1、知识准备桥梁断裂18世纪中叶，法国昂热市一座102m长大桥上有一队士兵列队正步而过，桥梁断裂，226名官兵和行人丧生。雪崩人对雪山大喊，积雪坍塌而下共振现象正步走的频率与桥梁固有频率一致，使桥的振动加强，当它的振幅达到最大以至超过桥梁的抗压力，桥梁断开,知识准备共振现象,知识准备正步走的频率与桥梁固有频率一致，使桥的振动加强，当它的振幅达到最大以至超过桥梁的抗压力，桥梁断开人声音的频率与雪山固有频率相近，引发共振，超过雪的耐压力时，积雪发生坍塌,知识准备共振现象如何避免？频率,设备固有频率,振源频率,知识准备船体结构及设备呢？频率,设备固有频率,振源频率,二,机械与设备振动检验,第三章 船舶机
2、械振动,三,机架振动检验,轴系振动检验,四,二,机械与设备振动检验,第三章 船舶机械振动,三,机架振动检验,轴系振动检验,四,概述船上有害振动 有害振动：船上振动种类： 机械振动 船体振动,概述船上有害振动:船体振动：,振动检验 内容：研究内容激励源振动系统特性固有频率、振型、相位角振动响应振动衡准 减振措施减小激励力改变激励频率或振动系统的固有频率增加阻尼力提高振动危险构件的强度,术语 振幅 振型、节点 共振 简谐振动 波腹,设备 （固有频率）,激励（频率、 相位、振幅）,振动响应 （频率、 相位、振幅）,振动模态 （频率、振幅 阻尼比）,FFT (频率、振幅),振动描述-模态 定义结构的固
3、有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。 作用： 振动模态是弹性结构的固有的、整体的特性。如果通过模态分析方法搞清楚了结构物在某一易受影响的频率范围内各阶主要模态的特性，就可能预言结构在此频段内在外部或内部各种振源作用下实际振动响应。因此，模态分析是结构动态设计及设备的故障诊断的重要方法。,振动描述-模态 作用： 模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。 机器、建筑物、航天航空飞行器、船舶、汽车等的实际振动千姿百态、瞬息变化。模态分析提供了研究各种实际结构振动的一条有效途径。首先，将结构物在静止状态下进行人为激振，通过测量激振力与振动响
4、应并进行双通道快速傅里叶变换分析，得到任意两点之间的机械导纳函数（传递函数）。用模态分析理论通过对试验导纳函数的曲线拟合，识别出结构物的模态参数(特征根或特征值)，从而建立起结构物的模态模型。根据模态叠加原理，在已知各种载荷时间历程的情况下，就可以预言结构物的实际振动的响应历程或响应谱。,设备 （固有频率）,激励（频率、 相位、振幅）,振动响应 （频率、 相位、振幅）,振动模态 （频率、振幅 阻尼比）,FFT (频率、振幅),周期函数 （频率、振幅）,非周期函数 (频率、振幅）,FFT (频率 、 振幅),振动描述 傅氏变换的物理意义频谱： 周期函数的频谱：正弦函数,周期,频率,振动描述 傅氏
5、变换的物理意义频谱： 非周期函数的频谱：若f(t)是以T为周期的非正弦函数，则只要满足狄氏条件就可展开成傅氏级数：,令,其中,振动描述傅氏变换的物理意义频谱： 非周期函数的频谱：,令,第n次谐波的频率,f(t)的第n次谐波,振动描述 傅氏变换的物理意义频谱： 非周期函数的频谱：,令,振动描述傅氏变换的物理意义频谱： 非周期函数的频谱：,频率为nw的第n次谐波的振幅(An),当n取0，1，2时，相应有不同的频率和不同的振幅。故上式可描述各次谐波的振幅随频率变化的分布情况。,而,振动描述 傅氏变换的物理意义频谱： 非周期函数的频谱：当f(t)的傅氏级数为复数形式时，即当,时，第n次谐波为：,其中,
