Chapter 11 柴油机的振动与平衡Vibration and Balance of Diesel Engine11.1柴油机动力学Dynamics of diesel engine11.2柴油机平衡Balance of diesel engine11.3轴系扭转振动和减振Torsional vibration and absorbing11.4轴系纵向振动和减振Axial vibration and absorbing2025/9/2chapter11柴油机的振动与平衡
2025/9/2 chapter 11 柴油机的振动与平衡 2 Chapter 11 柴油机的振动与平衡 Vibration and Balance of Diesel Engine 11.1 柴油机动力学 Dynamics of diesel engine 11.2 柴油机平衡 Balance of diesel engine 11.3 轴系扭转振动和减振 Torsional vibration and absorbing 11.4 轴系纵向振动和减振 Axial vibration and absorbing
11.3轴系扭转振动和减振一、基本概念固有频率临界转速★自由振动弹性轴一→扭转振动If,=★共振强迫振动扰动频率>气体力与往复惯性力作用于曲的扭矩是周期性变化的：>任何一台柴油机装置的轴系在运转中总存在着扭转振动。2025/9/2chapter11柴油机的振动与平衡3
2025/9/2 chapter 11 柴油机的振动与平衡 3 11.3 轴系扭转振动和减振 一、基本概念 弹性轴 扭转振动 固有频率 自由振动 强迫振动 扰动频率 If,= 共振 临界转速 ➢气体力与往复惯性力作用于曲的扭矩是周期性变化的； ➢任何一台柴油机装置的轴系在运转中总存在着扭转振动
-Phase difference口ElectromagneticevolutionsensoRotating bodyLoad日GearGearPhasedifferenceFFT analyzercalculatorPD-8700chapter11柴油机的振动与平衡2025/9/2
2025/9/2 chapter 11 柴油机的振动与平衡 4
11.3轴系扭转振动和减振二、自由扭转振动A自振频率：{=V振型：按比例确定各截面的振幅当量系统：将实际的轴系换算成与扭摆相似的简化系统(b)扭摆的振动2025/9/2chapter11柴油机的振动与平衡
2025/9/2 chapter 11 柴油机的振动与平衡 5 11.3 轴系扭转振动和减振 二、自由扭转振动 自振频率： 振型：按比例确定各截面的振幅 当量系统：将实际的轴系换算成 与扭摆相似的简化系统 I K f 2 1 =
11.3轴系扭转振动和减振6)单节振动f)双节振动21单节振动Onn>Onl图11-15双质量及三质量系统>实际柴油机动力装置，最多只考虑三节扭转振动：>实际柴油机轴系存在阻尼（各种摩擦等）。2025/9/2chapter11柴油机的振动与平衡
2025/9/2 chapter 11 柴油机的振动与平衡 6 11.3 轴系扭转振动和减振 单节振动 单节振动 双节振动 nII nI ➢实际柴油机动力装置，最多只考虑三节扭转振动； ➢实际柴油机轴系存在阻尼（各种摩擦等）
11.3轴系扭转振动和减振节振动形式1712345678918111213a)7.141523m=1014/12=16.5X15]112= 14.3P53节点单节摄动形式节点：0节点12/111=-0.13Qak/n=-0.5/=-817双节振动形车12/11=-.965推进轴系的当量扭振系统2025/9/2chapter11柴油机的振动与平衡
2025/9/2 chapter 11 柴油机的振动与平衡 7 11.3 轴系扭转振动和减振
11.3轴系扭转振动和减振三、强制扭转振动1.系统激振力矩（输出扭矩）气缸中气体力产生的周期性变化力矩：活塞曲柄连杆机构的往复惯性力矩；（输出扭矩）活塞曲柄连杆机构的重力产生的力矩；；（输出扭矩）螺旋奖、发电机等接受功率部件不能均匀吸收扭矩而产生的周期性变化力矩。（负荷扭矩）输出扭矩由平均扭矩和各次简谐次构成，一般只考虑到12次的简谐扭矩2025/9/2chapter11柴油机的振动与平衡8
2025/9/2 chapter 11 柴油机的振动与平衡 8 11.3 轴系扭转振动和减振 三、强制扭转振动 1．系统激振力矩 ◼ 气缸中气体力产生的周期性变化力矩；（输出扭矩） ◼ 活塞曲柄连杆机构的往复惯性力矩；（输出扭矩） ◼ 活塞曲柄连杆机构的重力产生的力矩；（输出扭矩） ◼ 螺旋桨、发电机等接受功率部件不能均匀吸收扭矩而 产生的周期性变化力矩。（负荷扭矩） 输出扭矩由平均扭矩和各次简谐次构成，一般只考虑到12次的简谐扭矩
11.3轴系扭转振动和减振2. 共振由于激励力矩的次数很多，实际强制扭转振动的波形复杂当某一次激励力矩的频率等于某一节振型的自振频率时，会产生共振2025/9/2chapter11柴油机的振动与平衡
2025/9/2 chapter 11 柴油机的振动与平衡 9 11.3 轴系扭转振动和减振 2．共振 ◼ 由于激励力矩的次数很多，实际强制扭转振动 的波形复杂 ◼ 当某一次激励力矩的频率等于某一节振型的自 振频率时，会产生共振
11.3轴系扭转振动和减振3. 临界转速N0't2=0'2/=40(min)09共振条件：N，=N自振V=2.5W主简谐：二种程和四冲程奇数机为n*气缸数次N=2.0四冲程偶数缸机为1/2*n*气缸数次V=1.5主临界转速：N'l与主简谐项对应的临界转速v=1.0非主临界转速：NleV=0.5与次简谐项对应的临界转速2.5ni.s"3.0 nmaNmin0n(r/min)2025/9/210chapter11柴油机的振动与平衡
2025/9/2 chapter 11 柴油机的振动与平衡 10 11.3 轴系扭转振动和减振 3．临界转速 共振条件：Nv = N自振 n(r/min) nmax nmin n I 1.5 n II 2.5 n III 0 3.0 N I e N II e N III e N (min -1 ) v=0.5 v=1.0 v=1.5 v=2.0 v=2.5 v=3.0 v=4.5 v=6.0 v=12.0 v=24.0 主简谐： 二种程和四冲程奇数机为n*气缸数次 四冲程偶数缸机为1/2*n*气缸数次 主临界转速： 与主简谐项对应的临界转速 非主临界转速： 与次简谐项对应的临界转速
11.3轴系扭转振动和减振4.轴系扭转振动许用应力和许用扭矩节点附近的扭振附加应力最大各大船级社都有严格的限制规范表 11-3曲轴及螺旋浆轴的扭振许用应力(MPa)扭振许用应力转速比范围运转工况[t]±［(52--0.031d)—（3.38—0.02d)r2持续运转0<r≤1.0[t,] =± 2. 0[t]瞬时运转0≤r≤0.8[,]=±[(18.1-0.0113d)+(87.3-0.052d)V-11超速运转1.0<r≤1.15表11-4推力轴、中间轴、尾轴的扭振许用应力(MPa)转速比范围扭振许用应力运转工况[t]=±[70.4-0.031d)-(45.6-0.02d)r2持续运转0<r<1.0[]=±1.7[]瞬时运转0≤r≤0.8[t,J=±［(22.0-0.0113d)+(117.7-0.052d)-1]超速运转1.0<r≤1.152025/9/2chapter11柴油机的振动与平衡11
2025/9/2 chapter 11 柴油机的振动与平衡 11 11.3 轴系扭转振动和减振 4.轴系扭转振动许用应力和许用扭矩 ◼ 节点附近的扭振附加应力最大 ◼ 各大船级社都有严格的限制规范