熊長(zhǎng)煒， 丁度坤， 舒雨鋒， 周 晶， 劉志偉

（1.東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院智能制造學(xué)院， 廣東 東莞 523808；2.東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子信息學(xué)院， 廣東 東莞 523808；3.東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)器視覺與智能制造協(xié)同創(chuàng)新中心， 廣東 東莞 523808）

0 引言

船舶在水上航行時(shí)，由于海水流動(dòng)作用以及船舶動(dòng)力系統(tǒng)自身的原因會(huì)產(chǎn)生不同方式的振動(dòng)，如果船舶的機(jī)械結(jié)構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率與激勵(lì)頻率一致時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振[1]，共振對(duì)機(jī)械系統(tǒng)損傷很大，會(huì)影響船舶的使用壽命。由于船舶動(dòng)力源的功率非常大，即使船舶機(jī)械系統(tǒng)不處在共振狀態(tài)，但是由于激勵(lì)的增大也會(huì)引起機(jī)械系統(tǒng)的劇烈振動(dòng)，這會(huì)影響船舶的正常行駛和機(jī)械系統(tǒng)壽命。船舶在海上行駛時(shí)，主要的振動(dòng)現(xiàn)象有船體結(jié)構(gòu)梁、船體建筑和船尾部的振動(dòng)；船體板格、船體板架、船桅桿和船體機(jī)艙等的振動(dòng)；動(dòng)力推進(jìn)裝置中軸系的振動(dòng)；船體機(jī)架和船上機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)。這些振動(dòng)現(xiàn)象影響到船體結(jié)構(gòu)和機(jī)械零部件的疲勞損壞、船上機(jī)器和設(shè)備的正常運(yùn)行工作以及船上工作人員的正常工作與生活。船舶的軸系是船舶發(fā)動(dòng)機(jī)與螺旋槳推進(jìn)器的動(dòng)力傳遞系統(tǒng)，向船體傳遞螺旋槳反向推力，使得船舶向前行駛，是船舶動(dòng)力裝置系統(tǒng)的重要部件。船舶的軸系主要由螺旋槳的軸、推力軸、中間連接軸以及它們的軸承聯(lián)軸器等部分組成[2]，整個(gè)軸系的可靠性是由這些機(jī)構(gòu)組件的可靠性決定。

國(guó)內(nèi)外對(duì)船舶軸系的振動(dòng)形式以及振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理的研究有很多，本文在搜集和總結(jié)已有船舶軸系振動(dòng)類型和振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)制研究基礎(chǔ)上，再考慮影響軸系的振動(dòng)因素，為對(duì)今后研究降低軸系特別是船舶軸系振動(dòng)積累寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 船舶軸系振動(dòng)產(chǎn)生的原因

船舶在海上行駛時(shí)會(huì)因船舶機(jī)械機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)慣性、海水流動(dòng)、螺旋槳反作用力和海風(fēng)風(fēng)力等因素而產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)機(jī)械機(jī)構(gòu)振動(dòng)頻率和激勵(lì)頻率相接近時(shí)就會(huì)激發(fā)共振，振動(dòng)對(duì)運(yùn)動(dòng)零部件磨損損耗非常大，影響旋轉(zhuǎn)零部件的使用壽命。軸系是船舶的動(dòng)力系統(tǒng)傳送機(jī)構(gòu)，連接船舶柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和螺旋槳，海水反作用于螺旋槳推力經(jīng)過(guò)軸系機(jī)械系統(tǒng)的傳遞推動(dòng)船舶向前行駛。但是由于軸系機(jī)械加工不精確和振動(dòng)產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，造成軸系出現(xiàn)動(dòng)力傳遞不均勻和安裝不能同心，造成了機(jī)械系統(tǒng)不平衡的狀態(tài)，最終使得船舶的軸系產(chǎn)生了徑向振動(dòng)、扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和軸向振動(dòng)及其振動(dòng)的耦合，這會(huì)使船舶尾部引起附加振動(dòng)，使結(jié)構(gòu)梁產(chǎn)生共振。

