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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。
船舶主机安装误差对船舶轴系安装质量的影响发表时间：2019-08-26T12:38:53.503Z 来源：《基层建设》2019年第16期作者：窦太卫[导读] 摘要：船舶主机安装对船舶轴系安装质量来说，起到了至关重要的影响，误差的产生会使安装的质量出现下降的情况。
新大洋造船有限公司江苏扬州 225200摘要：船舶主机安装对船舶轴系安装质量来说，起到了至关重要的影响，误差的产生会使安装的质量出现下降的情况。
所以要对船舶轴系校中和校核的有效性的问题进行深入的研究与分析，同时也要对相关的参数变化进行研究，找到其存在的特点，使其安装误差在合理的范围内，从研究中可以找到船舶主机安装误差所在的范围，同时也要找到提高船舶轴系安装质量精准度的措施，使船厂更好地对船舶主机进行安装。
关键词：船舶主机；船舶轴系；轴系校核；安装；质量船厂在对船舶进行安装的时候，要保证其安装的质量。
在对船舶推进系统安装质量进行控制的时候，船舶轴系校中校核是其中至关重要的环节，要对其中的工艺、测量方法等进行具体化的规定，这样可以更好地保障系统安装的质量。
但是在实际的建造过程中，船舶推进系统会由于轴系校中不良的情况而出现发热、轴系振动超标等事故。
所以面对这些问题的时候，船厂要进行排轴、校中、校核，这样可以使故障有效地排除，更好地进行安装工作。
本文从船舶轴系安装的质量作为出发点，对船舶主机装配误差的影响进行深入的研究与分析，从而使现实建造过程中的故障减少，使安装质量有效的提高，这样可以使船厂更好的进行工作，获得更多的效益。
一、船舶主机的安装技术在对船舶进行安装工作的时候，要有其独特的安装技术，在安装过程中，要完全按照相关规定进行，这样有利于使船舶安装工作更好的完成。
船舶主机安装工艺，从最早采用机舱及艉部船体成形前主机吊入，船体成形后再找中铰孔方法，发展到采用了灌注环氧树脂定中安装工艺，再到更为先进的船舶主机弹性安装方法及工艺。
目前，应用最为广泛的还是环氧树脂定中安装工艺，在误差允许值内(开口≤0.15mm/m，偏移≤0.10mm)对主机与轴系连接质量进行校正2-3。
电磁隔振系统在船舶减震中的应用研究1. 引言船舶的减震技术对于提高船舶航行的舒适性、安全性和降低设备磨损具有重要意义。
传统的船舶减震方法包括橡胶隔振和气弹簧减震等，然而这些传统方法存在效果受限、维护成本高等问题。
因此，本文将重点研究电磁隔振系统在船舶减震中的应用，并探讨其在提高船舶减震效果方面的潜力。
2. 电磁隔振系统的原理电磁隔振系统是一种基于电磁力原理的主动减振技术。
通过安装在船舶结构上的传感器感知船体的振动情况，并将这些信息传递给电磁隔振控制器。
控制器根据传感器反馈的振动信号，通过调节电流从而改变电磁系统的刚度和阻尼特性，以抵消船体的振动。
3. 电磁隔振系统的优势相较于传统减震方法，电磁隔振系统具有以下优势：- 主动调节性能：电磁隔振系统能够根据实时振动信号进行主动调节，使其效果更加准确和灵活。
- 安装灵活性：电磁隔振系统可以根据船舶结构的需求进行灵活安装，不需要改变船舶原有结构。
- 低频减振效果好：电磁隔振系统在低频振动方面的减震效果较好，能够有效降低海浪引起的低频振动。
4. 电磁隔振系统在船舶减震中的应用研究4.1 安全性提升电磁隔振系统能够根据传感器反馈的准确振动信号，及时调整电磁系统的工作状态，从而降低船舶在大浪条件下的翻滚和倾斜风险。
这将有助于提高船舶的安全性。
4.2 舒适性提升船舶航行中常伴随着较大的振动和噪音，给乘客和船员带来不适。
电磁隔振系统的应用可以有效降低船体振动，从而提高乘客和船员的舒适性和工作效率。
4.3 能量回收船舶在航行过程中会受到各种力的作用而产生振动，这些振动代表了能量的损失。
电磁隔振系统在吸收振动的同时，还能将这些振动能量转化为电能进行回收利用。
这不仅提高了电磁隔振系统的效能，同时也有助于船舶的能源节约和环保。
5. 电磁隔振系统的应用前景电磁隔振技术在船舶减震领域的应用前景广阔。
随着科技的发展，电磁隔振系统将进一步提升其精确度和稳定性，以应对更复杂和恶劣的海况。
