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船舶柴油机的轴系扭转振动的分析与研究【摘要】本文通过一些国内因轴系扭转振动而引起的断轴断桨的事故实例，来分析引起轴系扭转振动的主要原因，分析扭振主要特性，并提取一些减振和防振的基本控制措施。
【关键词】船舶柴油机轴系扭振危害分析措施在现代船舶机械工程中，船舶柴油机轴系扭转振动已经成为一个很普遍的问题，它是引起船舶动力装置故障的一个很常见的原因，国内外因轴系扭转而引起的断轴断桨的事故也屡见不鲜，随着科学水平的提高和航运业的发展，人们越来越重视船舶柴油机组的轴系扭转振动，我国《长江水系钢质船舶建造规范》和《钢质海船入级与建造规范》（简称《钢规》）和也均规定了在设计和制造船舶过程中，必须要向船级社呈报柴油机组的轴系扭转振动测量和计算报告，以此来表明轴系扭转振动的有关测量特性指标均在“规范”的允许范围内。
1 船舶柴油机轴系扭转振动现象简介凡具有弹性与惯性的物体，在外力作用下都能产生振动现象。
它在机械，建筑，电工，土木等工程中非常普遍的存在着。
振动是一种周期性的运动，在许多场合下以谐振的形式出现的，船舶振动按其特点和形式可分为三种，船体振动，机械设备及仪器仪表振动，和轴系振动。
船舶柴油机轴系振动按其形式可分为三种：扭转振动，纵向振动，横向振动。
柴油机扭转振动主要是由气缸内燃气压力周期性变化引起的，它的主要表现是轴系上各质点围绕轴系的旋转方向来回不停的扭摆，各轴段产生不相同的扭角。
纵向振动主要是由螺旋桨周期性的推力所引起的。
横向振动主要是由转抽的不平衡，如螺旋桨的悬重以及伴流不均匀产生的推力不均匀等的力的合成。
船舶由于振动引起的危害不但可以产生噪音，严重影响旅客和船员休息，还会造成仪器和仪表的损害，严重的时候甚至出现船体裂缝断轴断桨等海损事故，直接影响船舶的航行安全。
而在船舶柴油机轴系的三种振动中，产生危害最大的便是扭转振动，因扭转振动而引起的海损事故也最多，因此对扭转振动的研究也最多。
而且当柴油机轴系出现扭转振动时，一般情况下，船上不一定有振动的不适感，因此这种振动也是最容易被忽视的一种振动形式，一旦出现扭转振动被忽视，往往意味着会发生重大的事故。
船舶轴系的振动与控制分析摘要本文主要进行船舶轴系振动的模态分析（固有频率与固有振型），通过MATLAB 平台实现了船舶轴系纵向振动模态计算的通用程序，并且分别应用该通用程序与ANSYS中的模态分析计算了船舶轴系扭转振动与纵向振动（给定轴系）的模态，并对所计算的结果进行了对比与分析。
同时，本文也介绍了船舶轴系强迫振动的计算以及船舶轴系振动的控制分析。
本文以船舶推进轴系的振动为研究对象，查阅了国内外大量文献，首先介绍了船舶推进轴系振动的分类，接着以一种通俗的方式阐述了各种振动的机理。
其次论述了轴系振动计算的几种常用的方法：霍尔兹法、传递矩阵法与有限元法。
接着论证了传递矩阵法的可用性，以及在什么情况下使用该方法可以达到所需的精度要求。
然后通过MATLAB平台实现了船舶轴系振动（包括扭转振动与纵向振动）的通用程序。
紧随其后，使用该程序计算了一个扭转振动与纵向振动的实例，再后来使用ANSYS对同样的例子进行了计算分析，通过比对，证实了通过MATLAB平台实现的通用程序计算的结果是令人满意的。
随后介绍了轴系的强迫振动及计算强迫振动的传递矩阵法，并给出了该方法的一个简单的算例，之后介绍了避振的几种思路。
最后对研究成果和有关问题进行了总结，对研究中的不足作了说明，对今后的工作做出了展望。
关键词：纵向振动，传递矩阵法，有限元法，通用程序，强迫振动Analysis of Vibration and ControlOn Ship ShaftingAbstractThis paper is mainly researching the vibration characteristics on ship shafting (natural frequencies and mode shapes). Through the platform of MATLAB, we get the general program which can calculate the mode of the longitudinal vibration and torsional vibration on ship shafting, and using this general program, an instance is calculated. ANSYS is applied to, too. And then both of the calculated results were compared and analyzed. At the same time, the paper also describes the calculation of the forced oscillation of ship shafting and the analysis of ship shaft vibration control.In this paper, viewing vibration of ship propulsion shafting as the research object, I consulted relevant data at home and abroad. First, I have introduced the classification of