﻿ 支撑参数对船舶轴系-轴承-基座系统振动特性影响研究
 舰船科学技术  2016, Vol. 38 Issue (6): 101-104 PDF

Effect of supporting parameters on marine shaft vibration characteristics
LI Quan-chao, YU Qiang, LIU Wei
China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China
Abstract: Due to the vibration characteristics changed by supporting parameters, a FE model of ship shafting system was built. The ship shafting system's vibration characteristic under different supporting parameters such as bearing stiffness, bearing pedestal stiffness was analyzed. The shafting vibration control design principles were put forward. Numerical result shows that:1) shaft system transverse vibration frequencies vary intensely by the section bearing stiffness and bearing pedestal stiffness. 2) Parts of shaft system transverse vibration frequency don't vary by Supporting Parameters changed. 3) Weak bearing stiffness and strength bearing pedestal stiffness are beneficial to reduce the vibration transmission from propeller to propeller bearing. 4) The supporting parameters of oil-lubricated bearing under duck have less effect on vibration transmission from propeller to propeller bearing.
Key words: marine shaft     supporting parameters     vibration characteristics
0 引 言

1 轴系-轴承-基座系统模型建立 1.1 轴系-轴承-基座动力学模型建立

 图 1 船舶轴系示意图 Fig. 1 Scheme of marine shaft

 $Mq + Cq + Kq = R.$ (1)

1.2 轴系-轴承-基座有限元模型建立

 图 2 船舶轴系有限元模型 Fig. 2 FE model of marine shaft
2 轴系振动固有特性分析 2.1 支撑轴承刚度对轴系振动固有特性分析

 图 3 轴承刚度对轴系横向振动频率影响 Fig. 3 Effect of bearing stiffness on shaft system transverse vibration frequency

1）各阶模态频率对不同轴承刚度变化的敏感性不同，随着支承轴承的刚度逐步增加，大部分模态频率遵循“稳定—上升—稳定”的规律，上升区间可认为是刚度敏感区；

2）部分模态频率存在基本不随支承轴承刚度改变现象，可认为是稳定频率；

3）部分频率随刚度变化曲线存在交叉现象。

2.2 基座刚度对轴系振动固有特性分析

 图 4 基座刚度变化对轴系横向固有频率影响 Fig. 4 Effect of bearing pedestal stiffness on shaft system transverse vibration frequency

1）与轴承刚度相似，随基座刚度的变化大部分模态频率遵循“稳定—上升—稳定”的规律，基座刚度也存在模态频率的刚度敏感区，但敏感区域不同；

2）与轴承刚度相似，同样存在模态频率基本不随基座刚度改变的稳定频率；

3）与轴承刚度相似，部分频率随基座刚度变化曲线存在交叉现象。

3 轴系振动传递特性分析

3.1 支撑轴承刚度对轴系振动传递特性分析

 图 5 轴承刚度变化对轴系振动传递特性影响 Fig. 5 Effect of bearing stiffness on shaft system transverse vibration transmission

1）1#轴承、2#轴承刚度变化时 4#轴承振动传递函数曲线基本重合，表明 1#轴承、2#轴承刚度对 4#轴承振动传递特性无影响；

2）随着 3#轴承刚度增加，4#轴承振动传递函数曲线幅值略有下降，表明 3#轴承刚度的增加有利于衰减轴系振动向 4#轴承传递；

3）随着 4#轴承刚度降低，4#轴承振动传递函数曲线幅值急剧下降，说明 4#轴承刚度的降低对衰减轴系振动向 4#轴承的传递非常有利。

3.2 基座刚度对轴系振动传递特性分析

 图 6 基座刚度变化对轴系振动传递特性的影响 Fig. 6 Effect of bearing pedestal stiffness on shaft system transverse vibration transmission

1）与轴承刚度变化规律相同，1#轴承、2#轴承基座刚度变化时 4#轴承振动传递函数曲线基本重合，说明该基座刚度对 4#轴承振动传递特性无影响；

2）与轴承刚度变化规律相同，随着 3#轴承基座刚度增加，4#轴承振动传递函数曲线幅值略有下降，说明基座刚度的增加有利于衰减轴系振动向 4#轴承传递；

3）随着 4#轴承基座刚度增加，4#轴承振动传递函数曲线幅值急剧下降，说明 4#轴承基座刚度的增加对衰减轴系振动向 4#轴承的传递非常有利。

4 结 语

1）轴系横向振动模态频率对轴承刚度、基座刚度存在敏感区，轴系设计时可根据模态频率对刚度的敏感情况适当调整轴承刚度和基座刚度；

2）轴系横向振动存在的部分稳定模态频率，不随轴承刚度、基座刚度变化，若该阶模态频率为振动控制对象，改变轴系支撑刚度难以达到优化模态频率的控制目标；

3）对于 4#轴承，强基座刚度、弱轴承刚度，有利于降低螺旋桨横向激励力通过轴系向 4#轴承的传递；

4）对于舱内油润滑轴承，轴承刚度、基座刚度改变对螺旋桨激励通过轴系向 4#轴承的传递影响较小，轴系横向振动控制设计时可忽略。

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