轴承支承长度及间距对船舶轴系振动特性影响(正式版)
支撑参数对船舶轴系-轴承-基座系统振动特性影响研究
支撑参数对船舶轴系-轴承-基座系统振动特性影响研究李全超;俞强;刘伟【摘要】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.%针对支撑参数改变轴系振动特性问题，建立轴系-轴承-基座系统分析模型，研究轴承支撑刚度、基座支撑刚度等支撑参数对系统振动固有特性、振动传递特性的影响规律，并提出轴系减振设计参数控制方向。
轴承支承长度及间距对船舶轴系振动特性影响
轴承支承长度及间距对船舶轴系振动特性影响1. 引言随着船舶工业的发展，船舶的设计和制造技术不断提高，而船舶轴系振动问题作为船舶安全和性能的重要方面，一直是人们关注的研究对象。
其中，轴承系统作为船舶轴系结构的重要组成部分，对轴系振动具有重要影响。
而轴承支承长度及间距则是轴承系统设计中的重要参数之一。
本文将探讨轴承支承长度及间距对船舶轴系振动特性的影响。
2. 轴承支承长度对船舶轴系振动的影响2.1 轴承支承长度的概念轴承支承长度是指轴承的内、外环在轴上占据的长度。
在船舶轴系中，轴承支承长度一般指内环和外环在轴上的支承长度之和。
2.2 轴承支承长度对轴系振动的影响轴承支承长度对轴系振动的影响主要体现在以下两个方面：2.2.1 轴向力的传递轴承支承长度的大小与轴向力的传递有关。
当轴承支承长度较短时，轴向力传递不足，会导致轴向振动加剧，轴系静态和动态刚度降低，轴系振动周期增加；而当轴承支承长度较长时，轴向力传递过剩，则会引起轴向力的过载，同时也会影响轴承的寿命。
2.2.2 轴系刚度轴承支承长度的大小还会影响轴系的静态和动态刚度。
当轴承支承长度较小时，轴系静态和动态刚度均降低，轴系振动的周期增加；而当轴承支承长度较大时，轴系静态和动态刚度均增加，轴系振动的周期减小。
2.3 轴承支承长度的优化针对轴承支承长度对轴系振动的影响，需要进行合理的优化设计。
一般来说，对于同一轴承，其内外环支承长度之比应该尽量设定在1:1到2:1之间，以保证轴向力的传递和轴系刚度的平衡。
此外，在轴承设计时还需要结合轴的材料特性、轴承支架的结构形式等，进行综合评估和优化设计。
3. 轴承间距对船舶轴系振动的影响3.1 轴承间距的概念轴承间距是指相邻轴承中心间的距离，其大小直接关系到轴承的数量和轴的长度。
3.2 轴承间距对轴系振动的影响轴承间距对轴系振动的影响主要表现在以下两个方面：3.2.1 弯曲振动当轴承间距过大时，容易引发弯曲振动。
当轴承间距小于轴长的1/3时，弯曲振动的危害可以控制在一定范围内。
轴承支承长度及间距对船舶轴系振动特性影响示范文本
文件编号：RHD-QB-K7814 （安全管理范本系列）编辑：XXXXXX查核：XXXXXX时间：XXXXXX轴承支承长度及间距对船舶轴系振动特性影响示范文本轴承支承长度及间距对船舶轴系振动特性影响示范文本操作指导：该安全管理文件为日常单位或公司为保证的工作、生产能够安全稳定地有效运转而制定的，并由相关人员在办理业务或操作时进行更好的判断与管理。
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本文主要对轴承的支承长度以及间距对于船舶轴系振动的特性进行相应的分析，发现在不同位置处，以及不同的支承长度对船舶的轴系的固有振动的影响，并且经过计算，不同位置轴承的变化对于船舶轴系固有振动的影响都不同。
其中对于船舶轴系的振动的影响最大的是船舶前后艉架轴承和船舶艉管轴承，并且这些轴承所工作的环境都是十分的恶劣，在运行的过程中会发生很大的变化。
在船舶的轴承的正常的运作中，轴承的支承的面积是随之改变的，所以必须要对轴承的长度对于轴系振动的影响进行相应的研究，并且要根据一些条件，来对相应的轴系进行调整，以此来避开共振所产生的危害。
主要是对船舶的轴系的后艉架轴承和船舶艉管轴承进行相应的变化，并且要计算不同条件下的轴系的固有的频率，根据不同的轴系之间的间距变化来对分析。
传播轴系轴承数学模型及轴系动力学方程1.1.船舶轴系轴承数学模型船舶的轴系轴承主要是典型的液体动压径向滑动轴承，主要的方程式为：1/r2·α/αθ（h3/μ·α/αθ）+α/αθ（h3/μ·α/αz）=αβα/αθ+12（ycosθ+xsin θ）在这个公式中，当瓦面是圆形的时候，可以利用e与eθ来表示对于速度的扰动，这是可以将以上的公式变化为：1/r2·α/αθ（h3/μ·α/αθ）+α/αθ（h3/μ·α/αz）=αβα/αθ+12（ecosθ+eφsinθ）这时，在公式之中，可以看出油膜的厚度是h，油膜的压力则是为p，而μ则是润滑油的动力粘度，z 为主要的轴向的坐标，这时，要以c为轴承的半径，以L为轴承的长度，将轴承的直径设为A，速度为w，μ是进油的温度以及动力粘度。
轴承刚度对船舶推进轴系振动传递路径影响分析
轴承刚度对船舶推进轴系振动传递路径影响分析李海峰;朱石坚;刘学伟【摘要】The matrix transfer method was used to analyze the vibration transmission paths in the ship propulsion shafting. First of all, the ship propulsion shafting was simplified to concentrated mass elements, elastic supporting elements and the beam elements with the distributed parameters. And the expression of the field transfer matrix of the ship propulsion shafting was