ship propulsion shafting vibration, and then described in a easy manner to various vibration mechanism.Next, several commonly used methods to vibration calculations are discussed: the Holzer method, the transfer matrix method and the finite element method.Then the availability of the transfer matrix method is demonstrated, and also is the required precision when we can achieve by the method.After that, through the platform of MATLAB, we get the general program which can calculate the mode of the vibration (including the longitudinal and the torsional vibration) vibration on ship shafting. Then we use the general program to calculate an instance of longitudinal and torsional vibration. And then we use ANSYS to calculate the same example. By comparison, we confirm the results by the general program through MATLAB platform are satisfactory.Then we introduce the forced vibration of ship shafting and the transfer matrix method of the forced vibration, and a simple example is showed, after that we introduce several ideas to avoid vibration.Finally, a summary about the achievement and problems is presented. An explanation of imperfectness in the study and pieces of advisement for the future work is given.Key words: Longitudinal Vibration，Transfer Matrix Method，Finite Element Method，General Program, Forced Vibration目录摘要........................................................................................................................ I ABSTRACT ................................................................................................................. I I 目录 ................................................................................................................ III 一绪论 (1)1.课题研究的目的和意义 (1)2.国内外研究概况 (2)3.本文主要工作 (3)二船舶轴系振动简介 (5)1.纵向振动 (5)2.扭转振动 (6)3.回旋振动 (7)三轴系振动计算方法 (9)1.霍尔兹（Holzer）法 (9)2.传递矩阵法 (11)3.有限元法 (19)四轴系振动通用程序实现 (23)1.船舶轴系的构造 (23)2.轴系振动通用程序实现 (25)3.轴系振动通用程序的应用与检验 (28)五船舶轴系振动的控制 (46)1.船舶轴系的强迫振动 (46)2.船舶轴系强迫振动的传递矩阵法 (46)3.强迫振动算例 (48)4.船舶轴系避振措施 (50)六总结 (52)1.结论 (52)2.设计评价和展望 (52)致谢 (53)附录 (54)参考文献 (62)一绪论1.课题研究的目的和意义声明：本论文中除特殊说明之外出现的所有物理量的单位均为国际制单位，即长度为米，时间为秒，质量为千克等。
第19卷第1-2期船舶力学Vol.19No.1-2 2015年2月Journal of Ship Mechanics Feb.2015文章编号：1007-7294（2015）01-0176-06冰载荷冲击下的船舶推进轴系瞬态扭转振动响应分析杨红军1，2，车驰东1，张维竞1，仇挺2（1上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240；2南通中远川崎船舶工程有限公司，江苏南通226005）摘要：传统的推进轴系扭转振动响应计算聚焦于稳态响应，而传递矩阵法、系统矩阵法，可以取得满意的稳态计算结果，但无法处理冰区船舶、海洋工程船舶所遇到的变载荷、变惯量等瞬态工况。
