轴系扭振异向振动控制方法
【专利摘要】本发明提供的是轴系扭转异向振动控制方法。轴系扭转异向振动机理主要说明了产生异向振动的原因是由于轴系扭振系统存在对称分支结构，具有多个相同的固有频率，这些相同固有频率对应的振型中，对称结构的振幅要远远大于轴系扭转系统其它部分的振幅。实施具体控制措施的办法是设计成非对称扭振结构，可以配置不同的扭振减振器，也可改变惯量或者扭转刚度。为保证系统具有足够的抗扭强度并不增加重量，将相同重量的部件改变形状可以获得不同惯量，能够简便有效地控制轴系扭转异向振动。在同心对称齿轮系统中，采用调载方法改变啮合刚度进而改变扭转刚度，调开异向振动的固有频率达到控制异向振动的目的。
【专利说明】轴系扭振异向振动控制方法
(-)【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种轴系扭振异向振动控制方法，属于动力工程领域。
(二)【背景技术】
[0002]在动力工程领域中，多机并车是一种经济的增加功率方法，V型机的应用越来越广泛。这些系统均存在含对称结构的轴系扭振系统，由于含对称结构的轴系扭振存在异向振动，容易造成剧烈振动，给结构的安全带来危害。
[0003]李渤仲是我国研究对称结构异向振动问题的第一人，上世纪70年代中期，他带领的团队就发表了系列论文对对称结构在非对称激励下的振动(即偏振)进行了深入研究(文献【1】李渤仲等.V型发动机的偏振问题(上、下).内燃机[J]，1975:39-58 ;文献【2】李渤仲，陈之炎，张金兴.V型发动机的偏振问题.内燃机工程[J]，1982 (2):37-70页)。李渤仲等人研究的重点是如何进行重根以及振型的计算，讨论了 V型发动机的凸轮轴轴系的偏振是由于非对称激励所造成的，提出了通过改进供油激励来消除偏振的方法。
[0004]赵信华、谢训等(文献【3】谢训.多分支系统扭转振动问题的研究[C].七一一研究所第二届学术交流论文集，上海，1988:494-513页.)针对柴油机双机并车轴系复杂、运行工况多但有其特有的扭振性能的特点，以典型的双机并车轴系为例，对这类轴系在扭转振动方面的特性作出了研究和分析。指出了两分支对称系统扭转振动固有频率有重根的现象，并给出了两分支对称轴系同向振动与异向振动的概念。该文献提供的避开方法是将柴油机运行转速与异向振动的转速错开。
[0005]同心对称减速装置由于功率密度大一直倍受欢迎，但是对称轴系结构带来的异向振动限制了该类型减速器的发展。美国在上世纪五十年代就发现了斜齿轮传动系统中如含有对称轴系结构(文献【4】W.Ker Wilson.Practical Solution of Torsional VibrationProblems, Vol (1).1956:P357_358)，分支系统会有类似滚振现象出现，造成减速系统的破坏；这实质上是异向振动的共振表现，通过转速规避可以控制异向振动的出现。在高速传动系统中，原动机转速从零上升至额定转速，如果同心对称减速装置异向振动的频率不能避开原动机转速范围，就无法使用该类装置，整个传动系统也很难实现高功率密度。
[0006]上世纪后期人们发现异向振动以及偏振带来的危害不可忽视时，探求异向振动以及偏振的形成机理是当务之急，由于当时计算机水平、数值计算水平以及仪器测试水平的限制，当年的研究都是研究如何进行计算并验证计算结果的正确性，研究何种激励导致偏振,如何调整激励特性。
[0007]随着计算机水平以及数值计算水平的提高，现在已经可以清楚看出，异向振动是含对称结构的扭振系统的固有特性，当对称结构受到非对称激励时就会形成偏振。
(三)
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于提供异向振动控制方法，一种方法是将对称结构变成非对称结构，从根本上消除异向振动；另一种是针对同心对称齿轮系统，采用调整载荷方法改变啮合刚度进而改变扭转刚度，调开异向振动的固有频率达到控制异向振动的目的。
[0009]本发明的目的是这样实现的:
[0010]对于双机并车以及V型发动机结构的轴系扭振系统，通过改变轴系惯量或者加装不同的扭振减振器，将原有的对称结构变成非对称结构，可以消除原有系统的固有频率出现重根现象，彻底消除了轴系扭振的异向振动。