deduced based on the modified Timoshenko beam theory. Then, the corresponding boundary conditions were introduced, and the solution of the bearing force and the displacement response of the propulsion shafting were obtained. Finally, the power flow of each bearing of the propulsion shafting was analyzed numerically from the perspective of energy and compared with the result of FEA approach. The results show that the matrix transfer method based on the modified Timoshenko beam theory is feasible and effective to calculate the propulsion shafting bending vibration. And the aft stern bearing stiffness has the largest influence on the transmission path, followed by the front stern bearing and the thrust bearing.%采用传递矩阵法，将船舶推进轴系简化为质量点单元、弹性支承单元和具有分布参数的梁单元。
轴承结构对振动与噪声的影响
轴承结构对振动与噪声的影响1.滚道声滚道声是由于轴承旋转时滚动体在滚道中滚动而激发出一种平稳且连续性的噪声，只有当其声压级或声调极大时才引起人们注意。
其实滚道声所激发的声能是有限的，如在正常情况下，优质的6203轴承滚道声为25～27dB。
这种噪声以承受径向载荷的单列深沟球轴承为最典型，它有以下特点：a.噪声、振动具有随机性；b.振动频率在1kHz以上；c.不论转速如何变化，噪声主频率几乎不变而声压级则随转速增加而提高；d.当径向游隙增大时，声压级急剧增加；e.轴承座刚性增大，总声压级越低，即使转速升高，其总声压级也增加不大；f.润滑剂粘度越高，声压级越低，但对于脂润滑，其粘度、皂纤维的形状大小均能影响噪声值。
滚道声产生源在于受到载荷后的套圈固有振动所致。
由于套圈和滚动体的弹性接触构成非线性振动系统。
当润滑或加工精度不高时就会激发与此弹性特征有关的固有振动，传递到空气中则变为噪声。
众所周知，即使是采用了当代最高超的制造技术加工轴承零件，其工作表面总会存在程度不一的微小几何误差，从而使滚道与滚动体间产生微小波动激发振动系统固有振动。
尽管它是不可避免的，然而可采取高精度加工零件工作表面，正确选用轴承及精确使用轴承使之降噪减振。
2.落体滚动声该噪声一般情况下，大都出现在低转速下且承受径向载荷的大型轴承。
当轴承在径向载荷下运转，轴承内载荷区与非载荷区，若轴承具有一定径向游隙时，非载荷区的滚动体与内滚道不接触，但因离心力的作用则可能与外圈接触，为此，在低转速下，当离心力小于滚动体自重时，滚动体会落下并与内滚道或保持架碰撞且激发轴承的固有振动和噪声，并且有以下特点：a.脂润滑时易产生，油润滑时不易产生。
当用劣质润滑脂时更易产生。
b.冬季常常发生。
c.对于只作用径向载荷且径向游隙较大时也易产生。
d.在某特定范围内也会产生且不同尺寸的轴承其速度范围也不同。
e.可能是连续声亦可能是断续声。
f.该强迫振动常激发外圈的二阶、三阶弯曲固有振动，从而发出该噪声。
尾轴后轴承局部对中对船舶轴系校中的影响
points against multi-support points while varying the loads of the fore stern tube bearing or intermediation shaft bearing;furthermore,the calculations of bearing loads and bearing influence number for mentioned conditions have been carried out;through the measured bearing loads and jack-up rates,one of those optimized shaft alignment calculations has been selected depending on their different boundary assumption.The tendency of local alignment has been assessed according to hull deflection and changing of the bearing height.Due to present jack-up method for bearing load measurement used on board shops along national and civil shipyards,the processes of machining,installation,measuring and adjustment were monitored.The key points for aft stern bearing relative height and slope were worked out and analysed comparing different type