CN104596714A - 船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，包括底座、电机、轴间传动机构、回旋振动轴系和扭转振动轴系；电机固定在底座上，回旋振动轴系和扭转振动轴系平行地布置在底座上方；轴间传动机构用于两轴系之间的传动，包括组合轮和轴间齿轮，根据需要可实现皮带传动、齿轮传动或链传动；回旋振动轴系上设置有对中法兰、配重圆盘、可调变位轴承及测量接口；扭转振动轴系上设置有激振电机、万向节、万向节角度调节装置及测量接口，激振电机的转子连接在轴上，用于模拟产生扭转振动。本发明结构简单，针对性强，可用于模拟研究轴系扭转振动和回旋振动以及轴系校中状态、传动方式对扭转振动和回旋振动影响。

Description

船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置

技术领域

本发明涉及一种轴系振动实验装置，特别是指一种轴系回旋振动与扭转振动的模拟实验装置。

背景技术

船舶推进轴系是船舶动力系统的重要组成部分，轴系回旋振动与扭转振动对船舶运行是否安全可靠有着非常关键的影响。

船舶推进轴系在运转时，受到螺旋桨水动力及船体变形等多种因素的共同影响，将不可避免的产生振动。轴系振动主要分为三种：扭转振动、纵向振动和回旋振动。其中，扭转振动是由于船舶轴系在发动机、螺旋桨等周期性扭矩激励下出现绕其纵轴产生扭转变形的现象。扭转振动引起的振动扭矩/应力是交变的，严重的扭转振动可能引起轴系裂纹和断裂，零部件磨损加剧；出现扭振-纵向耦合振动等。回旋振动是由于轴系旋转件不平衡，及推进器在不均匀尾流场中工作产生循环变化的变曲力矩引起的周期性弯曲变形现象。严重的回旋振动可能会引起轴系的弯曲应力过大而断裂，也会引起螺旋桨的受力不稳。

目前所有关于轴系振动的试验装置均是就某一项目进行试验研究，暂时没有对齿轮箱、皮带、链、万向轴等传动方式对轴系扭转振动的影响以及轴承变位和轴系校中对轴系回旋振动的影响进行系统性研究的试验装置。而齿轮箱、皮带、链轮、万向轴等作为船舶动力轴系常用设备，其对轴系振动的影响不可忽视。另外，目前对轴系回旋振动的常见研究对象为结构较简单、绝对对中的高速轻载转子轴系，着重于系统运转时的振幅控制及稳定性问题。船舶推进轴系为一种工作状态多变的特殊低速重载复杂转子系统，常规试验装置无法对通常在不对中状态下工作的船舶推进轴系进行有效的实际模拟，难以满足对轴系状态变化下回旋振动响应计算的需要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种研究船舶推进轴系扭转振动和回旋振动以及轴系校中状态、传动方式对扭转振动和回旋振动影响的模拟实验装置。

为实现上述目的，本发明所设计的船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，包括底座、电机、轴间传动机构、回旋振动轴系和扭转振动轴系。

所述电机固定在底座上，该电机具有调速功能，可选用变频电机或伺服电机，所述回旋振动轴系和扭转振动轴系通过轴承平行地布置在底座上方。

所述轴间传动机构用于两轴系之间的传动(指将电机的转动传递至扭转振动轴系)，包括分别连接在回旋振动轴系和扭转振动轴系上的两个组合轮，以及连接在两组合轮之间的轴间齿轮。所述组合轮上设置有皮带轮、轴上齿轮和链轮，根据需要可分别实现两轴系之间的皮带传动、齿轮传动或链传动；轴间齿轮通过支架设置在底座上，其位置根据需要进行调整，可移动到两轴上齿轮之间并与二者啮合以实现齿轮传动。所述电机、组合轮与回旋振动轴系在同一轴线上依次相连，所述组合轮与电机之间设置有联轴器；所述回旋振动轴系上设置有用于调整轴系对中状态的对中法兰、用于调整轴系质量不平衡程度的配重圆盘、用于调整轴系位置的可调变位轴承、供外部测量装置连接的测量接口(如测振齿盘及螺纹接口)；所述可调变位轴承由轴承和变位调节底座组成，变位调节底座由导轨、螺杆等组成，可调整其上方轴承的垂向和轴向位置并进一步调整轴系的不对中状态，其具体结构可采用中国专利申请“船舶推进轴系回旋振动试验装置”(申请号：201420723540.8)中的“轴承变位装置”。