[0011]在同心对称齿轮系统中，由于无法进行结构的改动，无法将对称结构变为非对称结构。但在啮合过程中，轮齿的啮合刚度是分支结构扭转刚度的主要影响因素，采用调整载荷方法改变啮合刚度进而改变扭转刚度，调开异向振动的固有频率达到控制异向振动的目的。
[0012]本发明的优点主要体现在:
[0013]1、本发明可以根据实际轴系的情况，通过把对称轴系变为非对称轴系，彻底避免了异向振动。
[0014]2、在同心对称齿轮系统中，采用调整载荷方法改变啮合刚度进而改变扭转刚度，调开异向振动的固有频率达到控制异向振动的目的。这种方法不需要对结构进行改动，简便易行。
[0015]本发明的特点是，以工程上最方便以及经济的方式控制异向振动的发生，一种方法是将对称结构变成非对称结构，从根本上消除异向振动；另一种是针对同心对称齿轮系统，采用调载方法改变啮合刚度进而改变扭转刚度，调开异向振动的固有频率达到控制异向振动的目的。
(四)【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是方法结构图。
(五)【具体实施方式】
[0017]本发明包括改变对称结构和改变拟合系统负荷两种方法。
[0018]对于双机并车、V型发动机系统，可以将对称结构变成非对称结构。【具体实施方式】举例为:对双机并车装置，给两台发动机配置不同惯量的飞轮，对称的扭振分支系统就变成了非对称分支系统，整个并车系统的扭振避免了重根，从而避免了异向振动。也可以在两台发动机自由端加装不同的扭振减振器，同样也把对称的扭振分支系统就变成了非对称分支系统。
[0019]在同心对称齿轮系统中，由于无法进行结构的改动，无法将对称结构变为非对称结构。但在啮合过程中，轮齿的啮合刚度是分支结构扭转刚度的主要影响因素，采用调整载荷方法改变啮合刚度进而改变扭转刚度，调开异向振动的固有频率达到控制异向振动的目的。【具体实施方式】举例为:以柴油机或燃机驱动的调距桨推进轴系为例，传统的方法是将螺旋桨的负荷调成空载，将主机转速由零不断调至额定转速。在这种空载状态下，同心对称减速装置的齿轮扭转刚度为低刚度，轻载齿轮容易发生敲齿，如果异向振动频率落在主机转速范围内，主机将因为剧烈振动而无法越过异向振动频率，整个轴系无法达到额定转速。本发明是，在主机转速上升接近异向振动频率时，加大调距桨螺距，使得螺旋桨承受20% — 30%的额定功率，这一负载将使得同心对称齿轮的啮合刚度加大进而加大了分支系统的扭转刚度，这样使得异向振动的频率得到提高，发动机可以进一步提高转速直至额定转速。
【权利要求】
1.轴系扭转异向振动控制方法，包括轴系扭转异向振动机理与实施具体避开措施的办法，其特征是:包括轴系扭转异向振动机理与实施具体避开措施的办法，轴系扭转异向振动机理主要说明了产生异向振动的原因是由于轴系扭振系统存在对称分支结构，具有多个相同的固有频率，这些相同固有频率对应的振型中，对称结构的振幅要远远大于轴系扭转系统其它部分的振幅，实施具体避开措施的办法是设计成非对称扭振结构，可以改变扭转刚度或者惯量，为保证系统具有足够的抗扭强度，一般不改变传扭部件的扭转刚度，但可以加装不同固有频率的扭振吸振器；为了不增加轴系重量，将相同重量的部件改变形状可以获得不同惯量，能够简便地避开轴系扭转异向振动，在同心对称齿轮系统等无法改变对称结构的啮合系统中，采用调整载荷方法改变啮合刚度进而改变扭转刚度，调开异向振动的固有频率达到控制异向振动的目的。
2.根据权利要求1所述的轴系扭转异向振动控制方法，其特征是:在对称分支上加装不同固有频率的扭振吸振器，达到将分支结构固有频率错开的目的。
3.根据权利要求1所述的轴系扭转异向振动控制方法，其特征是:通过改变对称分支结构中部件的形状，从而改变分支结构的惯量，从而达到避免异向振动的目的。
4.根据权利要求1所述的轴系扭转异向振动控制方法，其特征是:在同心对称齿轮系统等无法改变对称结构的啮合系统中，采用调整载荷方法改变啮合刚度进而改变扭转刚度，调开异向振动的固有频率达到控制异向振动的目的。
【文档编号】F16F15/22GK103742593SQ201410035597
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月24日 优先权日:2014年1月24日
【发明者】刘妍, 周松, 吕秉琳, 李玩幽, 韩霄 申请人:哈尔滨工程大学