船舶在水上航行時(shí)，傳遞動(dòng)力和扭矩是很大的，因此船舶動(dòng)力系統(tǒng)里面有大型齒輪箱，齒輪傳動(dòng)的不均勻力和力矩、安裝上的誤差、機(jī)械加工的不精確、齒輪形位公差和零件的振動(dòng)磨損等對(duì)船舶的推進(jìn)軸系產(chǎn)生激勵(lì)。另外，船舶齒輪傳動(dòng)需要精密的加工工藝，這就使船舶的齒輪箱容易對(duì)軸系產(chǎn)生各種情況的激勵(lì)因素。

2 船舶推進(jìn)軸系振動(dòng)形式及危害

2.1 軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)

當(dāng)船舶的柴油機(jī)不能噴油、燃燒的均勻性和連續(xù)性不好和不能連續(xù)地輸出均勻轉(zhuǎn)矩的情況下就會(huì)出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，其次是傳遞動(dòng)力齒輪的輪齒嚙合時(shí)產(chǎn)生沖擊力和激勵(lì)都能夠使齒輪系引起振動(dòng)。由于不能完全保證船舶推進(jìn)系統(tǒng)軸系的旋轉(zhuǎn)部件在安裝上精度較高，或不同心和不均勻材料產(chǎn)生動(dòng)量不平衡等問(wèn)題都會(huì)使軸系在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)質(zhì)量不均勻的情況。螺旋槳遇到海水流動(dòng)和反作用力時(shí)使軸系被不均勻激勵(lì)[3]。

2.2 軸系的縱向振動(dòng)

由于船尾螺旋槳在不均衡工作環(huán)境中產(chǎn)生過(guò)大的縱向激勵(lì)，從而形成多變的推力，使得軸系在傳遞動(dòng)力時(shí)產(chǎn)生各種各樣有害振動(dòng)。當(dāng)軸系的縱向振動(dòng)固有頻率和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率相近時(shí)，螺旋槳的軸和柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸共同完成軸系的縱扭耦合振動(dòng)，而且非常顯著。采取聯(lián)合動(dòng)力裝置的齒輪箱會(huì)產(chǎn)生較大的軸向激勵(lì)，此外柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體內(nèi)氣體激振力，都使得聯(lián)動(dòng)裝置相對(duì)減小，船舶軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)時(shí)同樣會(huì)激發(fā)縱向振動(dòng)，而使得齒輪系和螺旋槳的軸產(chǎn)生的耦合力非常大，這將振動(dòng)激勵(lì)明顯增加[4]。

2.3 軸系的橫向振動(dòng)

1）由于軸系旋轉(zhuǎn)零部件的制造工藝產(chǎn)生質(zhì)量誤差，使得旋轉(zhuǎn)部件的質(zhì)心偏離其旋轉(zhuǎn)中心，使軸系處于一個(gè)不平衡的離心力工作環(huán)境下。當(dāng)旋轉(zhuǎn)零部件磨損和關(guān)鍵機(jī)構(gòu)發(fā)生故障時(shí)，螺旋槳會(huì)產(chǎn)生巨大的不平衡的離心力，不平衡的離心力在轉(zhuǎn)軸中能夠處于相同旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)方向。當(dāng)轉(zhuǎn)速在達(dá)到最高臨界轉(zhuǎn)速時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一定程度的共振，共振對(duì)軸系的損壞力巨大。為了防止螺旋槳產(chǎn)生空泡，將螺旋槳的轉(zhuǎn)速降到最低，推進(jìn)軸的回轉(zhuǎn)振動(dòng)頻率高于軸頻。所以船舶不會(huì)因?yàn)椴黄胶獾碾x心力而引發(fā)共振。在重力作用下螺旋槳偏心質(zhì)量會(huì)將激振力的頻率轉(zhuǎn)為軸頻的2 倍，因此偏心重力引起二次共振力的概率較小，如果螺旋槳和軸系發(fā)生脫落，偏心軸振動(dòng)就會(huì)急劇增大從而造成船舶機(jī)械系統(tǒng)破損。

2）在各種不同的工作環(huán)境情況下，船舶軸的彎曲和剛度使轉(zhuǎn)軸圍繞著主軸的不同慣性力矩獲得船尾螺旋槳平衡，可能產(chǎn)生2 倍左右軸頻的二次激振力。運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中抵消了轉(zhuǎn)軸的抗彎剛度，齒輪箱和螺旋槳軸系的縱向振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)引起耦合的振動(dòng)。

2.4 軸系的彎扭耦合振動(dòng)

