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提出一种并联安装在船舶轴系上的纵振动力吸振器的设计方法,其中船舶轴系与动力吸振器构成主从系统,实现振动能量在主系统上发生转移,实现抑制主系统共振的目的。首先对船舶轴系的纵向振动进行固有频率和模态分析,其次采用模态截取和模态综合法建立了考虑船舶轴系作为弹性连续体情况下的轴系-动力吸振器混合动力学系统模型,最后给出从螺旋桨激励力传递到推力轴承基座端的动力放大系数解析式,并对动力吸振器的设计参数影响规律进行研究,为减小船舶轴系纵向振动的动力吸振器设计提供了理论依据。
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振 动 与 冲 击
第 31卷第 16期 JOURNALOFVIBRATIONANDSHOCK Vol.31No.162012
收稿日期:2011-06-27 修改稿收到日期:2011-09-07
第一作者 杨志荣 男,博士生,讲师,1981年生
通讯作者 饶柱石 男,教授,博士生导师,1962年生
船舶推进轴系纵振动力吸振器设计及参数影响规律研究
杨志荣
1,2
,秦春云
1
,饶柱石
1
,塔 娜
1
(1.上海交通大学 机械系统与振动国家重点实验室,上海 200240;2.集美大学 轮机工程学院,厦门 361021)
摘 要:
提出一种并联安装在船舶轴系上的纵振动力吸振器的设计方法,其中船舶轴系与动力吸振器构成主从系
统,实现振动能量在主系统上发生转移,实现抑制主系统共振的目的。首先对船舶轴系的纵向振动进行固有频率和模态
分析,其次采用模态截取和模态综合法建立了考虑船舶轴系作为弹性连续体情况下的轴系 -动力吸振器混合动力学系统
模型,最后给出从螺旋桨激励力传递到推力轴承基座端的动力放大系数解析式,并对动力吸振器的设计参数影响规律进
行研究,为减小船舶轴系纵向振动的动力吸振器设计提供了理论依据。
关键词:船舶推进轴系;纵向振动;动力吸振器;模态综合法;弹性连续体
中图分类号:U661.44 文献标识码:A
Designandanalysisofadynamicabsorberforreducingaxialvibrationofshipshafting
YANGZhirong
1,2
,QINChunyun
1
,RAOZhushi
1
,TANa
1
(1.StateKeyLaboratoryofMechanicalSystemandVibration,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China;
2.MarineEngineeringInstitute,JimeiUniversity,Xiamen361021,China)
Abstract: Thedesignofadynamicabsorberconnectedtoshipshaftinginparallelwasintroduced.Theship
shaftinganddynamicabsorberconstituteamasterslavesystem torealizethevibrationenergytransferfrom theprimary
systemandachievethepurposeofinhibitingtheprimarysystemresonance.Thenaturalfrequenciesandmodalshapesof
theshipshaftingwerecalculatedandthemodalinterceptionandsynthesismethodwasusedtosetupashipshafting
dynamicabsorbermechanicalsystem,consideringtheshipshaftasaflexiblecontinuousone.Theanalyticdynamic
amplificationformulafortheexcitationforcetransmittingfromthepropellertothefoundationofthrustbearingwasprovided
andtheaxialvibrationinfluencedbydynamicabsorberparameterswasanalysed.Theresultsgiveatheoreticalbasisto
designadynamicabsorberforreducingaxialvibrationofshipshaftings.
Keywords: propelling shaftsystem; axialvibration; dynamic absorber; modalsynthesismethod; flexible
continuousbody
螺旋桨推进是船舶和水下航行器的主要推进方
式。船舶在水中运动,不可避免地在艉部形成不均匀
的伴流场;螺旋桨在不均匀伴流场中工作会产生脉动
推力,经推进轴系、推力轴承及其基座传递到壳体,引
起壳体产生振动,进而形成水下声辐射
[1-2]
。在减小
轴系纵向振动的一系列措施
[3]
中,加装动力吸振器是
有效且可行的方法。
Goodwin
[4]
首先分析使用共振改变器 (Resonance
Changer
)控制螺旋桨轴承力对船体激励的可行性。澳
大利亚学者
Dylejko
[5]
基于四端参数法和传递功率流研
究了安装轴系共振改变器(
ResonanceChanger)的降噪
效果,其共振改变器串联安装在推力轴承与基座之间,
并进一步研究了共振改变器的参数优化设计问题。刘
耀宗
[2]
的研究建立在 Dylejko的基础上,并以 Dylejko
的算例参数为对象,分析了动力吸振器的吸振效果,但
未涉及到动力吸振器的实际布置方案。李良伟
[6]
在
Goodwin的船舶轴系纵向振动模型上进行简化,对轴系
采用集中质量和弹簧刚度进行等效替换,运用动力谐
调消振理论,对两自由度集中质量主从系统的动力减
振器进行参数优化设计,但未能考虑到实际情况下轴
系是弹性连续体,同时未能涉及到动力减振器的结构
形式及安装布置方案。
由于实际工作情况下往往希望既要实现对船舶轴
系的减振同时又要求对轴系的结构改动最小,本文提
出一种并联安装在船舶轴系上的动力吸振器的设计方
法,其中船舶轴系与动力吸振器构成主从系统,实现振
动能量在主系统上发生转移,实现抑制主系统共振的
目的;考虑了船舶轴系作为弹性连续体的情况下,采用
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