所述扭转振动轴系上设置有激振电机、第一万向节、第二万向节、万向节角度调节装置、配重圆盘以及测量接口；所述配重圆盘用于调整轴系质量的不平衡程度；所述测量接口包括测振齿盘与螺纹接口，用于与外部测量装置连接；所述激振电机包括转子和定子，其转子连接在轴上，转子电枢通入直流励磁电源，定子电枢接负载电路，由负载控制电路调节直流发电机的负载大小，改变作用在转子上的扭矩，从而模拟产生扭转振动；所述万向节角度调节装置通过调整两万向节的角度以模拟实际万向轴的安装状态。

进一步的，所述对中法兰的一个法兰盘上设置有角度不同的多对安装孔。其中一对安装孔上安装有对中调节支架，选择不同安装孔可改变对中法兰的偏移方向。所述对中调节支架上设置有微分头，所述微分头的固定套筒部分固定在对中调节支架上，微分头的测微螺杆部分则与另一个法兰盘固定连接。

万向节角度调节装置可通过设置分度盘来实现角度调节，一种可选的结构如下：该装置包括旋转平板、第一分度盘、第二分度盘，第一分度盘、第二分度盘分别位于第一万向节、第二万向节的正下方，并且分别位于旋转平板的下方和上方；其中，第二分度盘与旋转平板之间设置有滑动底板，滑动底板的顶部与该分度盘固定连接，滑动底板的底部与旋转平板通过轴向导轨滑动连接，便于安装或拆卸等过程中移动或断开万向节；第一分度盘的底座固定不动，顶部与旋转平板固定连接并可与旋转平板一起绕该分度盘的转动中心旋转；旋转平板、滑动底板与第二分度盘上分别设置有轴承支架与轴承座，用于固定轴系上相应位置处的轴承。

进一步的，所述配重圆盘为可调偏心式，其上带有螺孔，可安装标定质量的螺钉来改变配重圆盘随轴系运转过程中的离心力，以模拟轴系质量不平衡。

进一步的，所述组合轮与电机之间连接的联轴器为柔性联轴器，可降低电机高速转动对轴系振动的影响。

本发明的有益效果是：1)能够模拟轴系齿轮、皮带、链轮传动并对不同传动方式下的轴系扭转振动进行研究，能够模拟万向轴的不同安装状态并对不同状态下的轴系扭转振动进行研究，能够模拟轴向不对中及质量不均匀状态并对不同状态下的轴系回旋振动进行研究；2)结构简单，针对性强，为船舶推进轴系及其他低速重载轴系的回旋振动和扭转振动的实验研究提供了可靠而有效的综合实验装置。

附图说明

图1为本发明实验装置的立体结构示意图。

图2为图1中组合轮的立体结构示意图。

图3为图1中对中法兰的立体结构示意图。

图4为图1中变位调节底座的立体结构示意图。

图5为图1中万向节角度调节装置的结构示意图。

其中：底座1、电机2、联轴器3、轴间传动机构4、组合轮41、皮带轮411、轴上齿轮412、链轮413、轴间齿轮42、回旋振动轴系5、对中法兰51、安装孔511、对中调节支架512、微分头513、固定套筒514、测微螺杆515、法兰盘516、配重圆盘52、可调变位轴承53、变位调节底座531、测振齿盘54、螺纹接口55、测量接口56、扭转振动轴系6、激振电机61、第一万向节62、第二万向节64、万向节角度调节装置63、旋转平板631、轴向导轨632、第一分度盘633、第二分度盘635、滑动底板634

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1～5所示，本发明改进的船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，包括底座1、电机2、轴间传动机构4、回旋振动轴系5和扭转振动轴系6。电机2为伺服电机，固定在底座1上。回旋振动轴系5和扭转振动轴系6通过轴承平行地布置在底座1上方。

