基本介紹
- 中文名：縱向振動
- 外文名：longitudinal vibration of shafting
- 定義：船體橫剖面沿其縱軸往復的振動
- 學科：船舶工程
- 特點：常與船舶的垂直振動一同出現
- 相關概念：垂直振動、水平振動、扭轉振動
簡介,成因,縱向振動測量,縱向振動計算的模型簡化,
簡介
船體所產生的和完全自由梁相類似的整體性振動。船體梁受到瞬態激振力作用所產生的振動為船體總振動的自由振動，而受到穩態激振力作用所發生的振動為船體總振動的強迫振動。船體總振動的常見形式有以下四種：垂向振動、水平振動、扭轉振動及縱向振動。垂向振動是指船體梁在中縱剖面的平面內鉛垂方向上發生的彎曲振動；水平振動是指船體梁在水線面的平面內水平方向上發生的彎曲振動；扭轉振動是指船體梁繞其縱軸所作的往復扭轉振動；縱向振動是指船體梁沿縱軸方向的往復拉壓振動。因船船各個橫剖面的重心和剛度中心並不重合，它們沿船長的連線也不是直線．故水平振動與扭轉振動、縱向振動與垂向振動是相互耦合的。
成因
船舶軸系縱向振動的激振力主要來自螺旋槳推力的不均勻。任何由螺旋槳推進的船舶，船尾伴流總是存在不均勻性，因此推力的不均勻性也總是存在的。
引起推力不均勻的另外一種原因是主機引起的。汽輪機船，主機帶有速比較大的齒輪箱，冷凝器布置在汽輪機下面，主機與軸系不在一條直線上，這樣的布置不利於承載較大的交變縱向力。柴油機船，氣缸內氣體壓力和往復運動件的慣性力產生的縱向周期力也可能激起軸的縱向振動。此外，軸系的扭轉振動也可能激起縱向振動，特別是扭轉振動頻率與縱向振動固有頻率相同或相近時，這種振動的耦合主要是通過曲軸和螺旋槳實現的。
中國船級社要求，對於大型低速柴油機及渦輪機的推進軸系，必須提交其推進軸系的縱向振動特性並應獲得船級社的批准。
縱向振動測量
動態應力是由軸的縱向振動引起的，可以用適當的感測器，隨峰-峰值信號進行記錄，測量程式與扭轉振動的測量相同。
圖1
圖1直軸縱向振動一般用應變儀進行測量，應變儀定向在軸線縱向上，以90度角的間距安裝於軸的柱平面上。對於用直聯式柴油發動機的動力系統，其最低的縱向振動模式可以在發動機前方曲軸的懸空端上測量。利用感測器來確定偏轉角。在最低模式(0模式)，螺旋槳和軸隨實體振動，就像彈簧壓力推動作用一樣。
圖1是一個在曲軸懸空端測得的縱向振動模式位移幅度的例子。儘管發動機激發共振發生在緊靠工作轉速處，振動量級仍是中等的。
縱向振動計算的模型簡化
中國船級社要求，對於大型低速柴油機及渦輪機的推進軸系，必須提交其推進軸系的 縱向振動特性並應獲得船級社的批准。在縱向振動的計算中，縱向振動的模型可以簡化如下：
(1)將柴油機各缸單位曲柄的質量等分集中在該曲柄兩主軸頸中央處。
(2)傳動齒輪、鏈輪、飛輪、推力盤、螺旋槳等作為集總質量放在各部件重心或幾何中心位置，螺旋槳還應計入附加水力效應。
(3)中間軸、尾軸、螺旋槳軸按自然分段或其他方法離散為若干集總質量，質量在各離散點的分配應使其質心位置保持不變。通常應在軸承支承位置處放一個集總質量，軸段亦可按自然分段作分布系統處理。
軸系的縱向振動和扭轉振動，不論是離散系統模型和還是分布系統模型，都具有完全的相似性。只要將扭轉振動的動力學參數更換成縱向振動的動力學參數，則扭轉的一些公式就完全可以用於縱向振動。
