課題十四柴油機振動與平衡

課題十四柴油機振動與均衡目的要求：1．熟習(xí)曲軸連桿運動及動力狀況。熱力學(xué)基本觀點。2．認(rèn)識柴油機振動規(guī)律及危害。3．掌握多缸柴油機振動與均衡的方法。4．熟習(xí)軸系各樣扭振及特征。5．掌握軸系減振舉措及減振裝置。要點難點：1．多缸柴油機振動與均衡的方法。2．軸系減振舉措及減振裝置。教課時數(shù)：4學(xué)時教課方法：多媒體講解課外思慮題：1．柴油機曲軸連桿機構(gòu)受力特色。2．柴油機振動與均衡的方法。3．什么是軸系的強迫扭轉(zhuǎn)振動？有何特征？4．軸系減振有哪些舉措？減振裝置種類及作用。課題十四柴油機振動與均衡第一節(jié)曲柄連桿機構(gòu)慣性力一、活塞連桿的運動1．活塞的運動1）活塞的位移xxR(1cos)R(1cos2)42）活塞運動速度VVR(sinsin2)23）活塞運動加快度aaR2(coscos2)可見在活塞的來去運動中，其運動速度是周期交變的。2．連桿的運動連桿的運動形態(tài)比較復(fù)雜，連桿小端伴同活塞做來去運動，桿身繞活塞銷搖動，連桿大端伴同曲柄銷做展轉(zhuǎn)運動，從整體上看可視為連桿繞活塞銷中心線搖動。．當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角α=90°時，連桿搖動角達最大值且位于氣缸中心線右邊，搖動角速度為0；當(dāng)α=270°時，連桿搖動角也達最大值，但位于氣缸中心線左邊，搖動角速度也為0。．當(dāng)曲柄轉(zhuǎn)角α=0°和α=180°時，連桿的搖動角速度達到最大值，且數(shù)值相等而方向相反。二、曲柄連桿機構(gòu)的慣性力1．來去慣性力FjFjmjmjR2(coscos2)來去慣性力老是沿著氣缸中心線作用在活塞銷中心上；數(shù)值大小和方向隨曲柄轉(zhuǎn)角交變且一直與加快度方向相反；在上止點時方向向上，在下止點時方向向下。2．離心慣性力FRmR包含曲柄的展轉(zhuǎn)質(zhì)量mRR和連桿轉(zhuǎn)變的質(zhì)量mc2即mR=mRR＋mc2。若曲柄半徑為R，曲軸展轉(zhuǎn)角速度為ω，則展轉(zhuǎn)質(zhì)量mR對曲軸展轉(zhuǎn)中心離心慣性力FR=mR·R·ω。可見，展轉(zhuǎn)慣性力的數(shù)值大小不變，作用方向沿著曲柄半徑一直向外。3．連桿力偶ML1連桿力偶ML作用在連桿搖動平面內(nèi)，其數(shù)值大小交變：當(dāng)連桿搖動到氣缸中心線右邊時為順時針方向；當(dāng)連桿搖動到氣缸中心線左邊時ML為逆時針方向。第二節(jié)曲柄連桿機構(gòu)上的作使勁1．氣體力FgFgD2pg4氣體力Fg也是周期交變的，其方向沿氣缸中心線向下。2．作用于活塞銷上的協(xié)力F由圖14-1可知，F(xiàn)=Fg＋Fj。明顯，協(xié)力F的數(shù)值大小交變，而方向主要取決于Fj的方向：關(guān)于二沖程柴油機協(xié)力方向不變，幾乎向來向下；關(guān)于四沖程柴油機方向交變，上下交替。3．側(cè)推力FN和連桿推力FLFN=F·tgβFL=F/cosβ明顯，側(cè)推力FN的大小交變，方向交變、左右交替。連桿推力FL的數(shù)值大小交變，而方向能否交變圖14-1曲柄連桿機構(gòu)的作使勁取決于是四沖程仍是二沖程機。4．切向力T和法向力ZT=FL·sin（α＋β）=F·sin（α＋β）/cosβZ=FL·cos（α＋β）=F·cos（α＋β）/cosβ切向力T是構(gòu)成柴油機對外做功的主要作使勁，其大小與方向交變。