船舶动力系统隔振技术研究发布时间：2022-09-01T01:01:24.633Z 来源：《科学与技术》2022年8期（下）作者：李铁钢[导读] 对于高品质船舶、特种船舶而言，有效降低机械振动噪声是优化船舶舒适性、提升其隐蔽性、改善运行稳定性的关键所在。
李铁钢渤海造船厂集团有限公司辽宁省葫芦岛市 125004摘要：对于高品质船舶、特种船舶而言，有效降低机械振动噪声是优化船舶舒适性、提升其隐蔽性、改善运行稳定性的关键所在。
为此，需要对现代船舶动力系统的隔振技术应用予以深入分析，本文即以此为分析切入点，在对船舶动力系统隔振技术予以概述的基础上，重点剖析了船舶动力系统隔振装置的安装过程与调试过程，希望能够为相关实践提供一定借鉴参考。
关键词：船舶；动力系统；隔振技术；浮筏隔振系统船舶各类系统之中，动力系统的重要性不言而喻，通过特定作用机制，动力系统将主机所产生的动力有效转化为船舶推进力，从而保证船舶的正常运行。
然而在实践中，由于所承担功能的差异，部分较为特殊的船舶需要解决好船体疲劳激励、抗冲击、舒适性等方面的问题，甚至于需要保障一定的隐蔽性，这就必须采用一定的船舶动力系统隔振技术，通过加装隔振装置来满足现实要求。
1 船舶动力系统隔振技术概述1.1 船舶动力系统隔振技术的内涵随着声纳技术的持续发展，现阶段，如何有效降低因船舶动力系统所产生的机械振动噪声成为了相关研究的热点问题。
将弹性支撑引入到船舶动力系统相关装置上，从而降低船舶机械波动，是应用较为广泛的技术手段。
当前，主要通过两层隔振方式对柴油发电机组进行处理较为普遍，而船舶动力系统整体隔振技术则通过大型隔振平台予以隔振，其优势主要体现在下述几个方面：一是大平台通常具有较为理想的机械抗阻，进而可将隔离效果予以最大限度地提升；二是能够有效解决动力系统中因部分动力隔离装置隔振效果不佳所引发地“短板效应”问题，即大平台可使动力系统各类型装置均达到良好的隔振效果。
船用振动隔振器性能研究谢耀国;曲先强;崔洪斌;李新飞【摘要】Through the analysis and comparison of the results of static and dynamic performance testing of a series of laminated steel pieces isolators used in the vibration isolation of warships ,it has good isolation effect , in the number and thickness of laminated steel pieces of the same circumstances , the laminated steel arc and preload of test samples have a certain impact on the values of static stiffness , the dynamic stiffness , the damping ratio as well as the dynamic and static stiffness ratio .%对安装在船用设备上的叠层钢片振动隔振器的静态及动态性能进行分析测试，在不同叠层钢片厚度、弧度以及预紧力参数下，分别进行了静、动态性能测试，对测试结果进行分析。
测试结果表明，该隔振器具有较好的隔振效果，其动、静态的承载能力较大，承载范围较宽，在隔振器内部叠层钢片片数及厚度一定的情况下，叠层钢片弧度及其预紧力对其静刚度、动刚度和阻尼比等性能参数均有一定影响，测试结果对于工程设计具有较高的参考价值。
【期刊名称】《实验技术与管理》【年(卷),期】2015(000)009【总页数】5页(P46-50)【关键词】船用振动隔振器;叠层钢片;性能测试【作者】谢耀国;曲先强;崔洪斌;李新飞【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨 150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨 150001【正文语种】中文【中图分类】U661.43在舰船设备与其安装基座之间安装隔振器是一种有效的、且被各国海军广泛接受的方法,在基座上输入的激发能量暂时由隔振器存储,接着作为小振幅的低频振动传输到设备上,从而达到冲击隔离作用[1]。