轴间传动机构4由轴间齿轮42与两个组合轮41组成，两组合轮41分别连接在回旋振动轴系5和扭转振动轴系6上，两组合轮41上均设置有皮带轮411、轴上齿轮412与链轮413并配有皮带、链条附件，根据需要可分别实现两轴系之间的皮带传动、齿轮传动或链传动。电机2、组合轮41(其中一个)与回旋振动轴系5在同一轴线上依次相连，组合轮41与电机2之间设置有联轴器3，联轴器3为柔性联轴器。

回旋振动轴系5上设置有对中法兰51、配重圆盘52、可调变位轴承53和测量接口56，测量接口56包括测振齿盘54与螺纹接口55；对中法兰51的一个法兰盘516上设置有角度不同的多对安装孔511，其中一对安装孔511上安装有对中调节支架512，对中调节支架512上设置有微分头513，微分头513的固定套筒514固定在对中调节支架512上，微分头513的测微螺杆515则与另一个法兰盘516固定连接，通过微分头513可方便的调整对中法兰51的对中状态(即两法兰盘错开的程度)。配重圆盘52为带有螺孔的圆盘，可安装标定质量的螺钉来改变配重圆盘52随轴运转过程中的离心力，以模拟轴系质量不平衡。可调变位轴承53由轴承和变位调节底座531组成，变位调节底座531由导轨、螺杆等组成，其具体结构采用中国专利申请“船舶推进轴系回旋振动试验装置”(申请号：201420723540.8)中的“轴承变位装置”。

扭转振动轴系6上设置有激振电机61、第一万向节62、第二万向节64与万向节角度调节装置63，激振电机61的转子连接在轴上以模拟产生扭矩。万向节角度调节装置63包括旋转平板631和第一分度盘633、第二分度盘635；第一分度盘633、第二分度盘635分别位于第一万向节62、第二万向节64的正下方，并且分别位于旋转平板631的下方和上方。其中，第二分度盘635与旋转平板631之间设置有滑动底板634，滑动底板634的顶部与该分度盘固定连接，滑动底板634的底部与旋转平板631通过轴向导轨632滑动连接；第一分度盘633的顶部与旋转平板631固定连接，并可与旋转平板631一起绕该分度盘的转动中心旋转；旋转平板631及其上方的滑动底板634与第二分度盘635上分别设置有轴承支架与轴承座，用于固定轴系上的轴承。扭转振动轴系6的末端设置有配重圆盘52和测量接口56，测量接口56由测振齿盘54和螺纹接口55组成，用于连接外部测量装置。

采用上述装置模拟轴系回旋振动与扭转振动时，可进行以下几个方面的研究：

1)对齿轮、皮带和链传动对轴系振动影响进行研究时可分别在两组合轮41上的皮带轮对和链轮对之间安装皮带或链条以实现皮带传动或链传动，或者将轴间齿轮42移动到两轴上齿轮412之间并与二者分别啮合以实现齿轮传动。电机2通过上述方式驱动扭转振动轴系6旋转，激振电机61产生规则的扭振激励，由外部振动测量设备采集扭转振动轴系6不同位置处的扭振信号。

2)对万向节安装状态对轴系扭振影响进行研究时，电机2通过皮带驱动转轴旋转，激振电机61同时产生规则的扭振激励，由万向节角度调节装置63改变扭转振动轴系6上的第一万向节62、第二万向节64的角度，以模拟万向节的实际安装状态，由外部振动测量设备在扭转振动轴系6的螺纹接口55处采集轴系扭振信号。

3)研究轴承变位对轴系振动影响时，电机2仅驱动回旋振动轴系5旋转，调整可调变位轴承53垂向与轴向位置，同时由外部振动测量设备对回旋振动轴系5的振动情况进行监测。

4)研究轴系质量不均匀对轴系振动的影响时，电机2仅驱动回旋振动轴系5旋转，调整配重圆盘52上的螺钉的安装位置、数量及质量，同时由外部振动测量设备对带该轴系的振动情况进行监测。

5)研究轴系对中对轴系振动的影响时，伺服电机仅驱动回旋振动轴系5旋转，同时调整各可调变位轴承53的变位，从微分头上读取计算对中法兰51的不对中度，由外部振动测量设备对该轴系的振动情况进行监测。