为了克服频域扭振计算方法在处理瞬态条件扭振问题的局限性，使用Newmark法从时域求解轴系扭转振动微分方程组，基于该算法对某船推进轴系在冰载荷作用下的瞬态响应做了数值计算。
其结果表明，在冰载荷冲击下，轴系瞬态扭矩比稳态扭矩大；通过时频分析，在冰载荷作用期间，出现了明显的螺旋桨叶频激励，因此须避免冰载荷激励产生轴系扭转振动的叶次共振。
Newmark法扭振计算结果与实船测试结果对比表明，该方法在稳态响应计算和时域曲线上都与实际测量结果基本一致，具有工程实用性。
关键词：船舶推进轴系；冰载荷冲击；扭转振动；Newmark法中图分类号：U664.21文献标识码：A doi:10.3969/j.issn.1007-7294.2015.h1.020Transient torsional vibration analysis forice impact of ship propulsion shaftYANG Hong-jun1,2,CHE Chi-dong1,ZHANG Wei-jing1,QIU Ting2(1Shanghai Jiao Tong University,Shanghai200240,China；2Nantong COSCO KHI Ship Engineer Co.,Ltd,Nantong226005,China)Abstract：The conventional torsional vibration calculation for ship propulsion system concentrates on the response of steady state.And the transfer matrix method and system matrix method,could get a good result of steady response.But these methods can not solve the momentary problem for ship navigation in ice and engineering ship.By employing the Newmark method to solve the torsional vibration equation in time do-main,the result was gotten for the propulsion shaft with ice impact torque on propeller.During the ice im-pact,the transient torque is bigger than steady torque and the blade frequency exciting component was found by time-frequency analysis.Avoiding blade number order resonance of ice impact is necessary.The com-parison between Newmark method result and measurement shows that Newmark method is practicable for the response of steady state and time domain curve,which results are basically the same as the measure-ment result.Key words:ship propulsion shaft;ice impact;torsional vibration;newmark method收稿日期：2014-03-04作者简介：杨红军（1982-），男，博士生，E-mail:yhj99373aman@；车驰东（1980-），男，博士，讲师。
某39 000 DWT散货船轴系扭振计算作者：***来源：《广东造船》2021年第01期摘要：本文以39000DWT散货船轴系扭转振动计算为实例，简要介绍调整轴系中间轴及螺旋桨轴的参数、匹配调频轮及转动飞轮的转动惯量来改变其固有频率，降低扭转应力峰值，以满足船级社规范的要求，达到控制扭振的目的，消除船舶营运中轴系扭转振动故障的风险。
关键词：船舶;轴系;扭振计算;共振;频率;临界转速中图分类号：U664.21 文献标识码：AAbstract： In this paper， the calculation of shafting torsional vibration for 39 000 DWT bulk carrier is taken as an example， the natural frequency is changed and torsional stress is reduced by adjusting the parameters of the middle shaft and propeller shaft， matching the moment of inertia for tuning wheel and flywheel， so as to meet the requirements of the classification rules， achieve the purpose of controlling torsional vibration and eliminate the risk of shafting torsional vibration failure in ship operation.Key words： Ship; Shafting; Torsional vibration calculation; Resonance; Frequency; Critical speed1 前言扭振比其他形式的軸系振动（轴向振动、回转振动等）具有更大的危害性，它关系到船舶的航行安全，亦是船东最关心的问题之一。