船舶振动及其管理方面的探讨童少君（宁波舟山港股份有限公司油港轮驳分公司，浙江 宁波 315200）摘 要：本文从一名船舶管理人员的角度，概述了引起船舶振动的主要因素，以及在日常管理中，根据船上已有的条件和技术，采取哪些措施使船舶振动控制在一个限定的范围之内，并以遇到的实际情况为例提出需注意的一些事项。
关键词：振动；转速禁区；标准数值中图分类号：U661.44 文献标识码：A 文章编号：1006—7973（2019）05-0081-02DOI编码：10.13646/ki.42-1395/u.2019.05.033船舶在运行过程中，由于要受到周期性的不平衡力和力矩作用，船舶的振动现象不可避免。
而振动的存在，会使机件产生撞击和变形，增加机件的磨损，从而影响各机械设备的使用寿命，由于振动需要消耗能量，并且改变各部件的配合间隙和各种标准数值，使船舶的可靠性和经济性下降；同时振动还会使船员的工作条件恶化，损害健康，产生疲劳而酿成事故。
因此，对于轮机管理人员来说，如何在日常管理工作中，依靠船上已有的技术和条件，控制船舶振动在合理范围之内，使船舶能够平衡运行，这可以说是机舱管理工作的一项重要任务。
1 引起船舶振动的主要因素影响船舶振动的因素有多种多样，而且也极其复杂。
其中柴油机及其推进轴系的振动为引起船舶振动的主要因素。
柴油机是往复运动机械，它采用曲柄连杆机构把活塞的往复运动转换成曲轴的回转运动。
由于曲柄连杆机构这种复杂的运动特点，必然要产生周期性变化的不平衡力和力矩，它们的存在不仅影响活塞，连杆和曲轴的强度，也影响连杆小端和大端轴承的负荷、润滑和磨损，同时还使柴油机产生振动并引起船体振动，甚至会导致柴油机和船体发生故障或损坏。
船舶推进轴系在实际运转中会受到各种冲击和周期性的激振力的作用，主要有以下几种激振力：①柴油机气缸气体力、运动部件惯性力与重力等产生的作用在曲轴、曲柄销上的交变切向力和径向力；②螺旋桨在径向和周向都很不均匀的三维伴流场中运转时，受到的交变纵向和横向推力和力矩；③轴系部件运转时所产生的激振力和力矩。
船舶主机隔振对轴系适配性影响研究张智鹏1，李燎原2，曹贻鹏3(1. 大连测控技术研究所，辽宁大连 116013；2. 中国舰船研究设计中心，湖北武汉 430064；3. 哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，黑龙江哈尔滨 150001)摘要: 船舶轴系是推进系统中的重要部分，其运转的可靠性和稳定性都直接影响到船舶的运行。
本文以典型轴系试验台架为研究对象，建立轴系有限元模型，考虑纵摇环境下，船舶主机的隔振对轴系产生的附加激励，对轴系进行了瞬态响应分析。
结果表明，纵摇环境下，轴承负荷受主机垂直方向隔振刚度影响最大，而在进行总体设计时，应综合考虑隔振刚度对轴系振动和主机隔振效果的影响。
关键词：轴系振动；有限元法；纵摇；适配性中图分类号：U664.2 文献标识码：A文章编号： 1672 – 7649(2019)02 – 0080 – 05 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2019.02.016Research on the impact of ship main engine vibration isolation to shafting suitabilityZHANG Zhi-peng1, LI Liao-yuan2, CAO Yipeng3(1. Dalian Scientific Test and Control Technology Institute, Dalian 116013, China;2. China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China;3. College of Power and Energy Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001, China)Abstract: Marine shafting is a vital part of propulsion system. Ship normal running is directly influenced by its reliabil-ity and stability. A typical marine shafting