專利名稱：一種撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)影響規(guī)律定量分析的實(shí)驗(yàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種實(shí)驗(yàn)裝置，具體地說(shuō)是軸系實(shí)驗(yàn)裝置。
背景技術(shù)：
由于大質(zhì)量懸臂螺旋槳的作用、軸承支撐系統(tǒng)及船體的變形、以及合理校中等因素，都會(huì)使船舶軸系處在一個(gè)撓曲運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在早期，船體較小，所需螺旋槳提供的功率不大，船艉剛度相對(duì)于軸系而言足夠大，以上因素可以忽略不計(jì)。而隨著船舶向大型化、高速化方向發(fā)展，船舶動(dòng)力也向著高速、輕型和強(qiáng)載方向發(fā)展，螺旋槳懸臂質(zhì)量的影響不可再忽略，并且船艉剛度和軸系剛度到了一個(gè)量級(jí)上，因此對(duì)軸系在產(chǎn)生撓曲之后的振動(dòng)特性的變化進(jìn)行分析是非常必要，而且也非常有意義的。各大船級(jí)社對(duì)船舶軸系的回旋振動(dòng)均有嚴(yán)格規(guī)定。軸系回旋振動(dòng)與軸系橫向振動(dòng)不同。前者是軸系在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中由于公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)不同軸，陀螺力矩導(dǎo)致的軸系彎曲振動(dòng)，是軸系動(dòng)態(tài)的振動(dòng)特性；后者是軸系不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)軸系的彎曲振動(dòng)。經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)檢索，發(fā)現(xiàn)只有I篇期刊文獻(xiàn)及I個(gè)科技成果對(duì)其進(jìn)行了研究。分別是《噪聲與振動(dòng)控制》在2010年第6期刊登的《撓曲軸系橫向振動(dòng)計(jì)算及分析》及哈爾濱工程大學(xué)與黑龍江工程學(xué)院于2009年12月合作獲得的科技成果《船舶軸系振動(dòng)分析及故障診斷技術(shù)研究》。期刊文獻(xiàn)《撓曲軸系橫向振動(dòng)計(jì)算及分析》利用有限元軟件ANSYS分別建立正常軸系和撓曲軸系橫向振動(dòng)的計(jì)算模型，對(duì)軸系的固有頻率變化進(jìn)行分析。通過(guò)數(shù)值模擬，研究軸系發(fā)生彎曲的情況下，軸系的彎曲變形對(duì)固有頻率的影響。發(fā)現(xiàn)撓曲軸系固有頻率的大小比正常軸系的固有頻率要小，而且隨著振動(dòng)階數(shù)的上升而明顯減小。此文獻(xiàn)只考慮了軸系撓曲，而沒(méi)有考慮在軸系旋轉(zhuǎn)起來(lái)之后的影響，即其只考慮了撓曲軸系的橫向振動(dòng)變化，而沒(méi)有進(jìn)行軸系在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中陀螺力矩的變化(即回旋振動(dòng))分析?？萍汲晒稉锨S系橫向振動(dòng)計(jì)算及分析》提出了撓曲軸系的解析模型與有限元體單元建模方法，揭示了撓曲軸系橫振固有頻率較正常軸系下降的規(guī)律，解決了撓曲軸系振動(dòng)分析的技術(shù)難題。并且已發(fā)表文獻(xiàn)和科技成果都是從理論角度分析撓曲軸系振動(dòng)的，缺少實(shí)驗(yàn)研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供從實(shí)驗(yàn)角度來(lái)研究撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)的影響規(guī)律的一種撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)影響規(guī)律定量分析的實(shí)驗(yàn)裝置。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明一種撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)影響規(guī)律定量分析的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是包括軸段、電機(jī)、基座、軸承組件、飛輪組件，電機(jī)連接軸段的底端，軸段通過(guò)軸承組件連接基座，飛輪組件安裝在軸段的頂端；所述的軸承組件包括調(diào)心軸承、軸承殼、銷，軸段穿過(guò)軸承殼，調(diào)心軸承位于軸承殼里、安裝在軸段上并支撐軸段，銷的兩端分別連接軸承殼和中間連接板，螺桿安裝在中間連接板上并連接銷，螺母安裝在螺桿上，調(diào)節(jié)螺母從而調(diào)節(jié)調(diào)心軸承使軸段發(fā)生彈性或塑性變形，軸承組件下端安裝連接地板并通過(guò)連接地板連接基座，連接地板與軸承組件之間安裝力傳感器，軸承殼上安裝加速度傳感器和電渦流傳感器，電渦流傳感器面對(duì)軸端設(shè)置。本發(fā)明還可以包括I、所述的飛輪組件包括飛輪和錐形套筒，飛輪套在錐形套筒外面，錐形套筒固定在軸段上，錐形套筒上設(shè)置固定塊，飛輪在錐形套筒上軸向可調(diào)，固定塊將飛輪固定。2、所述的飛輪與軸段的質(zhì)量比為O. 8^1. 5，飛輪的當(dāng)量半徑與軸段半徑的慣量比為6. 