船舶推进轴系扭振研究综述摘要：船舶推进轴系振动特性是船舶动力性能的重要方面。
本文从扭振模型、扭振计算方法、关键因素分析及扭振软件开发四个方面综述了船舶推进轴系扭振的研究现状，对轴系扭振研究具有一定的知道意义。
关键词：扭振模型；扭振方法；扭振关键因素；扭振软件引言船舶推进轴系扭振研究是船舶动力性能研究的重要方面，对于船舶的安全性、舒适性及可靠性具有重要意义，历来都是船舶设计者需要重点考虑的问题。
德国的Geiger于1916年发表了利用机械式盖格尔扭振仪测量轴系扭振的文章，从而使扭振的研究进入了实测和实验阶段，在1921年又提出了用于计算扭振固有频率和固有振型的计算方法——霍尔茨法[1]，扭振的研究在20世纪50年代逐渐变得成熟，到了60年代至80年代，随着计算机技术的高速发展，内燃机向着高速率大功率方向发展，扭振变得更加剧烈，事故发生事件层出不穷，促使人们对扭振进行更深一步的研究，主要体现在精密仪器的使用和计算软件精度的提高上，到了20世纪90年代以后，扭振的研究进入了纵深发展期，力学模型的建立更加精确，如Kouji Fujii建立了发动机的曲轴平面模型，利用传递矩阵法求解曲轴的扭转振动及弯曲振动[2]，日本的日立zosen公司等五家公司共同设计出一种新的推进轴系，在稳态性、可靠性等方面都有很大的提升，并降低了成本[3]。
本文重点从扭振模型、扭振计算方法、关键因素分析及扭振软件开发四个方面对船舶内燃机轴系扭振近年来的研究进行分类概述，使读者能够更清晰的了解近年来船舶推进轴系扭振研究的最新成果。
1 扭振的研究结构及数学模型从传统的研究来看，轴系模型一般分为两大类：集总参数模型和分布参数模型。
国内外学者又在此基础上从不同角度建立了不同的轴系模型取得了更好的效果。
涂耿伟等利用模型修正法对缩减后的模型作了进一步的修正，大大提高了模型的精度[4]；艾维等利用Pro/E建立了实船轴系三维仿真模型，通过动力仿真分析了轴系振动特性，达到了良好的效果[5]；张俊红等采用有限元法结合多体动力学方法对某X8170C型柴油机轴系扭振进行了研究，建立了轴系扭振仿真虚拟样机并引入BP神经网络对减振参数进行了优化[6]；肖志建建立了数理模型，利用有限元法对船舶推进轴系扭振问题进行分析，取得了不错的效果[7]；姜雪洁等建立了轴系的动态计算模型，对不同转速下的轴系的动态响应进行了计算[8]。
船舶复杂轴系扭振计算研究及其应用船舶复杂轴系扭振计算研究及其应用船舶是一种大型复杂的机械结构，它在航行过程中会受到许多不同的力和振动的作用。
其中，轴系扭振是船舶运行中不可避免的问题。
轴系扭振不仅导致了能量的损失，还会给船舶的结构和设备带来损害，甚至威胁到船舶的安全。
因此，对船舶复杂轴系扭振进行研究和计算，具有重要的理论和应用价值。
一、轴系扭振的产生原因轴系扭振是由于主机和驱动设备的功率、转速和转矩等因素的变化所引起的。
这些因素的变化往往是不规则的，并且受到液动力、气动力、悬挂系统和支撑系统等因素的干扰，从而引起了船舶轴系扭振问题的产生。
二、船舶复杂轴系扭振的计算方法为了对船舶复杂轴系扭振进行计算和分析，需要采用一种有效的方法来模拟船舶复杂轴系结构的动态特性。
目前主要的计算方法有有限元方法和刚柔耦合方法。
1、有限元方法有限元方法采用离散法对船舶轴系结构进行离散化，将结构划分为有限个小单元，然后建立它们之间的连接关系。
通过对结构进行受力和运动分析，计算出所需要的振动响应，从而得到结构的扭振刚度矩阵和微分方程，并求解该方程得到轴系的振动特性。
2、刚柔耦合方法刚柔耦合方法是建立在有限元方法基础上的一种模拟方法。
它将轴系划分为刚性部分和柔性部分，根据物理实验结果对这些部分进行优化，在悬浮和支撑装置上设置适当的振动吸收材料，从而改善船舶的振动特性。
三、船舶复杂轴系扭振的应用船舶复杂轴系扭振的应用涉及到船舶设计、制造和运行等方面。
在船舶设计和制造的过程中，需要对船舶复杂轴系的动态特性进行精确的计算和分析，以满足设计要求，并保证船舶的安全运行。
在船舶的实际运行中，轴系扭振问题往往会引起船舶运行的不稳定性和船员的不适感，因此需要对其进行有效的控制。
总之，船舶复杂轴系扭振计算研究及其应用是当前工程领域的一个重要课题，其研究成果可以为船舶行业提供重要的科学依据和技术支撑，以确保船舶在运行中的安全和稳定性。
船舶轴系扭振产生的原因及对策摘要：近年以来，随着中国现代化进程的发展，为适应中国海洋事业的快速发展时期，综合确保船舶航行安全的同时，相关工作人员也对船舶轴系扭振成因进行了深入的研究，以期对船舶轴系的扭振特性及规律进行相应的完善与总结，严格按照有关规定处理船舶轴系扭转振动问题，尽量减少轴系扭转振动造成的船舶安全事故。
关键词：船舶轴系，扭振，原因及对策，探讨1前言一般来说，振动定律可以直接使用正弦波来表示轴向运动。
扭转振动是在扭矩变化的作用下所发生的周期性运动。