法向力Z作用在曲柄中心線方向并傳達到主軸承上。明顯，連桿大端軸承所承受的作使勁是切向力T、法向力Z以及連桿轉(zhuǎn)變的展轉(zhuǎn)質(zhì)量mc2所產(chǎn)生的離心慣性力FR=mc2·R·ω2三者的協(xié)力。5．輸出扭矩MM=T·R=F·Rsin（α＋β）/cosβ輸出扭矩M也是周期交變的，其變化規(guī)律同切向力同樣。6．顛覆力矩MD此顛覆力矩MD和柴油機的輸出扭矩M大小相等而方向相反（證明略），M=-MD=T·R。由此可知，主軸承上的作使勁是離心慣性力FR與連桿推力FL的協(xié)力。第三節(jié)柴油機的振動和均衡方法2一、柴油機振動的基本觀點1．振動的一般觀點柴油機產(chǎn)生周期性變化的慣性力（力矩），將使柴油機使機座產(chǎn)生橫向和縱向振動──外部振動；周期變化的扭轉(zhuǎn)力矩使機體內(nèi)產(chǎn)生扭振──內(nèi)部振動。2．柴油機振動的危害）影響靠譜性和持久性。2）降低動力性和經(jīng)濟性。）傷害舒坦性。二、惹起柴油機振動的外力和振動規(guī)律1．單缸機的不均衡力和力矩1）離心慣性力FRFR=-mR·R·ω2因為離心力是展轉(zhuǎn)的，所以它惹起柴油機上下、左右隨曲柄地點各個方向的振動。2）來去慣性力FjFjmjR2cosmjR2cos2Fj1Fj2一次來去慣性力Fj1在曲軸轉(zhuǎn)一圈的時間內(nèi)周期性地迫使柴油機向下和向上各振動一次，其振動圓頻次為ω。二次來去慣性力Fj2在曲軸轉(zhuǎn)一圈的時間內(nèi)周期性地迫使柴油機向下和向上各振動兩次，其振動圓頻次為2ω?？偟恼f來，來去慣性力Fj使柴油機發(fā)生上下方向的振動。3）顛覆力矩MDMD=-M=-T·R。顛覆力矩MD其實是曲軸輸賣力矩的反力矩，它是柴油機裝置中最重要的振動力源之一，它將使柴油機產(chǎn)生搖晃性振動。4）連桿力偶ML連桿力偶是一個使柴油機在橫向發(fā)生搖動的振動力源，但因為連桿力偶ML較小，一般忽略其影響。2．多缸機的不均衡力和力矩1）合成離心慣性力∑FR多缸機的曲柄都為平均散布，所以其合成離心慣性力∑FR老是均衡的，即∑FR=0，所以不會造成柴油機的振動。2）合成離心慣性力矩∑MR當(dāng)∑FR=0的狀況下，∑MR可能等于零，也可能不等于零，完整取決于柴油機缸數(shù)和曲3柄擺列狀況。不均衡合成離心慣性力矩∑MR的大小不變，作用在一個過曲軸展轉(zhuǎn)中心線并與第一缸曲柄存在著固定間隔角，以角速度ω展轉(zhuǎn)的平面內(nèi)。使柴油機縱向產(chǎn)生上下、左右方向的振動。3）合成來去慣性力∑Fj研究表示2缸柴油機的∑Fj1=0；3缸以上二沖程柴油機和除個別4缸機外的四沖程柴油機的∑Fj2=0。即多缸柴油機的合成來去慣性力往常均可自己均衡，∑Fj=0，不產(chǎn)生振動。4）合成來去慣性力矩∑Mj合成來去慣性力矩∑Mj是各缸來去慣性力Fj對柴油機重心構(gòu)成的力矩之和：∑Mj=∑Mj1+∑Mj2。經(jīng)過對不一樣氣缸數(shù)和曲柄不一樣擺列的柴油機研究可知：當(dāng)∑Fj1=0時，∑Mj可能為零，也可能不為零；同理，當(dāng)∑Fj2=0時，也是這樣。明顯，當(dāng)∑Mj1≠0或∑Mj2≠0時，不均衡的來去慣性力矩使柴油機在縱向平面內(nèi)上下?lián)u動。5）總顛覆力矩∑MD總顛覆力矩∑MD會惹起多缸柴油機橫向振動，并經(jīng)過基座作用到船體上，激發(fā)船體振動。