由于艦船船尾螺旋槳的旋轉(zhuǎn)不平衡、軸系類旋轉(zhuǎn)零部件的不平衡質(zhì)量、軸承部件的軸向和徑向作用力以及傳動(dòng)齒輪嚙合力等因素形成激勵(lì)，這種激勵(lì)造成了軸系彎曲振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的耦合，致使軸系中的多種不平衡量激增的發(fā)生。

船舶的軸系把發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞給船尾螺旋槳從而產(chǎn)生海水（液體）對(duì)船體的推動(dòng)力，因此軸向推力是影響以汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力船舶軸系彎扭耦合振動(dòng)的一個(gè)重要因素。通過(guò)簡(jiǎn)化船舶軸系來(lái)研究軸系耦合振動(dòng)，對(duì)軸系振動(dòng)的作用也是一種重要的研究方法[5]。

2.5 軸系振動(dòng)引起的危害

船舶軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)造成發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、中間軸的磨損和斷裂；運(yùn)動(dòng)零部件的連接螺栓剪切切斷；彈性連接元件破裂；傳動(dòng)齒輪輪齒折斷、齒面磨損和齒面點(diǎn)蝕；凸輪軸斷裂；局部軸段溫度過(guò)高發(fā)熱變形等現(xiàn)象。

由于發(fā)動(dòng)機(jī)在整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)中位置不同，軸系的縱向振動(dòng)相差較大。當(dāng)曲柄銷的彎曲應(yīng)力和拉壓應(yīng)力過(guò)大時(shí)，軸系的縱向振動(dòng)會(huì)縮短軸的使用壽命。當(dāng)齒輪輪齒的負(fù)荷過(guò)大時(shí)，會(huì)加劇齒輪齒面磨損程度。船舶軸系的橫向振動(dòng)造成在螺旋槳軸上產(chǎn)生過(guò)大的彎曲應(yīng)力，引起螺旋槳的螺栓連接失效，加劇了錐部的槳葉振動(dòng)和跳動(dòng)。此外，海水中化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，螺旋槳槳葉的彎曲強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度下降顯著，造成螺旋槳葉片錐形較大的端頭出現(xiàn)重大的疲勞破壞。船舶的軸系徑向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)構(gòu)成了軸系彎扭耦合振動(dòng)，表現(xiàn)為船尾結(jié)構(gòu)局部振動(dòng)，振動(dòng)造成了軸承的磨損，引起了軸襯套腐蝕和軸承密封裝置損壞[6]。

3 國(guó)內(nèi)外軸系振動(dòng)的研究成果

原睿奇[7]明確雙燃料發(fā)動(dòng)機(jī)的工作特點(diǎn)，在仿真軟件中搭建了燃油和燃?xì)鈨煞N模式下發(fā)動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程仿真一維模型。分別計(jì)算在全負(fù)荷工況下上述兩種模式的缸內(nèi)壓力變化趨勢(shì)，并與生產(chǎn)廠家給定的缸內(nèi)壓力進(jìn)行對(duì)照比較分析，修正了一維仿真模型并驗(yàn)證模型的正確性。計(jì)算和分析了各種不同工況下的缸內(nèi)壓力曲線，提出了降低不同工況下缸內(nèi)壓力測(cè)試成本的方法。

采用集總參數(shù)法和有限元分析的方法，建立了曲軸有限元分析模型，對(duì)軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性進(jìn)行仿真計(jì)算分析。對(duì)軸系的固有屬性進(jìn)行仿真分析計(jì)算后，與生產(chǎn)廠家提供的參數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)結(jié)果吻合一致。考慮到往復(fù)運(yùn)動(dòng)零部件的重力產(chǎn)生激勵(lì)力矩的影響，這部分在以往研究中經(jīng)常被忽略掉，分析了動(dòng)力推進(jìn)系統(tǒng)軸系強(qiáng)迫振動(dòng)?？偨Y(jié)出了燃油和燃?xì)鈨煞N燃燒方式下艦船軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的變化規(guī)律特性。