扭矩振动主要发生在输出和扭矩吸收不均匀的机械装置中，如柴油机运行的某些设备或装置、电机压力机、电机泵等等。
就柴油发动机而言，包括减速齿轮之间的碰撞、齿面的点蚀及断裂、连接螺栓的断裂、橡胶接头的撕裂、引擎零件的加速磨损等。
在运行过程中发生的严重事故，对此方面的研究始终在持续，力度也不再不断加大，积累了大量的经验和数据。
人们一直在探索和寻找一种相对简单的近似计算方法，包括轴系怠速振动固有频率和临界转速的计算方法。
最后，它算是处理实际问题逐渐形成的方法。
2船舶轴系扭转振动的概述主动推进装置的扭转振动问题非常重要，值得去好好深入地研究。
通常情况下，当气缸关闭之后，后续的操作才更安全。
然而，一些辅助振荡器的相对振幅矢量不会减小。
相反，共振应力增大，甚至接近或超过允许的扭转应力。
此外，每个圆柱的分解振幅矢量的相对值也会受到不同程度的影响。
了解气缸轴承拆卸后产生较大冲击应力的推力控制，对于避免单个气缸的拆卸事故具有重要的意义。
在柴油机的实际运行过程中，在电梯试验以及运行试验中，不仅要进行单缸停油试验，而且在柴油机发生紧急故障时，必须要密封气缸进行运行。
此外，最大燃烧压力、排气温度调节等平衡性差异以及各种故障往往导致燃烧不良现象。
因此，在计算转向轴系的振动时，必须考虑这种情况。
在细致完成相关工作之后，还要向船公司提供船舶运行中的计算结果和注意事项，以确保船舶在正常运行和气缸密封运行中的正确操作和管理。
37 500 D W T油船轴系扭振计算及问题分析韩阳泉蔡虎(广船国际技术中心）摘要：本文介绍了37 500 D W T油船轴系扭振计算中发现的问题，以及由扭振引起 的螺旋桨压入计算、校中计算等问题，并寻找解决方案。
关键词：轴系扭振校中螺旋桨DOI：10.3969/j.issn.2095-4506.2016.04.0020前言37 500 DWT化学品/成品油轮是公司为 适应市场需求而研发的一型浅吃水节能型 船舶，入级D N V,采用M A N-B&W5S50ME-B9.2Ti e r I I主机，MCR点为 8900k W x l l7rpm。
为降低油耗，提髙螺旋 桨效率，主机选择降功率、降转速使用，SMCR点是6900kW x99rpxno本船为单轴系，主机带动一根中间轴 和一根螺旋桨轴，驱动螺旋桨，中间轴上 布置一个中间轴承，螺旋桨上布置两个艉 管轴承。
理论上螺旋桨转速越低、直径越大、推进效率越高。
本船SMCR点的转速仅99 rpm，在同类船舶中转速最低；螺旋桨设计 直径6.37m，比我公司所建造的同类船大约 0.8 m，其附连水后的转动惯量达到33,135 kg •m2，比同尺度船大13，135 kg ■m2左 右。
5缸柴油机的自身振动不平衡性比较剧 烈，其振动输出特性也高于我厂常规使用的 6缸柴油机。
本文详细介绍该船扭振计算过程中遇 到的问题，以及受扭振计算结果的影响，螺旋桨压入计算及轴系校中计算的问题，并寻求每个问题的解决方案。
1扭转振动计算在一系列的轴系计算中，扭振计算是作者简介：韩阳泉（1981--),男，工程师，轮机设计。
蔡虎（1986--),男，助理工程师，轮机设计。
关键。
按照轴系扭振计算流程，见图1所 示，进行轴系扭振计算。
如果扭振计算结 果不满足规范要求，可采取以下几种措施 进行调整：⑴增大主机飞轮；⑵增加主机 调频轮；⑶增加轴系的直径；⑷调整各个轴的长度。
以上步骤应逐个尝试直到计算结 果满足要求，如果上面各种措施均不满足要 求，则考虑配置扭振减振器。
船舶轴系振动研究船舶轴系振动研究一、引言船舶轴系振动是指船舶轴系统在运行过程中发生的振动现象。
船舶的轴系由主机、轴、轴承、减速器等组成，其运行状态和振动特性对航行安全和机械寿命具有重要影响。
本文将探讨船舶轴系振动的研究现状、影响因素以及振动控制手段，以期为船舶设计和运行提供参考。
二、研究现状1. 轴系振动的定义与分类船舶轴系振动可分为弦振动和扭振动两类。
弦振动是指轴系在弯曲载荷作用下发生的振动，其频率与轴的弹性特性有关。
扭振动则是轴系在扭矩作用下发生的振动，其频率与主机输出转速相关。
2. 振动特性的研究方法为了研究船舶轴系振动特性，常采用模态分析和频域分析等方法。
模态分析通过计算轴系的固有频率和振型，揭示了其特征。
频域分析则通过将时域信号变换到频域，得到频率成分的谱分析图，可以深入了解振动的频率分布特性。
三、影响因素1. 轴系结构与材料轴系的结构参数和材料强度对振动具有重要影响。
合理的轴系设计和材料选择能够减小振动幅度和频率，提高航行平稳性。
2. 主机质量分布和转速控制主机的质量分布和转速控制方式会对轴系振动产生显著影响。
合理设计主机及其配套设备，细致调节主机转速能够减小振动幅值和频率。
3. 轴承刚度和润滑状态轴承的刚度和润滑状态也是造成振动的重要因素。
适宜的轴承刚度和润滑方式可减小振动，并提高轴系的稳定性和寿命。
四、振动控制手段1. 结构优化设计轴系结构的优化设计可以减小振动幅值和频率，提高航行平稳性。
通过调整轴的形状、材料、连接方式和支承方式等，可以改善轴系的振动特性。
2. 动平衡技术动平衡是消除轴系振动的重要措施之一。
通过在轴上加重或减重，使轴系在运行时达到平衡状态，减小振动幅度和频率。
3. 振动控制装置安装振动控制装置可以减小轴系振动。
例如，在轴上安装阻尼器或减振器，能够吸收振动能量和调节振动频率。
五、结论船舶轴系振动对航行安全和机械寿命具有重要影响。
通过研究轴系振动的特性和影响因素，可以采取合理的控制手段，减小振动幅值和频率，提高航行平稳性和机械性能。