Claims (10)

1.一种船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，包括底座(1)、电机(2)、轴间传动机构(4)、回旋振动轴系(5)和扭转振动轴系(6)，其特征在于：

所述电机(2)固定在底座(1)上，所述回旋振动轴系(5)和扭转振动轴系(6)通过轴承平行地布置在底座(1)上方；

所述轴间传动机构(4)用于两轴系之间的传动，包括分别连接在回旋振动轴系(5)和扭转振动轴系(6)上的两个组合轮(41)，以及连接在两组合轮(41)之间的轴间齿轮(42)，所述组合轮(41)上设置有皮带轮(411)、轴上齿轮(412)和链轮(413)，根据需要可分别实现皮带传动、齿轮传动或链传动；

所述电机(2)、组合轮(41)与回旋振动轴系(5)在同一轴线上依次相连，所述组合轮(41)与电机(2)之间设置有联轴器(3)；

所述回旋振动轴系(5)上设置有用于调整轴系对中状态的对中法兰(51)、用于调整轴系质量不平衡程度的配重圆盘(52)、用于调整轴系位置的可调变位轴承(53)以及用于连接外部测量装置的测量接口(56)；

所述扭转振动轴系(6)上设置有激振电机(61)、第一万向节(62)、第二万向节(64)、万向节角度调节装置(63)、用于调整轴系质量不平衡程度的配重圆盘(52)以及用于连接外部测量装置的测量接口(56)，所述激振电机(61)的转子连接在轴上以模拟产生扭矩，所述万向节角度调节装置(63)通过调整第一万向节(62)、第二万向节(64)的角度以模拟船舶推进轴系万向节的实际安装状态。

2.根据权利要求1所述的船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，其特征在于：所述对中法兰(51)的一个法兰盘(516)上设置有角度不同的多对安装孔(511)，其中一对安装孔(511)上安装有对中调节支架(512)，所述对中调节支架(512)上设置有微分头(513)，所述微分头(513)的固定套筒(514)部分固定在对中调节支架(512)上，微分头(513)的测微螺杆(515)部分则与另一个法兰盘(516)固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，其特征在于：所述万向节角度调节装置(63)包括旋转平板(631)、第一分度盘(633)、第二分度盘(635)，第一分度盘(633)、第二分度盘(635)分别位于第一万向节(62)、第二万向节(64)的正下方，并且分别位于旋转平板(631)的下方和上方；其中，第二分度盘(635)与旋转平板(631)之间设置有滑动底板(634)，滑动底板(634)的顶部与第二分度盘(635)固定连接，滑动底板(634)的底部与旋转平板(631)通过轴向导轨(632)滑动连接；第一分度盘(633)的顶部与旋转平板(631)固定连接，并可与旋转平板(631)一起绕第一分度盘(633)的转动中心旋转；旋转平板(631)、滑动底板(634)与第二分度盘(635)上分别设置有轴承支架与轴承座，用于固定轴系上的轴承。

4.根据权利要求1或2所述的船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，其特征在于：所述配重圆盘(52)为带有螺孔的圆盘，可安装标定质量的螺钉来改变配重圆盘(52)随轴运转过程中的离心力，以模拟轴系质量不平衡。

5.根据权利要求3所述的船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，其特征在于：所述配重圆盘(52)为带有螺孔的圆盘，可安装标定质量的螺钉来改变配重圆盘(52)随轴运转过程中的离心力，以模拟轴系质量不平衡。

6.根据权利要求1或2所述的船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，其特征在于：所述电机(2)为伺服电机。

7.根据权利要求3所述的船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，其特征在于：所述电机(2)为伺服电机。

8.根据权利要求1或2所述的船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，其特征在于：所述组合轮(41)与电机(2)之间连接的联轴器(3)为柔性联轴器。

9.根据权利要求3所述的船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，其特征在于：所述组合轮(41)与电机(2)之间连接的联轴器(3)为柔性联轴器。

10.根据权利要求6所述的船舶推进轴系回旋振动与扭转振动模拟实验装置，其特征在于：所述组合轮(41)与电机(2)之间连接的联轴器(3)为柔性联轴器。