轴系的扭转振动
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毕业论文-船舶轴系扭转振动的研究
摘要
轴系在工作过程中,承受着不断变化的扭矩、推力及弯曲力矩作用,因而船舶轴系在运动过程中可能产生以下三种形式的振动:扭转振动,回旋振动和纵向振动。
本文主要针对扭转振动的计算进行软件系统的开发。
船舶轴系在发动机、螺旋桨等周期性扭矩激励下所产生的周向交变运动及其相应变形即为船舶轴系的扭转振动。
在世界各国的船舶规范中,
都列有共同的条款,凡是船用柴油机(主机或辅机)和气轮机动力装置,均必须通过扭转振动的计算,测试的检验,合格之后方可投入运营。
这是因为船舶轴系的扭转振动常常
是造成严重事故的主要原因之一,而且扭转振动还常常会诱发船体、动力装置的强烈振动和噪声,传动轴系的断裂,发动机零件磨损的加剧等等问题。
随着柴油机功率、转速的不断提高,与其配套的动力装置样式也越来越多,出现严重的扭转振动现象也就逐步增加了,同时,对船舶轴系扭转振动的研究也得到了进一步的发展。
本文分析了我国轴系扭转振动研究的情况及与世界先进水平相比较的差距;简单介绍了扭
转振动的一些理论和计算方法。
并以163000DWT油轮为例编写了扭转振动计算的软件。
用计算数据做校核计算,得出结论。
关键词: 船舶轴系;计算程序;扭转振动校核
I。
电信号扰动下的轴系扭振摘要本文用一种改进的Riccati扭转传递矩阵结合Newmark-β方法研究非线性轴系的扭转振动响应。
首先,该系统被模化成一系列由弹簧和集中质量点组成的系统,从而建立一个由多段集中质量组成的模型。
第二,通过这种新发展起来的程序可以从系统的固有频率和扭振响应中消除累计误差。
这种增量矩阵法,联合结合了Newmark-β法改进的Riccati扭转传递矩阵法,进一步应用于解决非线性轴系扭转振动的动力学方程。
最后,将一种汽轮发电机组作为一个阐述的例子,另外仿真分析已被应用于分析典型电网扰动下的轴系扭振瞬时响应,比如三相短路,两相短路和异步并置。
实验结果验证了本方法的正确性并用于指导涡轮发电机轴的设计。
关键词:传递矩阵法;Newmark-β法;汽轮发电机轴;电学干扰;扭转振动1.引言转子动力学在很多工程领域起着很重要的作用,例如燃气轮机,蒸汽轮机,往复离心式压气机,机床主轴等。
由于对高功率转子系统需求的持续增长,计算临界转速和动态响应对于系统设计,识别,诊断和控制变得必不可少。
由于1970年和1971年发生于南加州Edison’sMohave电站的透平转子事故,业界的注意力集中在由传动行为导致的透平发电机组内的轴的扭转振动。
当代的大型透平发电机组单元轴系系统是一种高速共轴回转体。
它是由弹性联轴器连接,由透平转子,发电机和励磁机组成。
电力系统故障或操作条件的变化引起的机电暂态过程可能导致轴的扭转振动,而轴的扭转振动对于设计来说是非常重要的。
对于透平发电机轴系扭振的研究,如发生次同步谐振和高速重合,基本的是对固有频率和振动响应的计算的研究。
当前,有限元法和传递矩阵法是最流行的两种分析轴系扭振的方法。
有限元法(FEM)通过二阶微分方程构造出转子系统直接用于控制设计和评估,而传递矩阵法(TMM)解决频域内的动态问题。
TMM使用了一种匹配过程,即从系统一侧的边界条件开始沿着结构体连续的匹配到系统的另一端。
动车车轴的扭转振动特性分析为了确保动车的安全运行和乘客的舒适性,对动车车轴的振动特性进行分析和研究非常重要。
动车车轴的扭转振动特性直接影响着列车的平稳性和牵引力输出效率。
本篇文章将重点讨论动车车轴的扭转振动特性,并探讨其对动车运行的影响。
一、动车车轴的扭转振动现象在动车行驶过程中,车轴会受到许多外部和内部力的作用,导致车轴产生扭转振动。