6、振动描述 傅氏变换的物理意义频谱： 非周期函数的频谱：采用直角坐标系OwA，其中横坐标表示频率wn，纵坐标表示振幅A。在横轴上作出不同的频率0,w,2w在这些点上都作一条垂直于横轴的直线段，使其长度分别为A0,A1,A2P 这些直线段称为谱线，而An的全体称为f(t)的振幅频谱（简称频谱），因此这样作出的图形为频谱图，是频率与振幅的关系图。从频率图中可以清楚地看出：一个非正弦周期函数包含了哪些频率分量，以及各分量所占的比重（振幅的大小）如何。由于n=0,1，因此wn是不连续的，这种频谱称为离散频谱,振动描述 傅氏变换的物理意义频谱： 例 如图示的周期矩形脉冲波f(t)，在一个周期 内，有,设T
7、 和 ，分别作出相应的频谱图。,振动描述 傅氏变换的物理意义频谱： 解 f(t)的傅氏级数的复数形式,因此频谱为：,即,无限多个正弦信号的叠加,振动描述 傅氏变换的物理意义频谱： 解,而,当 时,振动描述 傅氏变换的物理意义频谱： 解 列出下表：,振动描述 傅氏变换的物理意义频谱： 解 根据表可画出频谱图：,振动描述 傅氏变换的物理意义频谱： 解,而,当 时,振动描述： 傅氏变换的物理意义频谱： 解 列出下表：,振动描述： 傅氏变换的物理意义频谱： 解 根据表可画出频谱图：,振动描述： 傅氏变换的物理意义频谱：对任一非正弦的周期函数（时域信号），都可以表示为不同频率的正弦波信号的无限叠加。而根
8、据该可以通过傅氏变换得到在某一频率下振幅。把看似杂乱无章的信号考虑成由一定振幅、相位、频率的基本正弦（余弦）信号组合而成，傅氏变换的目的就是找出这些基本正弦（余弦）信号中振幅较大（能量较高）信号对应的频率，从而找出杂乱无章的信号中的主要振动频率特点。如减速机故障时，通过傅氏变换做频谱分析，根据各级齿轮转速、齿数与杂音频谱中振幅大的对比，可以快速判断哪级齿轮损伤。,知识回顾 傅氏变换的物理意义频谱：对任一非正弦的周期函数（时域信号），都可以表示为不同频率的正弦波信号的无限叠加。而根据该可以通过傅氏变换得到在某一频率下振幅。 振动分析内容把看似杂乱无章的信号考虑成由一定振幅、相位、频率的基本正弦（
9、余弦）信号组合而成，傅氏变换的目的就是找出这些基本正弦（余弦）信号中振幅较大（能量较高）信号对应的频率，从而找出杂乱无章的信号中的主要振动频率特点。如减速机故障时，通过傅氏变换做频谱分析，根据各级齿轮转速、齿数与杂音频谱中振幅大的对比，可以快速判断哪级齿轮损伤。,知识导引,振动分析,振动控制,频谱,时域函数,振动描述频率： 振动系统的力学模型： 一个实际机械或工程结构，在研究它的振动问题时作的满足计算精度情况下的一种简化的力学模型。如弹簧系统：,参数有质量m和刚度k。该系统受到一个外界的初始干扰之后， 便产生振动。,知识准备,振动系统的力学模型：,合力,rad/s,知识准备,振动系统的力学模型
10、：,知识准备,振动控制： 研究振动的一个主要目的就是要进行振动控制，使机械结构能满足预期的性能指标要求。对复杂系统或结构的振动问题仅靠设计是难以彻底解决的，当产品制成后出现了不符合要求的振动，一个重要的方法就是采取减振措施，人们在各个工程领域中进行了大量的研究工作，包括振源、传递途径、系统或结构的动力学特性、减振措施等，这些都属于振动控制研究的范畴，其中减振、隔振的理论分析和试验研究工作占有很重要的地位。经典的减振措施主要包括吸振、隔振与阻振三大部分。近年来，结构或系统的振动设计与修改已逐步成为振动控制的一个新的组成部分。振动控制分为两大类，一类是振动的被动控制，另一类则是把控制理论、电子计算