of shaft styles and different installation processes，the affecting factors for installation and measuring have been studied and analysed.The local alignment on aft stern tube bearing were analysed according to the actual measured data; verification calculation and analysis were carried out,and tendency of bearing load to its support points were monitored;the rational range of bearing load has been confirmed in more different ship conditions of the leading vessel.the tendency of bearing load and optimised bearing load range were fed back for further optimise design purpose and adjustment for the sister vessels;the accuracy of bearing loads and optimised bearing loads range were benefit for stern tube bearing local alignment and fulfil the requirement of design to ensure the safety of propulsion system;all the ships’propulsion system working in a good condition during sea trial,and the measured bearing loads found in accordance with leading vessel.Key Words：Stern tube bearing;Local alignment;Shaft alignment;Jack-up method; Bearing load目录摘要 (I)Abstract (III)1绪论 (1)1.1研究意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1船舶轴系对中计算 (2)1.2.2船舶轴系安装 (4)1.2.3船舶轴系轴承负荷测量 (6)1.3主要研究内容 (10)1.4技术路线 (11)2船舶轴系校中的复核计算 (13)2.1前言 (13)2.2复核计算 (14)2.2.1尾轴承局部负荷 (16)2.2.2对无尾轴前端轴承的散货船轴系的复核计算 (16)2.2.3对双斜度尾轴后轴承的油轮轴系的复核计算 (23)2.2.4复核计算中轴承单点支撑和多点支撑的合理性 (31)2.2.5轴承影响数、轴承顶升率和尾轴后轴承局部对中的相关性 (31)2.3本章小结 (35)3轴系实船安装、测量和调整 (37)3.1前言 (37)3.2轴系的布置 (37)3.3安装过程的控制 (37)3.3.1整体艉管前端可拆卸法兰的影响 (37)3.3.2尾轴前端临时支撑点对轴系法兰偏移和曲折的影响 (38)3.3.3中间轴承机座固定前后轴承负荷的影响 (39)3.3.4顶升过程中相邻轴承的变化 (41)3.3.5实船上轴承影响数(BIN)和顶升率调整轴承负荷的一种方法 (41)3.4本章小结 (44)4结论与展望 (45)4.1结论 (45)4.2展望 (46)参考文献 (47)致谢 (49) (50)1绪论1.1研究意义船舶推进装置对于船舶的正常运营、船舶人员和财产的安全以及海洋环境的污染等至关重要。
轴承预紧力和跨距对主轴动态特性的影响
轴承预紧力和跨距对主轴动态特性的影响孙志礼;田越;冯吉路;卞景浩【摘要】The dynamic characteristics of the spindle was analyzed by using finite element method based on ABAQUS.It was mainly studied the influence of the bearing preload and the support span on dynamics characteristics of the spindle, considering both the influence of the axial preload and the self-weight of the main shaft on the bearing stiffness, and calculated the matched bearing support stiffness under different preload and interference fit.Meanwhile,the empirical formula of the natural frequency was fitted,which indicates the relationship among the natural frequency,the preload and the support span.The results show that bearing preload compared with the interference fit on the influence of the matched bearing stiffness is more obvious.The natural frequency of the spindle system increases with the bearing preload,at the same bearing preload, the natural frequency of the spindle system increases as the increasement of the bearing's support span.