船舶轴系振动教学演示实验台架设计与实验分析

基 金项 目： 浙江省 自然科学基金项 目（ ＹＪ ２ Ｅ ０ ９ ０ ０ ｏ ７ ） ； 浙江省公益性技术应用 研究计划项 目（ ２ Ｏ １ ３ Ｃ ３ １ Ｏ ５ Ｏ ） ； 浙江海 洋学院大学 生创 新项 目（ ２ ０ １ １年度）
第 ２ ６ 卷
第 ５期
大
学
物
理
实
验
Ｖｏ １ ． ２ ６ Ｎｏ ． ５
Ｏｃ ｔ ． ２ ０ １ ３
２ ０ １ ３年 ｌ ０月
ＰＨ ＹｓＩ ＣＡＬ Ｅ ｘＰＥ ＲＩ Ｍ ＥＮＴ ０Ｆ Ｃ ０ＬＬ ＥＧＥ
文章编号 ： １ ０ ０ ７ — ２ ９ ３ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ３ ４ － ０ ４
频谱 、 纵振频谱等关键 实验环节进行 了比对分析 和讨论 ， 得出了船舶轴 系振 动教 学演示 实验 台架 的可用
性 和 可 比性 。
关
键
词： 船 舶轴 系 ； 振动 ； 实验 台架 ； 教学演示
文 献 标 志码 ： Ａ
中 图分 类 号 ： ０ ４ － ３ ３
船舶轴 系 是船舶 动力 装置 中 的重要组 成部 分 之一 ， 承担 着将 船 舶 主 机发 出 的功 率传 递 给螺 旋 桨， 同时将螺旋桨产生的轴 向推力传递 给船体实 现推 船航行 作 用 。船 舶轴 系振 动是 船舶普 遍存 在 的客 观现象 ； 由于船舶 主 机 的工 况变 化 ， 不 同阶段 会 产 生不 同程 度 的振 动 ， 当其 振 动 系统 固有 频 率 与激 发频 率相 同 ， 就会 产 生 共 振 。对 于大 功 率 推 进装 置 ， 即使 不处 于 共振 状 态 ， 由于激 励 增 大 ， 也 可能 引起 剧烈 的振 动 ； 从 而 会 导致 轴 应 力 （ 扭矩 ） 呈周 期性 变化 ， 将引起 轴 系本身 及其 零件 疲劳 ， 严 重 时将发 生轴 的断裂 ， 造 成重 大 、 甚 至灾难 性 的后 果 。因此 ， 船舶 轴 系振动 问题 ， 成 为 轮机工 程 专业 技术 人员 的关 注 点 ， 也是 轮 机 工 程 学科 专 业 教 学 的一 个重 要 内容 ， 且 属于 专业 教学 重点 和难点 。 为 了在教 学环节 中 ， 更形象 描述 、 理解 和分 析 船舶 主推 进轴 系振 动形 式 、 特 点及规 律 ， 提高学 生 对轴 系振 动特 性 的认 识 ， 锻 炼 科 学分 析 和解 决 轮 机工 程 问题 的能 力 ； 一般 都 会 在 船 舶轴 系振 动 理 论教 学基 础上 ， 开设 对应 的实 验项 目。通 过实 验 ， 学生 可独立 自主 的完 成 轴 系 振 动数 据 的采 集 、 分 析， 感性 、 直观 地认识 和 理解船 舶轴 系振 动 内在形 式及 特性 ， 从 而有 助 于学 生 对 轮 机 专业 知识 的理 解并 培养 其独 立分 析和解 决 问题 的能力 。
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ３ — ０ ４ — １ ７
时， 还存在出海风险等不安全因素。因此 ， 在高校 本科 教 学过程 中 ， 基 本 上均 不 会 选 择该 种 实验 形 式 。当然 ， 实船 实 验 可 以采 集 到 船 舶轴 系振 动 的 真 实数据 ， 具有 完全 的可 信度 。 试 验 台架 实验 ， 是将 实船上 的 轴系 ， 安装 到实 验室， 包 括 了船 舶 主机 、 轴 系 和螺旋 桨 。忽略 了船 舶螺旋桨激励 、 船体振动等因素的影响 ， 因而可以 认为是在一定假设条件下 ， 船舶轴系振 动特性 的 体 现 。与实船 实 验 相 比较 ， 除 了振 动 特 性 与实 船 存在一定差异外 ， 在形式上具有高度的相似性 ， 因 此 可 以用于分 析 和研究 船舶轴 系振 动 的变化 规律 和影 响 因子 ； 同时 ， 实验 成 本 大 大 降低 ， 其 主要 体 现 在燃 油 、 滑 油和 电力消 耗 。试 验 台架 实验 ， 一般 在 进行科 研 项 目实 施 和 研 究 生 教 学 过 程 中会 采 用； 而在 本科教 学 中 ， 由于实验 成本 及安 全等 方 面 原 因而 不考 虑 。 演 示 台架 实 验 ， 主要 关 注 船 舶 轴 系振 动测 试 过 程 的相似性 、 实 验分析 手段 一致 性 、 振 动规 律可 比性等 ， 而不 追求 与实船 真实 信号 的高 度符 合性 。 因此 ， 在 演 示 台架 上 ， 不 会 配 置 船 舶 主 机 和 螺 旋 桨， 在 台架尺 度 、 轴 系布 置形 式等方 面都 将根 据需 要 进行 简化 。与 前 述 的两 种 实 验 方 法相 比 ， 演 示 台架实 验成本 基 本 可 以忽 略 不 计 ， 因为 除 了 电力 外， 没有任何其他方面的消耗 ； 同时， 演示 台架上 测得的振动信号与实船一样， 为周期性振动信号， 可 以演示性的表达 船舶轴 系振 动部分特 征 ； 使得 演示 台架实验成为本科教学成为不可多得 的实验手段 。
船 舶轴 系振 动教 学 演 示 实 验 台架设 计 与 实验 分析
刘夏青 ， 温 小飞 ， 张怀越 ， 秦
（ 浙 江海 洋 学 院 ， 浙江 舟山 ３ １ பைடு நூலகம் ０ ０ ０ ）
旭
摘
要： 通过船舶轴系振动理论和实践特 点的分析 ， 设计 和制作 了船舶轴 系振动 教学演 示实验 台
架 。同时 ， 在 教学演示实验 台架 与实船之 间开展 了比对实验 ， 在船舶 轴系振动信 号、 轴系 扭振频谱 、 横振
常 巨大 的 ， 其 包括 了船 员配 置 、 试 航 区 的选 择 、 适 航 大纲 的制定 、 整船 系统 的维 护和保 养费 用等 ； 同
１ 基 本 实 验方 法
船舶 轴系 振动 实 验 项 目 ， 一 般可 分 为 三 种 形 式： 实船 实验 、 试验 台架 实验 、 演示 台架 实验 。 实船 实验 ， 是在 实船 上进行 ， 实 验成本 将是 非