，等：摆盘式发动机轴系扭转振动控制建模研究·105·
本文编号：3473150
【文章来源】：舰船科学技术. 2020,42(14)北大核心
【文章页数】：3 页
【图文】：
船舶摆盘式发动机轴系的三维建模Fig.1Threedimensionalmodelingoftheshaftingofship"swobbleplateengine
式发动机轴系的振动控制研究2.1多体动力学的基本理论轴系的振动分析由于零部件众多，活塞，连杆等零部件都独立受到外界的激励作用，因此，针对轴系的振动分析必须要采用多体动力学理论。运动物体的多体动力学仿真中，坐标系的定位是基础，在研究刚体在惯性空间中的运动时，需要建立广义坐标系和局部坐标系。本文在进行轴系扭转振动多体动力学分析时，首先规定广义坐标系的方向余弦，用六自由度约束方程表达轴系在空间中的运动，基于欧拉角建立轴系振动的转动坐标系。轴系的振动分析坐标系如图2所示。图2轴系的振动分析坐标系图Fig.2Vibrationanalysiscoordinatesystemofshafting根据多体动力学坐标系，建立轴系的拉格朗日运动方程，如下式：d(Kα0·12)dtKβ0+n∑i=1E0λ0γt=Fi,(1)Kα0β0E0λ0γtFi式中：为轴系的动能；为描述轴系的广义坐标；为局部坐标系下的轴系坐标；为轴系的约束方程；为拉格朗日算子；为欧拉角；为在广义坐标系下的轴系作用力。矢量形式可写为：[FiE0]=0。(2)2.2摆盘式发动机轴系的扭转振动特性研究与扭振控制由于摆盘式发动机的轴系具有阻尼器件，当外界的激励作用不是持续输入时，轴系的振动会逐渐衰减直至停止。但是，由于发动机在运行过程中，发动机的轴系始终持续地接收来自其他零部件的激励作用力和弯矩，因此，摆盘式发动机的轴系振动形式多为强迫振动。通过分析可知，摆盘式发动机曲轴系统上的干扰力矩，主要来源于以下几个方面：1）发动机轴系上的气缸内爆发压力，通过活塞传递到轴系上；2）轴系上的曲柄连杆机构，由于惯性力对轴系产·104·
阻尼自由振动；FU,D=M′t+Mtb,(Ft,R2FU,D)·(ds+dls4)Mt，(4)式中：a，b分别为轴系中惯性力与轴系中心线的距离。④.振动模式C：阻尼振动；FU,E=Mt+Mtb。(5)Mt式中：为轴系的附件作用力矩。通过分析船舶轴系的振动模式，可知在轴系中添加阻尼器元件可以有效降低轴系的振动特性。本文通过实验，比较了有无阻尼器元件的发动机轴系振动特性。发动机轴系在一定激励作用下的振动特性曲线如图3所示。图3发动机轴系在一定激励作用下的振动特性曲线Fig.3Vibrationcharacteristiccurveofengineshaftingundercertainexcitation3结语摆盘式船舶发动机曲轴轴系是发动机上主要的旋转零部件，由于轴系在运行过程中受到复杂的作用力和力矩，因此轴系会产生不同的振动类型。本文结合多体动力学理论，系统分析了船舶摆盘式发动机轴系的扭振特性，对于摆盘式发动机的扭振控制有重要的指导作用。参考文献：江国和,王国治.弹性联轴节对摆盘式发动机轴系振动的影响[J].江苏科技大学学报:自然科学版,1997(1):36–40.[1]韩树,王志达.摆盘发动机轴系扭转振动研究[J].噪声与振动控制,1987(6):25–36.[2]顾祥生.摆盘式发动机振动特性分析[J].镇江船舶学院学报,1991,5(004):43–50.[3]第42卷郑松，等：摆盘式发动机轴系扭转振动控制建模研究·105·
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