但因多缸機的∑Mg（曲軸輸出總轉(zhuǎn)矩）趨于平均，故總傾力矩∑MD亦趨于穩(wěn)固。缸數(shù)越多，∑MD顛簸幅度值越小。6）總連桿力偶∑ML總連桿力偶∑ML大多等于零，其對柴油機振動的影響很小，一般可忽視不計。惹起柴油機振動的各樣慣性力和慣性力矩如表14-1所示：表14-1序號項目公式振動形式說明1離心慣性力FR-mR·R·ω2上下、左右振動多缸機∑FR=0，不會惹起振動2離心慣性力矩∑MR上下、左右振動∑MR≠0時，會惹起振動3來去慣性力Fj-mj·a上下振動多缸機∑Fj=0，不會惹起振動4來去慣性力矩∑Mj上下振動∑Mj=0時，不會惹起振動5顛覆力矩∑MD-T·R左右振動經(jīng)過基座激發(fā)船體振動6連桿力偶ML左右振動一般忽視三、多缸柴油機的均衡與減振1．外面均衡與內(nèi)部均衡對多缸柴油機，如采納適合的曲柄擺列，可達到下述均衡狀態(tài)，即：∑PR=0∑Pj1=0∑Pj2=0∑MR=0∑Mj1=0∑Mj2=0此時柴油機對機體外的作使勁與力矩都等于零，我們稱柴油機達到了“外面均衡”，即對機體外沒有作使勁及激勵力矩輸出，也就是達到了機體減振的目的。把考慮機身內(nèi)部受力狀況的均衡稱為柴油機的“內(nèi)部均衡”。往常以柴油機達到某種程度4的外面均衡后，曲軸所受的最大曲折力矩（也稱內(nèi)力矩）來表征柴油機內(nèi)部的均衡性。使曲軸所受的最大曲折力矩限制在安全范圍內(nèi)的均衡舉措，即為內(nèi)部均衡。2．離心慣性力及其力矩的均衡1）各缸均衡法在每一個曲柄臂上都反方向布置均衡重，以均衡每個曲柄的離心慣性力。因為除去了每個曲柄的離心力，自然就除去了柴油機的合成離心力和合成離心力矩。既做到了外面均衡，也做到了內(nèi)部均衡。但這種方法均衡重塊多，重量大，使各曲柄的轉(zhuǎn)動慣量增添好多，可能會影響到柴油機的扭轉(zhuǎn)振動。2）分段均衡法將曲軸分紅兩段（或數(shù)段）爾后分別對各段所存在的合成均衡離心力矩采納均衡舉措。這是一種折衷方案。圖14-3LMC／MCE鏈條傳動式均衡裝置53）整體均衡法在首尾兩個曲柄上各加一對方向正好相反的均衡重塊，以除去所有曲柄的合成離心力矩。它的長處是幾種均衡法中曲軸重量最輕，但內(nèi)部均衡性較差。）不規(guī)則均衡法精選若干個曲柄，在這些曲柄上有條件或是能較方便地配置好均衡重塊，用以均衡合成離心慣性力矩。這種均衡方法能夠改良柴油機內(nèi)部均衡特征和某些軸承的軸承負(fù)荷。3．來去慣性力及其力矩的均衡均衡來去慣性力矩的基來源理是在柴油機上裝設(shè)一套正反轉(zhuǎn)均衡輪系，使之產(chǎn)生一對正反轉(zhuǎn)方向展轉(zhuǎn)的均衡力矩，以除去柴油機中存在的不均衡合成來去慣性力矩。其均衡裝置按傳動方式的不一樣，可分為以下三種：1）雙軸均衡裝置（圖14-3a））一次來去慣性力矩，兩根均衡軸的一端均有齒輪傳動，使之產(chǎn)生角速度ω的正反向轉(zhuǎn)動。軸兩頭裝有兩個均衡重，每兩個均衡重的離心力合成一個垂直方向的作使勁，不過軸兩頭作用力的大小相等方向相反。這樣當(dāng)由均衡重形成的力矩與合成一次來去慣性力矩的大小相等而方向相反時，就達到了均衡目的。2）首尾齒輪傳動式均衡裝置（圖14-3b））首尾兩頭分別用齒輪傳動兩個以角速度2ω加正反轉(zhuǎn)的均衡重，以在柴油機縱剖面內(nèi)產(chǎn)生一個均衡合成二次來去慣性力矩的均衡力矩。圖14-4LMC/MCE鏈條傳動式均衡裝置63）鏈條傳動式均衡裝置（圖14-4）圖14-4為B＆WLMC／MCE大型低速柴油機的一次、二次來去慣性力矩均衡裝置（賠償器），它由曲軸驅(qū)動凸輪軸的鏈條直接傳動?？