%基于ABAQUS采用有限元分析法分析了主轴动态特性,主要研究了轴承预紧力和支撑跨距对主轴动态特性的影响,在同时考虑轴向预紧和主轴自重对轴承刚度的影响的情况下,计算得到不同预紧力和过盈配合下组配轴承的径向刚度,拟合了固有频率随轴承预紧力和支撑跨距变化的经验公式.结果表明:轴承预紧力相比过盈量对组配轴承刚度的影响更为明显.主轴系统的固有频率随轴承预紧力的增加而增大,相同的刚度下,轴承支承跨距的增加系统固有频率随之增大.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)005【总页数】4页(P1-4)【关键词】预紧力;跨距;角接触球轴承;过盈配合;固有频率【作者】孙志礼;田越;冯吉路;卞景浩【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,辽宁沈阳110819;沈阳机床股份有限公司,辽宁沈阳110142【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言高档数控机床是支撑整个装备制造领域发展的核心装备。
推力轴承轴向刚度对船舶轴系振动响应的影响
1． 1 几何模型的建立 据某型船舶结构特点，将螺旋桨轴、艉轴、推
力轴和中间轴定义为三维梁单元 Beam 188，并对 弹性联轴节根据其转动惯量和质量进行等效处 理。为满足联轴节外毂轮质量 7 800 kg、转动惯 量 6 500 kg·m2 和悬挂力臂 320 mm 的要求，将 其等效成直径 2． 23 m、密度 4 987． 2 kg / m3 的三 维梁单元。支撑轴承采用 Combine 14 进行模拟， 其中螺旋桨轴承的支点设在离螺旋桨尾端 1 /3L
2） 推力轴承轴向刚度对轴系纵振影响较大。 轴向刚度越大，在螺旋桨端附近的振动越小，在近 电机端的振动越小，在推力轴承附近出现转折点。 这说明增大推力轴承轴向刚度能有效地衰减振动 从螺旋桨端向电机端、船体的传递，降低噪声辐 射，具有较明显的减振降噪效果。
3） 为了减小轴系的纵振程度，应尽可能选取 刚度大于 3． 00 × 1010 N / mm 的推力轴承。
承轴向刚度下的轴系振动特性，分析螺旋桨激振力通过轴系的传递状况。计算结果表明，增大推力轴承轴向
刚度能有效衰减振动沿着纵向振动经过船体结构的传递，有一定减振降噪的作用。
关键词： 推力轴承； 刚度； 振动； 谐响应分析
中图分类号： U664． 21
文献标志码： A
文章编号： 1671-7953（ 2012） 04-0110-03
参考文献
［1］ 王 滨． 轴承刚度对船舶轴系振动特性的影响研究 ［J］． 齐齐哈尔大学学报，2009，25（ 6） ： 55-60．
［2］ 张金国，姚世卫，王 隽． 法兰盘式推力轴承推进轴 系振动 传 递 特 性 分 析 研 究［J］． 噪 声 与 振 动 控 制， 2008（ 2） ： 23-25．
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轴承支承长度及间距对船舶轴系振动特性影响
(正式版)
轴承支承长度及间距对船舶轴系振
动特性影响(正式版)
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本文主要对轴承的支承长度以及间距对于船舶轴
系振动的特性进行相应的分析，发现在不同位置处，
以及不同的支承长度对船舶的轴系的固有振动的影
响，并且经过计算，不同位置轴承的变化对于船舶轴
系固有振动的影响都不同。
其中对于船舶轴系的振动
的影响最大的是船舶前后艉架轴承和船舶艉管轴承，
并且这些轴承所工作的环境都是十分的恶劣，在运行
的过程中会发生很大的变化。
在船舶的轴承的正常的运作中，轴承的支承的面
积是随之改变的，所以必须要对轴承的长度对于轴系
振动的影响进行相应的研究，并且要根据一些条件，来对相应的轴系进行调整，以此来避开共振所产生的危害。
主要是对船舶的轴系的后艉架轴承和船舶艉管轴承进行相应的变化，并且要计算不同条件下的轴系的固有的频率，根据不同的轴系之间的间距变化来对分析。
传播轴系轴承数学模型及轴系动力学方程
1.1.船舶轴系轴承数学模型
船舶的轴系轴承主要是典型的液体动压径向滑动轴承，主要的方程式为：1/r2·α/αθ（h3/μ·α/αθ）+α/αθ（h3/μ·α/αz）=αβα/αθ+12（ycosθ+xsinθ）
在这个公式中，当瓦面是圆形的时候，可以利用e与eθ来表示对于速度的扰动，这是可以将以上的公式变化为：1/r2·α/αθ（h3/μ·α/αθ）+α
/αθ（h3/μ·α/αz）=αβα/αθ+12（ecosθ+eφsinθ）
这时，在公式之中，可以看出油膜的厚度是h，油膜的压力则是为p，而μ则是润滑油的动力粘度，z为主要的轴向的坐标，这时，要以c为轴承的半径，以L为轴承的长度，将轴承的直径设为A，速度为w，μ是进油的温度以及动力粘度。
最终得出公式：α/αθ（h3/μ·α/αθ）+1/（L/D）2α/αλ（H3/μ·αp/αλ）=3αH+6（ycosθ+xsinθ）.α/αθ（h3/μ·α/αθ）+1/（L/D）2α/αλ（H3/μ·αp/αλ）=-3εsinα（1-2θ）+6εcos γ.