旅游業(yè)與電子商務(wù)的結(jié)合，也使得鄉(xiāng)村旅游經(jīng)營(yíng)者節(jié)省了大量人力、物力的開支；通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)的手段，鄉(xiāng)村還能積極拓寬營(yíng)銷渠道，獲得更大的收益；鄉(xiāng)村非常適宜推廣運(yùn)營(yíng)以散客、小團(tuán)體等為主體的旅游市場(chǎng)，可以提供更加個(gè)性化和人性化的旅游服務(wù)，非常適合以民宿、風(fēng)景為主題的鄉(xiāng)村旅游。旅游電子商務(wù)產(chǎn)業(yè)憑借自身強(qiáng)大的內(nèi)部活力，高效運(yùn)營(yíng)的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)，巨大的行業(yè)帶動(dòng)能力、扶貧造血能力等特性，在脫貧攻堅(jiān)工作中日益發(fā)揮著顯著的作用。

對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)單缸熄火、逆時(shí)針點(diǎn)火、相鄰氣缸點(diǎn)火不均勻等非正常工況和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)系統(tǒng)參數(shù)改變的情況進(jìn)行了分析，探究發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞系統(tǒng)軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)單缸熄火對(duì)軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的影響較大。

劉扭扭[8]利用耦合有限元/邊界元法和子結(jié)構(gòu)綜合法構(gòu)建了附連水效應(yīng)的螺旋槳- 軸系有限元模型及半解析模型，研究艦船軸系縱向振動(dòng)特征。在100 Hz頻率以內(nèi)，該系統(tǒng)的振動(dòng)特征是艦船軸系一階縱向振動(dòng)和槳傘狀模態(tài)所對(duì)應(yīng)的特征，分析了艦船軸系- 船體基座- 船體耦合振動(dòng)、聲輻射特性、各種模態(tài)對(duì)艦船船體輻射聲功率的貢獻(xiàn)量和作用在螺旋槳上的力譜，計(jì)算出了隔振頻率。為了控制好軸系縱向振動(dòng)的問(wèn)題，創(chuàng)建了共振轉(zhuǎn)換器參數(shù)優(yōu)化模型、動(dòng)力反共振隔振器理論模型和軸系子結(jié)構(gòu)綜合半解析模型，分析隔振器的參數(shù)對(duì)隔振性能的影響規(guī)律數(shù)據(jù)，研究了降低艦船軸系靜剛度的共振轉(zhuǎn)換器和推力軸承串聯(lián)振動(dòng)控制方案及動(dòng)力反共振隔振器與推力軸承并聯(lián)的軸系縱向振動(dòng)控制方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)論表明，在目標(biāo)頻率處動(dòng)力反共振有效地減小了由軸系傳遞至基座的縱向振動(dòng)，而且對(duì)軸系靜剛度和軸的縱向位移影響很微小。

周春良等建立了船舶軸系3D 模型，全面地研究了艦船軸系的振動(dòng)問(wèn)題、船舶軸系固有振動(dòng)特性的因素、軸系的振動(dòng)響應(yīng)、裂紋軸非線性動(dòng)力學(xué)和軸系耦合振動(dòng)。利用有限元分析方法，計(jì)算分析了在各種激振力作用下船舶軸系的振動(dòng)響應(yīng)特性，研究發(fā)現(xiàn)艦船螺旋槳激勵(lì)是對(duì)軸系振動(dòng)影響最重要的因素，影響非常顯著。

Zbigniew Korczewski[9]討論了船舶推進(jìn)系統(tǒng)振動(dòng)診斷中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，即評(píng)估螺旋槳軸系振動(dòng)所消耗的從主機(jī)傳遞到螺旋槳的機(jī)械能。提出了一種簡(jiǎn)化的計(jì)算模型，該模型允許從支座間心跨點(diǎn)的軸撓度幅值來(lái)評(píng)估產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的總能量。為驗(yàn)證所建立的模型，在實(shí)驗(yàn)室旋轉(zhuǎn)機(jī)械系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行了中試試驗(yàn)。在試驗(yàn)中，將循環(huán)彎矩施加在一個(gè)統(tǒng)一的（圓柱）材料試樣上，在合適的尺度上模擬真實(shí)螺旋槳軸的結(jié)構(gòu)和功能特性。

Raphael Pereira Spada 等[10]針對(duì)控制轉(zhuǎn)軸橫向振動(dòng)進(jìn)行了方法學(xué)分析。首先，通過(guò)將傳感器- 執(zhí)行器放置在控制點(diǎn)（軸的圓盤位置）來(lái)評(píng)價(jià)這種控制技術(shù)。結(jié)果表明，控制策略施加的運(yùn)動(dòng)學(xué)約束得到了準(zhǔn)確的跟蹤，軸的橫向振動(dòng)明顯減小。第二，將傳感器- 執(zhí)行器對(duì)放置在軸的軸承位置，從而遠(yuǎn)離控制點(diǎn)（圓盤位置）來(lái)評(píng)價(jià)控制技術(shù)，成功地減少了軸在過(guò)第一個(gè)臨界速度時(shí)的橫向振動(dòng)，以便于控制。