裳b在柴油機的首端或尾端。依據(jù)需要可只裝一次賠償器或二次賠償器或同時安裝一次及二次賠償器。4．總顛覆力矩∑MD的均衡關(guān)于中、高速柴油機，可采納柔性機座，即機器經(jīng)過橡皮隔振座或彈簧座安裝在船體上，使振動力源不傳或少傳到船體上去。在低速柴油機中，柴油機的機座與基座常常是剛性連結(jié)，即柴油機機座經(jīng)過很多墊塊，用地腳螺栓安裝在船體基座上?？繌娛⒌拇w基座承受總顛覆力矩∑MD產(chǎn)生的振動。第四節(jié)軸系的扭轉(zhuǎn)振動特征一、扭擺扭轉(zhuǎn)振動的特征扭擺是最簡單的扭振系統(tǒng)。軸的一端固定，另一端與一個圓盤連結(jié)，并假設(shè)圓軸只有彈性而無轉(zhuǎn)動慣量，圓盤只有轉(zhuǎn)動慣量而無彈性，即構(gòu)成扭擺。1．扭擺的無阻尼自由扭轉(zhuǎn)振動若在扭擺的圓盤上加一扭矩轉(zhuǎn)一個角度，而后忽然去掉此力矩，則圓盤就在圓軸的彈性力矩與圓盤的慣性力矩作用下，以軸線為中心往返搖動，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。此種僅由軸系的彈性力矩與慣性力矩作用所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)振動，稱自由扭轉(zhuǎn)振動。若不計任何阻尼，則稱無阻尼自由扭轉(zhuǎn)振動。理論研究指出，該種扭振的運動方程式為：Asinet無阻尼自由扭轉(zhuǎn)振動有以下特色：1）無阻尼自由扭轉(zhuǎn)振動是一種簡諧振動。其振幅A、自振圓頻次ωe以及初相位決定了簡諧振動的基本特色，故亦稱振動三因素。（2）無阻尼自由扭轉(zhuǎn)振動的自振頻次人fe≈9.55ω，ee

1是一個只取決于扭振Ie系統(tǒng)（I、e）的固有頻次。它與外力矩大小沒關(guān)。（3）圓盤振幅A的大小取決于作用在圓盤上的外力矩的大小。2．扭擺的有阻尼自由扭轉(zhuǎn)振動任何自由扭振都是有阻尼的。在扭振中，阻尼是一種與振動方向相反的抵擋力矩，其大小與扭轉(zhuǎn)角速度成正比。依據(jù)理論研究，此扭振系統(tǒng)的運動方程式為：entAsin22ten扭擺的有阻尼自由扭振有以下特色：（1）它也是一種簡諧振動。但其振幅是衰減的。阻尼比n越大，衰減愈快。72）它的自振圓頻次沒關(guān)。

2n2e小于無阻尼自由振動圓頻次ωe，并且其大小也與外力矩3．扭擺的有阻尼強迫扭轉(zhuǎn)振動扭擺在一個連續(xù)的簡諧力矩Mt=Msinωt作用下，并計及阻尼時所發(fā)生的扭轉(zhuǎn)振動，稱扭擺的有阻尼強迫扭轉(zhuǎn)振動。此交變的外力矩稱激振或激勵力矩。若激振力矩M=Msinωt，則t扭擺的有阻尼強迫扭振方程式為：A1sintentAsin22ten12扭擺的有阻尼強迫扭轉(zhuǎn)振動有以下特色：（1）它是由強迫振動ψ1與有阻尼自由扭振ψ2兩種簡諧振動合成的。經(jīng)過一準(zhǔn)時間后ψ2消逝，只剩下強迫振動ψ1。2）強迫振動ψ1是由激振力矩Mt激起的，且其圓頻次與激振力矩圓頻次同樣，即皆為同一個ω。（3）強迫振動ψ1與激振力矩Mt在相位上不一樣步。研究可知，Al的大小主要取決于扭擺的自振圓頻次ωe。二、軸系扭轉(zhuǎn)振動的特征柴油機推動軸系往常由減振器、曲軸及相連的活塞連桿機構(gòu)、推力軸、飛輪、中間軸、尾軸及螺旋槳構(gòu)成。這是一個特別復(fù)雜的扭振系統(tǒng)，軸系的各構(gòu)成部分既有轉(zhuǎn)動慣量，又有扭轉(zhuǎn)彈性。