这些力包括车轮压力、牵引和制动力、轴承摩擦力、轮胎非线性特性等。
这些力的作用下,车轴会发生扭矩变化,导致车轮出现扭转变形和轴向动态位移,进而引起车轮-轨道系统的振动。
车轮-轨道系统的振动会进一步影响车辆的运行稳定性和乘坐舒适度。
二、动车车轴振动的分析方法为了分析动车车轴的扭转振动特性,需要采用一系列先进的研究方法和工具,包括数学建模、仿真计算和试验验证。
1. 数学建模数学建模是分析动车车轴振动的基础。
通过建立适当的数学模型,可以描述车轴的结构特性、边界条件和扭转振动响应。
常用的数学建模方法包括有限元法、多体动力学方法和计算流体力学方法等。
这些方法可以用来模拟车轴的扭转动力学行为和振动响应,对车轴的设计和优化起到重要作用。
2. 仿真计算仿真计算是研究动车车轴振动特性的重要手段。
通过利用数学模型进行计算,可以预测车轴的扭转振动情况。
仿真计算可以提供车轴的振动频率、模态形式、振动幅值等重要参数,对车辆的振动控制和优化设计提供指导。
3. 试验验证为了验证数学模型的准确性和可靠性,需要进行实际试验。
试验可以通过安装传感器在动车车轴上进行数据采集,获取车轴的振动信号。
试验还可以通过加载不同的力和扭矩,模拟实际工况下车轴的振动情况。
通过与数学模型的对比分析,可以评估数学模型的准确性,并为动车车轴的设计和控制提供实验依据。
三、动车车轴振动对运行的影响动车车轴的振动特性直接影响列车的平稳性、行驶速度和能源消耗等方面。
1. 平稳性车轴振动会导致列车的不稳定性,影响乘客的舒适度。
当车轴受到扭矩变化时,会产生横向力和不对称的摩擦力,进而引起车辆的不稳定横向振动。
发动机-内燃机轴系扭转振动文献综述内燃机轴系扭转振动内燃机是人类历史上贡献最大也得到最广泛应用的热能动力机械,在路面交通、海洋船舶甚至航空等领域都作为主要动力源,然而随着其向着高速、小型强化、大功率方向发展,随着全世界车辆法规的健全合理化,对振动以及噪声问题的研究显得愈发重要。
作为内燃机的主要零件之一的曲轴,它的结构参数在很大程度上不仅影响着内燃机的整体尺寸和质量,而且也影响着内燃机的可靠性和寿命。
随着内燃机的不断强化,轴系的扭转振动问题也日益突出。
因此在内燃机的设计阶段就应该充分重视扭振问题。
首先应该对其进行计算和分析,必要时采取避振与减振措施,以消除扭振的威胁。
同时有研究表明,曲轴是内燃机的主要噪声源之一,而且曲轴的振动又会传递到机体和其他附件上引起更多的振动和噪声,因此,内燃机及其动力装置轴系的扭转振动是影响安全运行以及噪声控制的重要问题之一。
现代内燃机设计中提出了NVH的概念,通过这一概念来衡量内燃机性能的优劣[2]。
从这一概念可以看出,内燃机的振动和噪声在现代内燃机设计中的重要地位因此研究内燃机曲轴的振动特点对提高曲轴强度,减小并控制内燃机的振动,提高整机的工作可靠性,改善船舶、汽车等交通工具的舒适性都有重要意义。
1内燃机曲轴轴系扭转振动研究的发展历程[7]:内燃机轴系的扭转振动是机械动力学科的一个分支,是内燃机动力学的一部分,在热动力装置发展初期,由于当时技术水平的限制,在相当长的一段时间内,在轴系的强度设计工作中,是把轴系按绝对刚性处理的。
当时认为,轴系中的应力变化完全取决于载荷或受力情况。
但在世纪末,在工业发达国家对内燃机的广泛应用后,由于在动力交通运输部门中所使用的内燃机装置中,各种断轴事故不断发生,这使得工程设计人员认识到,将轴系作为绝对刚体来处理是不合适的,必须作为弹性体进行研究。
从世纪末到世纪初,各种断轴事故的分析报告及有关文章逐渐出现,对于扭转振动的研究也逐渐深入。
内燃机轴系装置之所以能产生扭转振动,其内因是轴系本身不但具有惯性,还具有弹性,由此确定了其固有的自由振动特性。