S.Zhao 等[11]采用阻尼吸振器（DVAs）衰減空心軸的多模態(tài)縱向振動(dòng)。分析軸的動(dòng)力學(xué)行為，為DVAs初始參數(shù)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，并對(duì)DVAs 參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。隨后，考慮到軸的中空特性，設(shè)計(jì)了DVAs 的具體結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，進(jìn)行了實(shí)體建模的有限元模擬。借助傳遞矩陣法（TMM）結(jié)合子結(jié)構(gòu)綜合法（SSM），建立了包含多個(gè)DVAs 的軸系動(dòng)力學(xué)模型。該方法用于耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)特性的計(jì)算和DVAs 吸收有效性的估計(jì)。為了驗(yàn)證本文提出的TMM理論結(jié)果的有效性，利用有限元法（F）對(duì)軸振動(dòng)進(jìn)行了仿真。理論和仿真結(jié)果均表明，這些DVAs 的應(yīng)用明顯抑制了軸縱向振動(dòng)的共振峰，驗(yàn)證了DVAs 吸收性能的有效性。

Tao Yan 等[12]從某超臨界700 MW 機(jī)組LP1 軸存在二階不平衡問(wèn)題出發(fā)，從柔性對(duì)稱軸振動(dòng)特性的數(shù)學(xué)模型推導(dǎo)出兩種具體的平衡方法，即奇階對(duì)稱平衡法和偶階對(duì)稱反平衡法，并證明了對(duì)稱反平衡法求解二階振動(dòng)問(wèn)題的有效性。

Cong Zhang 等[14]基于軸系振動(dòng)理論和軸系動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)了一種動(dòng)態(tài)激勵(lì)下推進(jìn)軸系振動(dòng)的試驗(yàn)方案。研究了在中、艉軸承上施加船體變形激勵(lì)時(shí)推進(jìn)軸振動(dòng)的性能?？紤]推進(jìn)軸試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭虚g軸承和艉軸承在水平及垂直方向上的水力激勵(lì)，模擬船體在船舶軸承上的變形。得到了軸在不同激勵(lì)下的振動(dòng)特性，并討論了耦合效應(yīng)。還研究了激勵(lì)幅值和方向?qū)S承的影響以及軸轉(zhuǎn)速對(duì)推進(jìn)振動(dòng)的影響。結(jié)果表明，以提高航行的安全性和可靠性為目標(biāo)，船體變形尤其是中間支座上的水平船體變形激勵(lì)不容忽視，在初步設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以考慮。同時(shí)，轉(zhuǎn)速和諧振頻率需要與船體變形激勵(lì)的頻率很好地設(shè)計(jì)。

Wang Zijia 等[15]考慮柴油機(jī)變載荷、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，建立了基于軸形特征的軸徑向振動(dòng)平均值與不對(duì)中值的映射模型。然后設(shè)計(jì)了一種監(jiān)測(cè)方案，并基于該模型提出了一種定量的失準(zhǔn)檢測(cè)方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，新方法的檢測(cè)精度大于90%，且不受操作條件的影響。同時(shí)，利用該方法揭示了靜態(tài)不對(duì)中度與軸心平均位置（ACAP）波動(dòng)的關(guān)系，可指導(dǎo)靜態(tài)安裝和不對(duì)中原因分析。