為了便于研究剖析，往常把柴油機及軸系轉(zhuǎn)變?yōu)槿舾蓚€只有柔度而無轉(zhuǎn)動慣量的軸段和相互連結(jié)起來的只有轉(zhuǎn)動慣量而無柔度的集中質(zhì)量構(gòu)成的扭振系統(tǒng)。這種轉(zhuǎn)變系統(tǒng)稱為柴油機及其軸系的當(dāng)量扭振系統(tǒng)。三、軸系的自由扭轉(zhuǎn)振動特征1．雙質(zhì)量系統(tǒng)自由扭轉(zhuǎn)振動特征關(guān)于中機艙型推動軸系，因為中間軸很長、柔度很大，能夠把曲柄連桿機構(gòu)和飛輪歸并成一個轉(zhuǎn)動質(zhì)量，螺旋槳為另一個集中質(zhì)量，簡化成一個雙質(zhì)量當(dāng)量扭振系統(tǒng)。雙質(zhì)量系統(tǒng)無阻尼自由振動有以下特色：1）兩個質(zhì)量都在進行簡諧振動，它們的頻次、初相位同樣；2）兩個質(zhì)量的振幅之比與轉(zhuǎn)動慣量成反比且反向；3）自振圓頻次只取決于系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)動慣量和軸的柔度，與外力矩的大小沒關(guān)。亦稱固有圓頻次。2．三質(zhì)量系統(tǒng)的自由扭轉(zhuǎn)振動特征艉機艙的軸系，能夠把曲柄連桿機構(gòu)歸并成一個集中轉(zhuǎn)動質(zhì)量，飛輪為第二個轉(zhuǎn)動質(zhì)量，螺旋槳為第三個轉(zhuǎn)動質(zhì)量。由此能夠簡化為三個集中質(zhì)量、二個軸段構(gòu)成的三質(zhì)量當(dāng)量扭振系統(tǒng)。（1）三質(zhì)量系統(tǒng)無阻尼自由扭轉(zhuǎn)振動是由兩種簡諧振動相加而成的。8（2）三質(zhì)量扭振系統(tǒng)擁有兩種自振圓頻次，此中ωel稱單節(jié)圓頻次，數(shù)值較低，ωe2稱雙節(jié)圓頻次，數(shù)值較高，即ωel＜ωe2。其數(shù)值取決于系統(tǒng)各質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量和軸段柔度。3）在不一樣圓頻次下振動的振型是不一樣的。質(zhì)量愈大離節(jié)點愈近，振幅愈小。節(jié)點多落在柔度較大的軸段上。3．n個質(zhì)量系統(tǒng)的自由扭轉(zhuǎn)振動特征往常，柴油機推動軸系均為多質(zhì)量、多軸段的扭振軸系，可簡化為n質(zhì)量當(dāng)量扭振系統(tǒng)。個質(zhì)量的無阻尼自由扭轉(zhuǎn)振動有以下特征：（1）每個質(zhì)量的無阻尼扭振均為（n～1）種簡諧振動相加而成；（2）n個質(zhì)量的無阻尼自由扭轉(zhuǎn)振動擁有（n－1）個自振圓頻次，分別為單節(jié)（ωe1）、雙節(jié)（ωe2）、三節(jié)（ωe3）（n－1）節(jié)（ωe(n-1)）自振頻次，且單節(jié)圓頻次最低，（n－1）節(jié)圓頻次最高，即。ωe1＜ωe2＜ω＜ωe(n-1)。若以振動振幅比較，則單節(jié)點振動振幅最大，e3多節(jié)點振動的振幅遞減；3）n個質(zhì)量的無阻尼自由扭振擁有（n－1）個振型，即單節(jié)點、雙節(jié)點、三節(jié)點n－1）節(jié)點自由扭轉(zhuǎn)振動振型。四、,軸系的強迫扭轉(zhuǎn)振動1．