test bench was investigated in this paper. A finite element model of the shafting was established based on FEM. Transient response analysis was carried out considering additional excitation caused by main engine vibration isolation under ship pitching. The computation results indicate that bearing loads are mainly affected by main engine vibration isolator's vertical stiffness. When in system design, the impact of vibration isolator's stiffness to shaft-ing vibration and isolation effect should be considered synthetically.Key words: shafting vibration；FEM；pitching；suitability0 引 言船舶轴系是推进系统中的重要部分，在实际运转中受到各种冲击和周期激振力作用，影响船舶运行的安全性[1]。
针对轴系、轴承、弹性联轴器的适配性设计是保障轴系安全可靠运行的关键因素。
目前一些船舶为了减少主机振动到船体的传递，普遍对主机进行了隔振处理[2-4]，在船舶摇摆环境下对轴系提出了大位移补偿要求，同时显著增加了主机端传递到轴系的扰动力。
由于对主机隔振后，支撑刚度降低，主机轴系与推进轴系产生耦合作用，改变了轴系的动力学特性，直接影响到轴系的低噪声性能及安全性。
国内外学者针对这一问题，已经开展了一些研究，取得一定的成果。
张亚洲[5]采用了气囊隔振器对主机进行隔振，分析了隔振后轴系的校中状态及其对轴系振动的影响，得出加载气囊隔振器后可以提高轴系抗横向干扰的能力，并有效地减小轴承支座的侧向移动。
卜文俊[6]对船舶推进装置气囊隔振系统对中可控性问题进行研究，提出了根据可控性进行控制系统工作参数自主调整的方法，并进行了试验验证。
Arvid Naess[7]提出了一种计算船体振动的二阶理论，该方法可以适应随机海况下船体的弹性变形，并且对计算机第41 卷第 2 期舰船科学技术Vol. 41, No. 2 2019 年 2 月SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Feb. , 2019收稿日期: 2018 – 03 – 19；修回日期: 2018 – 04 – 03作者简介: 张智鹏(1990 – )，男，硕士，助理工程师，研究方向为船舶振动噪声测试与分析。
的性能要求不高，具有一定的普适性。
J.Juncher Jensen[8]则基于非线性切片理论，推导了随机波浪中船体附加质量，阻尼和水线变化中的非线性影响，得出在短波长波浪激励下，非线性因素不可忽略。
Alok K.Jha[9]进一步研究了近海的情况，应用非线性传递函数，分析了波浪载荷下船体的振动响应，得到较为准确的结果，但是这种方法耗时很高，仍需要改进。
郭全丽[3]建立了包括主机及其隔振系统的有限元模型和运动微分方程，分析了隔振刚度对冲击响应的影响，研究表明隔振刚度与轴系抗冲击性能相互抵触，如何平衡二者之间的关系是设计的关键。
刘树鹏[10]对舰船发生纵、横摇摆运动时，舰船动力装置转子-系统进行了建模，对其动力学特性进行深入的分析和研究，并考虑了线性和非线性油膜力的作用。
可以看出，目前国内外学者的主要研究方向还集中于船体在简化的波浪环境下的振动状态，并未针对摇摆运动本身，对推进轴系振动的影响进行分析。
本文正是基于这一角度，首先建立纵摇环境的简化方法，然后建立带有主机隔振系统的推进轴系动力学模型，进行纵摇环境下轴系动力响应的计算，分析轴系各轴承的适配性，为轴系设计提供指导。
1 纵摇环境简化方法船舶在航行过程中，受到风力、不规则波浪或发射武备后坐力等因素影响，会产生各种摇荡运动，其中纵摇运动是最危险的运动之一，是船舶失速、砰击、上浪的主要原因，严重影响航行的安全性，因此本文主要考虑纵摇环境下推进轴系的动力响应。