R Gustavsson 等[16]為查明高軸振動(dòng)的原因，進(jìn)行了擴(kuò)大調(diào)試。結(jié)果表明，當(dāng)電機(jī)達(dá)到90%的同步轉(zhuǎn)速時(shí)，會(huì)出現(xiàn)共振現(xiàn)象，且振動(dòng)水平隨轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增加而增大，即無(wú)法對(duì)失速保護(hù)裝置進(jìn)行試驗(yàn)。在5.4～7.4 Hz的激勵(lì)頻率范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)輪被確定為激勵(lì)源。當(dāng)激勵(lì)頻率與旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的特征頻率重合時(shí)，會(huì)引起不穩(wěn)定問(wèn)題。不可能消除渦輪機(jī)的激振力，而且由于激振力的帶寬，在旋轉(zhuǎn)和支撐結(jié)構(gòu)中增加質(zhì)量及剛度，不太可能實(shí)現(xiàn)臨界本征模態(tài)頻率的足夠變化。對(duì)共振問(wèn)題產(chǎn)生積極影響的措施是在系統(tǒng)中加入阻尼。采用擴(kuò)展的數(shù)值模擬方法研究了徑向阻尼器安裝在上部支架與混凝土結(jié)構(gòu)之間時(shí)對(duì)單元的影響。利用所開發(fā)的軟件對(duì)帶有非線性水動(dòng)力導(dǎo)向軸承和非線性阻尼器的立式機(jī)械進(jìn)行了瞬態(tài)仿真。仿真結(jié)果表明，徑向阻尼器在5.4～7.4 Hz 范圍內(nèi)均能減小響應(yīng)。安裝了徑向阻尼器，可在振動(dòng)水平允許的情況下完成調(diào)試。

Donglin Zou 等[17]基于邊界元法，結(jié)合轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)理論，建立了軸系振動(dòng)激振力的預(yù)測(cè)模型。通過(guò)數(shù)值和試驗(yàn)驗(yàn)證了模型和程序的正確性。最后，研究了軸系振動(dòng)引起的軸向激振力。結(jié)果表明，當(dāng)振動(dòng)幅值較小或振動(dòng)頻率較低時(shí)，尾流渦的非線性效應(yīng)較弱，激振力與振動(dòng)幅值呈正比，與振動(dòng)頻率呈平方關(guān)系。這意味著激振力的實(shí)部和虛部分別可以等效為常附加質(zhì)量及附加阻尼。通過(guò)對(duì)不同螺旋槳的系列計(jì)算，提出并驗(yàn)證了線性狀態(tài)下軸向激振力的簡(jiǎn)化估算公式。

Wei Xu 等[18]為減少螺旋槳向船體的振動(dòng)傳遞，采用集成軸隔振系統(tǒng)對(duì)軸承、推進(jìn)裝置和輔助發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行支撐。為達(dá)到船體減振降噪的目標(biāo)，通過(guò)改變耦合系統(tǒng)的振動(dòng)傳遞路徑來(lái)衰減振動(dòng)能量?；谥ё幍奈灰祈憫?yīng)和傳力速率，對(duì)比分析了傳統(tǒng)支撐和彈性支撐兩種不同方式的隔振效果。結(jié)果表明，整個(gè)彈性支承軸系下軸承的位移響應(yīng)比傳統(tǒng)支承方法小。

Myeong Ho Song 等[19]在實(shí)際海試期間進(jìn)行了一系列BSR 通道試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)不同發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式下的中間軸性能。為了估算軸系的疲勞壽命，計(jì)算了瞬態(tài)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)應(yīng)力引起的損傷累積。分析結(jié)果表明，BSR 減速過(guò)程中的扭轉(zhuǎn)疲勞損傷很小，可以忽略不計(jì)，然而加速過(guò)程中的分?jǐn)?shù)損傷是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。研究確定了快速通過(guò)BSR 的最佳主機(jī)運(yùn)行模式，其扭振幅值最小，損傷累積分?jǐn)?shù)最小，從而延長(zhǎng)了整個(gè)推進(jìn)軸系的疲勞壽命。

Kenjiro Miyake 等[20]對(duì)軸系系統(tǒng)振動(dòng)和轉(zhuǎn)子的密封間隙液體流動(dòng)進(jìn)行了雙向流固耦合分析，通過(guò)試驗(yàn)得到了充分驗(yàn)證。對(duì)密封間隙液體流動(dòng)進(jìn)行了數(shù)值分析，求解了沿膜厚的連續(xù)性方程與動(dòng)量方程。采用了依次修正壓力值和軸的加速度值的方法，抑制和提高耦合分析中的數(shù)值穩(wěn)定性，使得在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)連續(xù)性方程和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)方程都能得到滿足。經(jīng)過(guò)耦合仿真分析，分析了泄漏流量和渦動(dòng)幅值的頻率響應(yīng)特性曲線關(guān)系。有關(guān)軸系系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析[21]，重點(diǎn)分析了自激振動(dòng)發(fā)生的轉(zhuǎn)速引起的振動(dòng)造成的不穩(wěn)定因素。從耦合分析的結(jié)果與試驗(yàn)的結(jié)果一致性來(lái)分析，其分析方法是有效的。