激振力矩在柴油靈活力裝置中，使軸系產(chǎn)生強迫扭轉(zhuǎn)振動的激振力矩有：氣缸中氣體力產(chǎn)生的周期性變化力矩；曲柄連桿機構(gòu)的重力和來去慣性力產(chǎn)生的周期性變化力矩；螺旋槳、發(fā)電機等接受功率零件不可以平均汲取扭矩而產(chǎn)生的周期性變化力矩。氣缸中的氣體力所產(chǎn)生的周期性變化力矩是使軸系產(chǎn)生強迫扭轉(zhuǎn)振動的主要激振力矩，作用在活塞上的氣體力fg經(jīng)過連桿傳給曲軸的輸賣力矩Mg為MgpgD2sinR4cos氣體力產(chǎn)生的激振力矩Mg是曲軸轉(zhuǎn)角的一個復(fù)雜周期函數(shù)。對這種復(fù)雜的周期函數(shù)可使用簡諧剖析法把它分解為無數(shù)個簡諧函數(shù)所構(gòu)成的傅立葉三角級數(shù)，這樣我們就能夠分別考慮各次簡諧激振力矩對軸系產(chǎn)生的激抖擻用。曲柄連桿機構(gòu)來去質(zhì)量慣性力和重力產(chǎn)生的激振力矩也是一種復(fù)雜的周期性變化函數(shù)，同樣可對此種函數(shù)進行簡諧剖析。此中，由重力產(chǎn)生的激振力矩除大型低速柴油機中因零零件大，應(yīng)試慮其影響外，對其余柴油機可忽視其影響。對來去慣性力產(chǎn)生的激振力矩進行簡諧剖析時，只考慮簡諧次數(shù)ν≤4的簡諧函數(shù)的影響。曲柄連桿機構(gòu)的展轉(zhuǎn)質(zhì)量產(chǎn)生的離心力垂直于軸線，不產(chǎn)生扭矩，一般不會直接激起軸系的扭轉(zhuǎn)振動，但可能激起曲軸的橫向展轉(zhuǎn)振動，并產(chǎn)生耦合的扭振和縱振。螺旋槳所產(chǎn)生的激振力矩是螺旋槳在不平均的伴流場中運行時，由作用在槳葉上的流體力惹起的。其變化頻次為葉頻（槳葉數(shù)乘以軸的旋轉(zhuǎn)頻次）或倍葉頻（葉頻的整數(shù)倍）。所以，螺旋槳在展轉(zhuǎn)中產(chǎn)生的激振力矩的簡諧次數(shù)等于槳葉片數(shù)的整數(shù)倍。因為螺旋槳激振力矩比氣體力激振力矩小得多，一般不予考慮?？墒?，假如螺旋槳和柴油機的激振力矩頻次和相位同樣9時，將會使軸系的扭轉(zhuǎn)振動加劇。所以，當(dāng)柴油機的缸數(shù)是螺旋槳葉數(shù)整數(shù)倍時，軸系設(shè)計和螺旋槳安裝應(yīng)注意防止因為螺旋槳激振力矩而惹起軸系扭振增大。2．扭轉(zhuǎn)振動的阻尼1）柴油機阻尼──柴油機的阻尼有曲柄連桿機構(gòu)在扭振中產(chǎn)生的軸頸與軸承、活塞隨和缸的摩擦阻尼，運動機件與空氣的摩擦阻尼，曲軸在變形中內(nèi)部分子間的摩擦阻尼。2）軸段阻尼──軸段阻尼主假如軸在發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形時在資料分子間產(chǎn)生的摩擦阻尼。3）螺旋槳阻尼──螺旋槳阻尼是因為螺旋槳在水中發(fā)生扭振時，槳葉與水摩擦造成的。3．軸系的強迫扭轉(zhuǎn)振動特征1）軸系的共振船舶推動軸系是一個多質(zhì)量彈性扭振系統(tǒng)，它的自振頻次和對應(yīng)的振動形式有（n一1）個，n為軸系的集中質(zhì)量數(shù)量。軸系的自振頻次的數(shù)值取決于系統(tǒng)質(zhì)量的轉(zhuǎn)動慣量和軸的柔度。軸系的自振頻次是軸系固有的，也稱之為軸系的固有頻次。軸系上作用著氣體力、來去慣性力、重力、螺旋槳水阻力所產(chǎn)生的激振力矩。這些激振力矩都能夠分解成以軸系轉(zhuǎn)動角速度（ω）為基礎(chǔ)的各樣簡諧次數(shù)的簡諧力矩。