11、机技术同机械振动理论与测试技术相结合形成了振动主动控制的新技术。,知识准备,减振措施： 1降低干扰力幅值F2. 改变干扰力频率与系统固有频率之比3. 在机械内增加阻尼力,知识准备,二,机械与设备振动检验,第三章 船舶机械振动,三,机架振动检验,轴系振动检验,四,新课,5.2 机械与设备振动检验,简述 运动部件： 产生激励。当激励频率与相关船体结构的固有频率相同时，将产生共振。 降低振动量级，积极隔振或振源隔离设备 承受振动 消极隔振或保护：采用弹性支承,5.2 机械与设备振动检验,弹性支承的注意事项 管子连接：,5.2 机械与设备振动检验,轴的连接采用弹性联轴器或万向联轴器 机械和设备的布置,
12、5.2 机械与设备振动检验,橡胶隔振器的性能计算系统的固有频率时，应取像胶的动刚度值，一般动刚度值与静刚度值之比约为1.12.0 操纵说明如果系统某一个共振动转速低于额定转速时，则应设牌说明：在起动和停车过程中应迅速通过共振区，以避免产生强烈的共振现象。,5.2 机械与设备振动检验,振动衡准 取具有代表性较强的位置进行多点测量，然后按下式计算出振动量级或振动烈度Vs值：Vx Vy Vz分别为x、y、z方向上的振动速度有效值,mm/s nx、 ny 、 nz 分别为x、y、z方向上测点数,二,机械与设备振动检验,第三章 船舶机械振动,三,机架振动检验,轴系振动检验,四,5.3 机架振动检验,简述
13、 机架特点：刚度减小，使固有振动频率相应降低，增加机架振动。 危害：使柴油机拉杆螺栓松动、断裂及增压器晃动达到不能容忍的程度；引起船舶上层建筑振动和局部结构振动，损坏船上仪器设备，同时还增加噪声，使人体感觉不适等。,5.3 机架振动检验,机架振动类型 振动系统：柴油机缸盖、机身、机座、底座以及机舱的双层底。 分类： 机架横向振动：在水平面内作左右方向的振动 H型振动0节点振动 各气缸顶部作同相振动 使机架有倾翻的趋势,左右方向亦即横向（与曲轴轴线垂直的方向）,5.3 机架振动检验,机架振动类型 振动系统：柴油机缸盖、机身、机座、底座以及机舱的双层底。 分类： 机架横向振动： X型振动1节点振动
14、 前后两缸作反相振动,左右方向亦即横向（与曲轴轴线垂直的方向）,5.3 机架振动检验,机架振动类型 振动系统：柴油机缸盖、机身、机座、底座以及机舱的双层底。 分类： 机架横向振动： x型振动2节点振动 前后两缸与中间一缸作反相振动 固有频率高，一般不会产生有害振动,左右方向亦即横向（与曲轴轴线垂直的方向）,5.3 机架振动检验,机架纵向振动： 前后方向的振动，L型振动。 一般少缸数柴油机易产生有害的机架纵向振动。,前后方向亦即纵向（与曲轴轴线平行的方向）,5.3 机架振动检验,机架振动固有频率估算： 机架横向振动固有频率估算简化的计算模型，则H型及X型振动的固有频率fH，fX为：,5.3 机架
15、振动检验,机架振动固有频率估算： 机架横向振动固有频率估算特点：H型振动的固有频率与气缸数无关，只与等效集中质量m、机架等效刚度k、安装底部横向扭转刚度kH、及高度H有关。H fHkH fH,5.3 机架振动检验,机架振动固有频率估算： 机架横向振动固有频率估算特点：X型振动的固有频率与气缸数等效集中质量m、机架等效刚度k、安装底部横向扭转刚度kH、及高度H有关。气缸数 fX,5.3 机架振动检验,机架纵向振动固有频率估算 实例,5.3 机架振动检验,机架振动的激励力计算： H型振动激励力计算,j,非正弦的周期函数,Ph一直沿着速度（矢量）方向，单个量最小为0，即气缸顶点位置,5.3 机架振动