纵摇是船体绕横轴的回转振荡运动。
考虑纵摇环境时，常规思路是将船体整体的结构位置进行改变，这就要求在每一步计算之前，都要重新建立模型，操作起来十分复杂。
因此本文考虑对施加载荷的方式进行简化，由于船舶的纵摇运动是一个整体性运动，其每一部分的运动幅度都相同，因此考虑将船体结构作为静止项，改变其重力场的方式，再将纵摇运动产生的加速度考虑进去，最终其动力学参数可以近似以重力加速度与纵摇加速度的合成来等效计算。
纵摇运动等效示意图如图1所示。
根据《舰船通用规范》的要求，船舶纵摇时的最大角度为±15°，最长周期为10 s，因此假定纵摇角θ随时间t变化的方程为：θ=π12×sin2πt10，(1)式中，t为时间，角位移单位为弧度。
纵摇的等效加速度由重力加速度和纵摇运动加速度合成所得。
定义图1所示的船体剖面为XOZ平面，L为船体重心至纵摇所绕横轴的距离，则等效重力加速度可由式（2）表示。
ω=2π10A=sin(ωt)B=cos(ωt)C=sinθD=cosθ令，，，，，则g v=[g+π12ω2L(π12B2D−AC)]D+[π12ω2L(−π12B2C−AD)]C，g A=[g+π12ω2L(π12B2D−AC)]C−[π12ω2L(−π12B2C−AD)]D，−→g=(gV,0,g A)。
(2)由于本文主要进行方法与机理的研究，假定L=10。
2 轴系动力学模型2.1 模型建立基于某典型船舶推进轴系试验台，建立轴系动力学模型。
该推进轴系全长5 m，由3个轴承支撑，分别为尾后轴承、尾前轴承、推力轴承，其中推力轴承为油润滑轴承，尾后轴承和尾前轴承为水润滑橡胶轴承，各轴承均采用独立的润滑系统，尾部安装有螺旋桨。
应用有限元法，建立的轴系动力学模型如图2所示。
图 1 纵摇简化示意图Fig. 1 Predigestion of pitching图 2 轴系台架模型Fig. 2 Model of shafting test bench第 41 卷张智鹏，等：船舶主机隔振对轴系适配性影响研究· 81 ·2.2 模型验证对该轴系试验台进行模态测试，并与仿真结果进行对比分析，对比结果如表1和图3所示。
可以看出，轴系弯曲振动固有频率的试验值和计算值一致性较好，振型基本一致，说明该模型建立的参数准确，方式合理，可以应用于下一步的计算中。
3 计算分析3.1 载荷输入将纵摇环境的各参数代入式(2)，得到各方向的等效重力加速度，对轴系动力学模型进行瞬态响应分析，计算时取4个周期，以保证计算结果的稳定性。
输入的等效重力加速度曲线如图4所示。
可以看出，垂直方向的等效重力加速度在重力加速度附近波动，这是由于纵摇的运动形式产生的惯性加速度与重力加速度合成的结果，与此同时，由于纵摇运动是一种类似圆周的运动，因此也产生了轴向的加速度。
弹性联轴器对轴系的附加激励结果如图5所示。
可以看出，对主机进行隔振后，纵摇环境下弹性联轴器处的激励明显增大，最大值均出现在纵摇角度最大的时刻，说明由于轴段侧和主机侧运动的不同步，弹性联轴器激励已经成为了一个主要激励。
3.2 隔振刚度对轴承负荷的影响1）分析不同方向的刚度变化对轴系适配性的影响选取基准隔振刚度，将其设置为K，分别将主机隔振轴向、垂直方向和水平方向的刚度变为0.8K，计入纵摇环境边界条件进行计算，提取各轴承的负荷，进行对比说明，结果如图6所示。
表 1 轴系弯曲振动固有频率Tab. 1 Natural frequencies of shafting transverse vibration阶数1234试验值/Hz44.74574.036100.077201.651计算值/Hz45.02775.14296.957209.870误差0.63% 1.49% 3.12% 4.08%图 3 轴系模态振型试验与仿真的比较Fig. 3 Comparison of shafting modes by tests and computation图 4 纵摇环境等效重力加速度Fig. 4 Equivalent gravity of pitching图 5 弹性联轴器激励力Fig. 5 Excitation forces at coupling· 82 ·舰船科学技术第 41 卷可以看出，当主机垂向隔振刚度变化时，尾前轴承和推力轴承的各方向轴承负荷受其影响最大，亦即尾前轴承和推力轴承的负荷对主机垂直方向隔振刚度最为敏感。
