—N4—船舶推进轴系扭转振动概述黄津津，方斌，杨勇中国船舶及海洋工程设计研究院，上海200011船舶推进系统是船舶的心脏，包括主机、轴系、联轴器以及螺旋桨等部件，它可以将主机提供的机械能传动给螺旋桨装置以驱动船舶运动。主机曲轴在工作时同时承受着气缸内气体作用力、往复运动质量和旋转运动质量的惯性力以及功率输出端转矩的作用，这些周期性的激励载荷会导致轴系产生不可避免的振动。另外，螺旋桨脉动压力产生的激励以及船上设备通过支撑传递到轴系的激励等也会对推进轴系的振动产生影响。随着海运业的蓬勃发展，船舶大型化使得船舶主机的功率和尺寸相对较大，其振动问题显得尤为突出。船舶轴系的振动直接影响到轴系中各轴承的受力，从而引起主机、传动装置与轴系振动，并诱发船体梁及上层建筑的垂向和纵向振动，导致主机、传动装置与轴系故障、尾轴管早期磨损等，影响船舶航行性能和安全性，所以轴系振动一直是船舶界关心的重点问题之一。船舶推进轴系振动主要包括弯曲振动、轴向振动和扭转振动等，它们是由主机工作时气缸爆发压力和惯性力等周期激励引起的。轴系弯曲振动主要是由于转轴不平衡引起的；轴向振动主要是由于螺旋桨推力不均匀造成的；扭转振动是由于各轴段间的扭转角度不相等，轴段来回摆动产生的。扭转振动是轴系最常见的振动，会使轴系长期遭受交变应力的影响，从而引起轴系疲劳甚至结构破坏，尤其是激励频率达到轴系固有频率时还会引发轴系共振，严重时甚至造成断轴等重大事故[1]。由于轴系扭转振动危害严重，有关轴系扭转振动的研究方法越来越多，精度也越来越高，主要分为数值分析仿真研究和试验研究。虽然试验研究在试验结果上非常接近轴系扭转振动实际效果，但因其试验成本高、难度大，尤其对于大型发动机，试验条件很难满足。在发动机设计阶段只能采取仿真研究。仿真研究具有周期短和成本低等优点，因而得到了主机生产厂家的广泛采用[2]。随着北极冰区航线近些年来的开发利用，扭转振动计算不仅要考虑日趋复杂的轴系布置影响及恶劣海况等外界环境干扰，还要重点关注船舶在冰区极地航行时冰块撞击对船舶轴系扭转振动的影响[3]。因此，建立能够精确模拟复杂轴系布置的扭转振动仿真模型具有重要研究意义。对船舶主机轴系扭转振动的控制主要包括船舶设计和使用2个阶段。在船舶设计阶段，可通过减少激励力和力矩，减弱传递和改变振动固有频率或激励频率来防止轴系工作范围内产生强共振等。在船舶使用阶段，通过增加阻尼材...