Wei Li 等[22]闡述了轉(zhuǎn)子與定子相互作用而誘導(dǎo)的非定常流動(dòng)與混流泵軸振動(dòng)的關(guān)系特性，在流量（1.0Qdes）和偏載工況（0.4Qdes和0.2Qdes）條件下（Qdes為設(shè)計(jì)流量），在混流泵內(nèi)同步進(jìn)行PIV（粒子圖像測(cè)速）和軸心軌跡試驗(yàn)，獲取了混流泵葉輪某一位置處轉(zhuǎn)子- 定子相互作用區(qū)域的相對(duì)速度和渦量分布，得到了軸系統(tǒng)的軸心軌跡圖和時(shí)域圖。此外，還比較了不同流速條件下的頻譜瀑布圖。結(jié)果表明，在偏載工況下，轉(zhuǎn)子- 定子相互作用流場(chǎng)中出現(xiàn)回流和流動(dòng)分離現(xiàn)象，表明流動(dòng)不穩(wěn)定。這些不穩(wěn)定流動(dòng)引起的轉(zhuǎn)子- 定子相互作用產(chǎn)生的中頻激振力和高頻激振力是加劇軸在工頻振動(dòng)的主要因素。部分負(fù)荷工況下的轉(zhuǎn)子- 定子相互作用是軸系振動(dòng)惡化的主要原因。2X 頻率也在較低的水平上影響軸軌道，而其他頻率對(duì)軸振動(dòng)的影響較小。研究成果可為揭示混流泵在部分負(fù)荷工況下運(yùn)行時(shí)的運(yùn)行特性，減少或防止軸系振動(dòng)惡化提供參考和理論指導(dǎo)。

Jianfeng Zhong 等[23]提出了一種基于非投影條紋圖和視覺的系統(tǒng)，代替使用轉(zhuǎn)速編碼器和位移傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)軸的IRS 和振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)軸IRS 和軸向振動(dòng)的同時(shí)測(cè)量。在軸表面粘貼復(fù)合條紋圖（CFP），作為IRS 和位移傳感器。每個(gè)沿軸向的線條紋強(qiáng)度包含兩個(gè)條紋周期密度（FPDs），其中每個(gè)FPD 比只對(duì)應(yīng)一個(gè)轉(zhuǎn)角。利用線陣圖像傳感器記錄條紋強(qiáng)度，通過(guò)改變FPD 比得到時(shí)域轉(zhuǎn)角，通過(guò)定位條紋強(qiáng)度與參考條紋強(qiáng)度互相關(guān)的最大峰值得到軸向位移。因此，通過(guò)將高速攝像機(jī)的采樣幀率相乘，可以從旋轉(zhuǎn)角度準(zhǔn)確、高效地得到紅外焦平面。仿真和試驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠同時(shí)提取IRS 和軸向位移，具有非接觸和有效性的優(yōu)點(diǎn)。提出的系統(tǒng)為同時(shí)測(cè)量IRS 和軸向振動(dòng)提供了一種基于視覺的替代方法。