軸系在各樣簡諧次數(shù)的簡諧力矩作用下，會產(chǎn)生各樣頻次的強迫扭轉(zhuǎn)振動。所以，關(guān)于船舶推動軸系而言，在傳達柴油機輸出扭矩的同時，在軸系上必定存在著扭轉(zhuǎn)振動及由此產(chǎn)生的扭振附帶應(yīng)力。當(dāng)某次簡諧力矩的變化頻次等于軸系的某個自振頻次時，軸系便會產(chǎn)生這個自振頻次及振動形式下的共振。軸系共振時，軸系強迫振動的振型同該自振頻次同樣的自由振動振型相像。因為阻尼的存在，振幅不會連續(xù)地增大而變?yōu)闊o量大，但要達到最大值。產(chǎn)生的附帶扭矩和扭振附帶應(yīng)力也達到最大值，有可能造成軸系破壞。所以在軸系的強迫扭轉(zhuǎn)振動研究中，共振及其相關(guān)特色是最重要的研究內(nèi)容。2）主臨界轉(zhuǎn)速與副臨界轉(zhuǎn)速臨界轉(zhuǎn)速可分為主臨界轉(zhuǎn)速與副臨界轉(zhuǎn)速。主臨界轉(zhuǎn)速為主共振的相應(yīng)轉(zhuǎn)速。主共振是由簡諧次數(shù)。等于曲軸每轉(zhuǎn)生氣氣缸數(shù)整數(shù)倍的激振力矩（稱主諧量）所惹起的共振。在主臨界轉(zhuǎn)速，各缸激振力矩方向同樣，它將激起激烈的扭振，在常用轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)避開。副臨界轉(zhuǎn)速為主臨界轉(zhuǎn)速之外的所有臨界轉(zhuǎn)速或副共振（除主共振外的共振）相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。在軸系發(fā)生單節(jié)共振時，主諧量對軸的激抖擻用激烈，其共振振幅最大，因此是最危險的。在軸系發(fā)生雙節(jié)主共振時，因為主機的飛輪大小、軸系長短不一樣而使雙節(jié)的第一個節(jié)點地點有所不一樣。若節(jié)點湊近飛輪端，則主諧量惹起的主共振仍舊激烈，共振振幅很大。若節(jié)點位于各缸的中間部分，則因為節(jié)點雙側(cè)的振幅正負(fù)相互抵消而使主諧量的激抖擻用減弱，但此時有可能副共振比較激烈。3）封缸運行時的扭振特色在航行中，柴油機的個別氣缸出現(xiàn)故障，有時不得不進行封缸運行。柴油機封缸運行時主要有以下兩類狀況：1）氣缸因各樣原由不可以工作而將故障氣缸噴油泵的頂頭抬起，推行單缸停油。2）將破壞的運動件拆掉。多半狀況不過拆掉活塞，個別狀況下也可能拆掉十字頭和連10桿。柴油機封缸運行時，拆掉運動件對扭振的影響最嚴(yán)重。因為柴油機運行不平均性明顯增添，使原處于次要地位的扭振明顯增強，機器噪音增大，甚至出現(xiàn)激烈的低次簡諧的滾振。為保證封缸運行時的安全，在扭振計算中要對封缸工況下的扭振特征進行估量。4）現(xiàn)代船用大型柴油機的扭振特色現(xiàn)代船用大型柴油機發(fā)展的一個明顯特色是長行程或超長行程，為了縮短機艙長度，減少維修花費，少缸數(shù)（缸數(shù)少于6）柴油機陸續(xù)開始使用。因為單缸功率大、缸數(shù)少，使得柴油機輸出扭矩更為不平均，使激振力矩增添；同時長行程使各缸轉(zhuǎn)動慣量增添，軸系的自振頻次降低，在運行范圍內(nèi)易出現(xiàn)由低次簡諧力矩（簡諧力矩振幅大）激起的扭振共振；因為柴油機展轉(zhuǎn)不平均，必定惹起螺旋槳推力不平均，易激發(fā)軸系的縱振和船體振動?？傊鲜鲇绊懚紩馆S系的扭轉(zhuǎn)振動加劇，中間軸產(chǎn)生過大的扭振振幅和扭振附帶應(yīng)力。