16、检验,H型振动激励力计算,正弦函数中的n,曲轴每转一圈，气缸经过顶部一次，若有Z个气缸，激励力产生次数即为Z,简谐次数类似于自行车踩踏板2次,5.3 机架振动检验,机架振动的激励力计算： H型振动激励力计算,振型,5.3 机架振动检验,机架振动的激励力计算： X型振动激励力计算 特点：每一缸的侧向激励力对机身中心产生的力矩，产生机架环绕机身中心进行扭转运动的振动。,汽缸,机身中心,5.3 机架振动检验,机架振动的激励力计算： X型振动激励力计算,5.3 机架振动检验,机架振动的激励力计算： X型振动激励力计算,5.3 机架振动检验,机架纵向振动激励力 通过推力轴承的纵向交变力，均激起架的L型振
17、动。,5.3 机架振动检验,计算与实测结果的评价计算 柴油机厂提供准确的机架振动的固有频率 船舶设计部门对给定机型的机架振动固有频率值，结合可能出现的激励频率进行分析 试航振动测量：机架上部侧面3个测点；上部端面1个测点，分转速测量，并分析各简谐次数的振幅、加速度与转速的变化关系横向振幅：对机器0.7mm；对住所0.35mm纵向振幅： 1.2mm； 0.6mm,5.3 机架振动检验,计算与实测结果的评价实测,5.3 机架振动检验,减振措施,二,机械与设备振动检验,第三章 船舶机械振动,三,机架振动检验,轴系振动检验,四,5.4 轴系扭转振动检验,简述 轴系的扭转振动 定义：轴系在外力矩作用下，
18、沿切向力方向产生的周期性变形现象 破坏性： 曲轴、推力轴、中间轴、螺旋浆轴及凸轮轴的疲劳破坏； 传动齿轮间撞击，齿面点蚀及断面； 联轴器连接螺栓切断、弹性元件损坏； 轴系扭振与纵振的耦合现象； 产生继发性激励，从而激起柴油机机架、齿轮箱、双层底及船体的振动，并使噪声加剧。,5.4 轴系扭转振动检验,简述 轴系的扭转振动 检验内容：审查轴系扭振计算书和实测报告。 计算书：复核固有频率计算的准确性，扭振响应计算结果是否满足船舶规范要求； 实测报告：校核检振转速计算与实测的误差，检查其是否小于5%，同时核实禁区范围；审查扭振实测结果是否超过规范要求.,5.5 轴系纵向振动检验,简述 定义：在外力作用
19、下，沿轴线方向产生的周期性变形现象激励力： 气缸内的气体力和惯性力 螺旋浆影响： 加速曲轴疲劳破坏 螺旋浆加速齿面磨损甚至损坏 使推力轴承承受过大交变负荷 柴油机机架纵振，进而通过双层底引起船体梁垂向振动或上层建筑纵向振动 通过推力轴承而引起双层底垂向振动、机舱局部振动，船体梁垂向振动及上建纵振,5.6 轴系回旋振动检验,简述 定义：旋转轴绕其静平衡曲线产生进动的一种振动模态。 轴系的回旋振动：在悬臂端带有螺旋浆的多支点支承转轴的时动运动。,5.7 轴系振动故障实例,1、振动控制方法 2、机架振动类型及减振措施（重点） 3、轴系各种振动含义 4、振动衡准,小 结,思考题 1、检验机加H型横向振动时，主要检验柴油机共振转速是否落在其常用转速内（） 2、各种振动类型，激励力来源 3、如何有效减振？ 4、机架X方向振动数据：单位mm/s X方向：0.21 0.28 0.18 0.22 Y方向：0.08 0.07 0.08 0.09 Z方向：0.17 0.19 0.21 0.18 柴油机转速2440r/min，功率12kW，问振动烈度几级？,