柳貢民等[24]討論了零頻響應(yīng)的特點(diǎn)，給出了計(jì)算滾振參數(shù)的公式。許運(yùn)秀對(duì)軸系軸向振動(dòng)有關(guān)的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了研究，為軸向振動(dòng)的計(jì)算提供了參考。王勇帆等[25]研究了軸系對(duì)中對(duì)軸系振動(dòng)的影響，研究出了調(diào)心滑動(dòng)軸承，解決了軸系有關(guān)對(duì)中的問(wèn)題。研究軸系運(yùn)動(dòng)學(xué)，設(shè)計(jì)出了間隙微小軸承結(jié)構(gòu)，提高了剛度。經(jīng)過(guò)多方面的參數(shù)優(yōu)化改進(jìn)，提出了解決軸在高速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下產(chǎn)生的振動(dòng)問(wèn)題。欒春鳳[26]分析了在啟動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)過(guò)程中軸系振動(dòng)問(wèn)題及其處理過(guò)程各環(huán)節(jié)。錢衛(wèi)忠[27]分析了艦船軸系出現(xiàn)的異常振動(dòng)的原因，闡述了解決振動(dòng)的方法，并經(jīng)真實(shí)的艦船試驗(yàn)驗(yàn)證得出了螺旋槳推進(jìn)軸系設(shè)計(jì)方法。牛雨生等[28]創(chuàng)建了雙十字萬(wàn)向聯(lián)軸器的當(dāng)量簡(jiǎn)化模型和聯(lián)軸器與船舶軸系結(jié)構(gòu)模型，研究分析了萬(wàn)向聯(lián)軸器的軸線夾角對(duì)軸系振動(dòng)的影響和聯(lián)軸器與船舶軸系的耦合特性。研究發(fā)現(xiàn)，在雙十字萬(wàn)向聯(lián)軸器軸線夾角變化范圍內(nèi)，改變聯(lián)軸器軸線夾角對(duì)船舶軸系振動(dòng)影響與改變時(shí)間長(zhǎng)短有關(guān)系，長(zhǎng)時(shí)間的改變將會(huì)造成軸系產(chǎn)生一定程度振動(dòng)位移。周凌波等從船舶的軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的定義、產(chǎn)生的危害、分析方法、耦合振動(dòng)、激振力、動(dòng)力傳遞和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度、試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)和振動(dòng)控制技術(shù)等角度對(duì)國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)行系統(tǒng)研究。黃志偉[29]研究了國(guó)內(nèi)外船舶軸系縱向振動(dòng)產(chǎn)生原因和控制振動(dòng)方法，提出了防止縱向振動(dòng)自動(dòng)控制技術(shù)策略，研究發(fā)現(xiàn)主動(dòng)控制效果顯著，提出了軸系縱向振動(dòng)的控制技術(shù)未來(lái)發(fā)展方向。權(quán)崇仁等[30]創(chuàng)建了軸系旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)振動(dòng)分析模型，對(duì)軸系各種應(yīng)力、轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)固有頻率和共振軸頻進(jìn)行了仿真計(jì)算，并將結(jié)果與COMPASS 軟件仿真結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。兩種仿真結(jié)果對(duì)比表明，數(shù)據(jù)吻合程度很高，證明了軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)和有限元分析模型仿真分析計(jì)算是有效的；在正常轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，該船軸系會(huì)遇到葉片次1 階回旋共振（轉(zhuǎn)速59.7 r/min），應(yīng)注意回避。李渤仲等在發(fā)動(dòng)機(jī)軸系的振動(dòng)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，雖然軸系的扭轉(zhuǎn)頻率和軸向固有頻率沒有可比性，但是顯著的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)還是能夠引起軸向振動(dòng)。單曲軸在受扭情況下會(huì)產(chǎn)生軸向收縮并引起軸向振動(dòng)。陳予恕等研究了汽輪機(jī)組軸系的彎扭耦合振動(dòng)問(wèn)題現(xiàn)狀和未來(lái)展望。黃葆華等[31]對(duì)普通單軸布置軸系、帶有同步自動(dòng)離合器的單軸布置軸系和多軸布置軸系的布置方案進(jìn)行了詳細(xì)研究，并對(duì)軸系的典型振動(dòng)故障進(jìn)行了分析。從軸系振動(dòng)的故障診斷和理論研究上總結(jié)了聯(lián)合循環(huán)機(jī)組軸系振動(dòng)的研究進(jìn)展，認(rèn)為帶有同步自動(dòng)離合器的單軸布置軸系和多軸布置中帶有同步自動(dòng)離合器的汽輪機(jī)軸系是重點(diǎn)研究方向。

4 結(jié)語(yǔ)

船舶動(dòng)力設(shè)備功率非常大，絕大多數(shù)以柴油動(dòng)力裝置為主，因此船舶的軸系受振動(dòng)和影響的因素非常大。所以說(shuō)，在進(jìn)行以柴油機(jī)為動(dòng)力裝置的船舶軸系振動(dòng)系統(tǒng)問(wèn)題研究中，要對(duì)船舶軸系系統(tǒng)進(jìn)行精確計(jì)算分析[32]，研究的重點(diǎn)放在螺旋槳流體、齒輪嚙合、船體等方面，只有這樣才能滿足船舶軸系振動(dòng)研究的需要，更好地控制船舶軸系振動(dòng)。