根据以上的公式求解可以发现，当求得的压力可以满足工程需要，必须要有相应的模型来进行雷诺方程的求解。
1.2.轴系动力学方程
主要的系统的方程式：Mp+Cq+Kp=R，在这个公式中M、C、K主要是代表系统的质量矩阵、阻尼矩阵以及刚度矩阵，而q主要是指系统的位移矩阵，而R则是代表着系统的激振力列的向量。
船舶轴承的有限元模型
将轴承中的初始的船舶的轴承支承的长度设为50mm，并且将支承增加到100mm，或者是将轴承减少到30mm。
根据实际船舶的有限元模型，并且利用其相关的软件来对其进行计算，将轴系的单位进行划分，将各个轴承中的支承设为理想的面接触，从而来忽略轴系中对于振动的影响。
对于结果的计算
3.1.轴承的支承的长度对轴系固有的振动特性进行影响
轴系的低阶振动频率是主要影响后托架轴承的支承的长度，支承长度的降低，可以有效的降低轴承的振动频率，并且在船舶轴系的运行过程中，最为主要的就是轴系的低频率振动，因此，必须要加强对于后托架轴承的支承长度的重视。
前托架轴承对于轴系振动也有着影响，主要是随着轴承的支承长度的增加而发生改变，轴系中固有振动的频率会不断的增加。
另外前托架轴承在前几阶对于振动的频率不是很大，主要是在后几阶，有很大的影响。
因此前托架轴承的磨损对于轴系的影响是不大的。
3.2.对于轴承间距对于固有振动的特性的影响
①托架轴承间距对轴系固有的振动的频率有影响，对托架轴承的间距主要是后艉架轴承支承的位置会不断的沿着船艏的方向进行相应的移动，从而造成了一定间距，并且后艉架轴承的工作环境是相当恶劣
的，因此对于后艉架轴承的磨损是非常的严重的，并且磨损的速度也是很快的。
②前托架轴承以及船舶艉管之间的间距对于船舶轴系的振动有着很大的影响，但是与艉架轴承相比，对于传播固有的振动的频率的影响则比较的小一些。
根据以上的数据，可以发现，对于船舶轴系固有的振动特性的影响，在不同位置的轴承的支承长度不断的变化，对于船舶轴系固有振动的影响也是各不相同。
在轴承中，只有船舶的前后艉架轴承和船舶艉管轴承对于船舶轴系固有的振动影响最大，主要是因为这些轴承的工作的环境十分的恶劣，并且在船舶运行的过程中，会发生一些特殊的变化，尤其是支承长度，其性能会不断的变化。
因此，一定要加强对这些轴承的观察和监测，从而来保证其正常的运行。
在其他的位置上的一些支承长度的变化比较的小，所以对
于船舶轴系的固有振动的特性的影响也是十分小的。
而对于间距对船舶轴系的影响，主要是托架轴承的间距对其的影响比较大，这主要是因为后艉架轴承得运行环境更加的差，比前艉架轴承运行环境还要差，因此才会导致其对于船舶轴系固有振动的特性的影响大。
所以在船舶的运行的过程中，一定要时刻的注意前后艉架轴承之间的间距的变化，加强对其的查看，从而来保证船舶的正常运行。
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