因此一定采納相應(yīng)的減振舉措，減小中間軸的扭振應(yīng)力。第五節(jié)軸系扭轉(zhuǎn)振動的減振舉措柴油機軸系在傳達展轉(zhuǎn)力矩的同時發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動的現(xiàn)象是不行防止的，進而在軸系內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的扭振附帶應(yīng)力。假如此附帶應(yīng)力不超出相關(guān)規(guī)范所規(guī)定的許用應(yīng)力，則該軸系能夠安全運行，扭轉(zhuǎn)振動無害，不需采納減振舉措。假如此附帶應(yīng)力值（或變形）超出了許用應(yīng)力（往常多發(fā)生在共振時），則按相關(guān)規(guī)范的規(guī)定應(yīng)采納相應(yīng)的預(yù)防舉措予以消減。一、船舶軸系扭轉(zhuǎn)振動許用應(yīng)力和許用扭矩柴油機推動軸系在運行中因為傳達交變展轉(zhuǎn)力矩而產(chǎn)生交變的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力τr。別的，軸系扭轉(zhuǎn)振動還使軸系遇到扭振附帶應(yīng)力τ的作用。特別是當(dāng)軸系發(fā)生扭轉(zhuǎn)共振時，此扭振附帶應(yīng)力將達到最大值，可能超出軸系的扭振許用應(yīng)力而惹起軸系破壞。這里講的扭轉(zhuǎn)振動許用應(yīng)力其實是指扭振附帶應(yīng)力的允許限度。假如扭振應(yīng)力或扭矩超出連續(xù)運行的許用值時，或當(dāng)扭振惹起齒輪齒擊、彈性元件的交變扭矩大于連續(xù)運行的許用交變扭矩時，則應(yīng)在這個共振轉(zhuǎn)速區(qū)nc鄰近設(shè)“轉(zhuǎn)速禁區(qū)”。在此禁區(qū)內(nèi)機器不該連續(xù)運行。二、扭轉(zhuǎn)振動的臧振舉措1．“轉(zhuǎn)速禁區(qū)”回避法在柴油機運行轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)設(shè)置“轉(zhuǎn)速禁區(qū)”實質(zhì)上是在運行中使用回避舉措，防止在有害轉(zhuǎn)速區(qū)段內(nèi)連續(xù)運行，這種方法一般主要用在大型船用柴油機上。因為這種柴油機一方面因其轉(zhuǎn)速低、零件大。使用減振器成效不理想，另一方面因其工作轉(zhuǎn)速變化范圍大，欲在所有工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均不存在有害臨界轉(zhuǎn)速比較困難，所以此法在船用主柴油機中應(yīng)用許多。2．頻次調(diào)整法改變系統(tǒng)的自振頻次能夠使有害的轉(zhuǎn)速移到常用的轉(zhuǎn)速之外。軸系的自振頻次只取決于系統(tǒng)中各零件的轉(zhuǎn)動慣量和彈性（柔度）的大小及其散布狀況，系統(tǒng)中任何彈性和慣性零件數(shù)值的改變，都能夠改動整個系統(tǒng)的自振頻次。改變系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量以改變大振幅處轉(zhuǎn)動慣量值最11有效，如改變飛輪慣量或在曲軸自由端加裝副飛輪等，可明顯改變軸系的單節(jié)、雙節(jié)自振頻次；改變軸段的彈性以改叛變點鄰近的軸段彈性較為有效。如增大