5±0. 5，軸段長(zhǎng)度與軸段半徑比值為當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)速不大于200轉(zhuǎn)/分時(shí)為200±5，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)速不小于1000轉(zhuǎn)/分時(shí)為100±5，其余為150±5。3、所述的軸段包括倆根以上的軸，軸與軸之間通過(guò)套筒聯(lián)軸器連接在一起。4、還包括前軸承組件，前軸承組件與軸承組件結(jié)構(gòu)相同且連接軸段和基座，前軸·承組件和軸承組件分別位于軸段的不同位置。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于本發(fā)明能夠真實(shí)的反映實(shí)船軸系的特性，可以從實(shí)驗(yàn)角度研究撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)特性的影響，揭示其影響規(guī)律。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的軸承組件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的飛輪結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)地描述結(jié)合圖I 3，本發(fā)明裝置主要包括電機(jī)1，T形槽基座2，滑塊聯(lián)軸器3，前軸承組件4，套筒聯(lián)軸器組件5，后軸承組件6，以及飛輪組件7。本裝置為了研究軸系本身?yè)锨鷮?duì)其振動(dòng)特性的影響，減小由于軸承及其油膜變形帶來(lái)的對(duì)軸系撓曲的影響，采用調(diào)心球軸承支撐軸段。通過(guò)利用細(xì)牙螺母11，后軸承示意圖，調(diào)節(jié)調(diào)心球軸承16在垂直方向的位置，可以使軸段產(chǎn)生彈性，甚至塑性變形的同時(shí)，軸系旋轉(zhuǎn)起來(lái)之后還能使其旋轉(zhuǎn)軸心位置不發(fā)生改變。采用調(diào)心軸承16支撐軸段，可以保證軸段發(fā)生傾斜之后軸承支撐良好。通過(guò)銷連接將軸承殼14和中間連接板12以及中間連接板13連接，可以保證在調(diào)心軸承16發(fā)生軸向位移時(shí)軸承殼14不產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。利用力傳感器9測(cè)量調(diào)心軸承在撓曲前后軸承向基座的傳遞力，利用加速度傳感器17測(cè)量其振動(dòng)響應(yīng)，利用電渦流傳感器18測(cè)量軸系的回旋振動(dòng)響應(yīng)。后軸承結(jié)構(gòu)還包括連接底板8，細(xì)牙螺桿10，以及軸承端蓋15。飛輪采用錐形套筒與軸段連接，可以調(diào)節(jié)其軸向位置，分析大質(zhì)量飛輪懸臂量不同對(duì)軸系撓曲及其振動(dòng)特性的影響，其中19為錐形套筒，20為飛輪。通過(guò)螺旋槳即飛輪20與整個(gè)軸段的質(zhì)量比相似設(shè)計(jì)、螺旋槳當(dāng)量半徑與軸段主要半徑的慣量比相似設(shè)計(jì)、以及軸段長(zhǎng)度與軸段主要半徑的長(zhǎng)徑比相似設(shè)計(jì)，最后設(shè)置軸承位置來(lái)實(shí)現(xiàn)軸系的動(dòng)力學(xué)相似性，使本裝置最大限度的體現(xiàn)船舶軸系的特性。統(tǒng)計(jì)得到的實(shí)船螺旋槳與軸段的質(zhì)量比在O. 8^1. 5左右，螺旋槳當(dāng)量半徑與軸段半徑的慣量比在
6.5±0. 5，軸段長(zhǎng)度與軸段半徑比值與船舶類型有關(guān)，高速船(即飛輪轉(zhuǎn)速不小于1000轉(zhuǎn)/分)相對(duì)較低，在100±5，其余一般在150±5，特別的低速船(即飛輪轉(zhuǎn)速不大于200轉(zhuǎn)/分)為大于等于200，本裝置定位在150左右。而通過(guò)調(diào)整軸承軸向位置實(shí)現(xiàn)的動(dòng)力學(xué)特性第一階固有頻率在If 15Hz。調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速在15(T3000r/min之間，使其能驅(qū)動(dòng)本裝置跨過(guò)
其第一階固有頻率。本裝置在安裝時(shí)要經(jīng)過(guò)精心的垂直及水平方向位置調(diào)心，使調(diào)心軸承軸心處于一個(gè)水平及垂直面上，保證裝置撓曲前的狀態(tài)。首先使軸系運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，利用加速度傳感器17測(cè)量調(diào)心軸承的振動(dòng)響應(yīng)，利用電渦流傳感器18測(cè)量軸系的回旋振動(dòng)響應(yīng)，利用力傳感器9測(cè)量軸承向基座的動(dòng)態(tài)傳遞力，摸清軸系在撓曲前的振動(dòng)特性，軸系撓曲前后振動(dòng)特性對(duì)比分析做準(zhǔn)備。之后，可以分別調(diào)節(jié)細(xì)牙螺母11及錐形套筒19，實(shí)現(xiàn)由于后 軸承后調(diào)心軸承垂向位置改變以及由于大質(zhì)量飛輪懸臂的加長(zhǎng)而使軸系在后軸承處產(chǎn)生垂向O. ImnTlmm的撓曲，測(cè)量上面提到的3個(gè)振動(dòng)相關(guān)的量，分析軸系產(chǎn)生撓曲之后其回旋振動(dòng)響應(yīng)特性的變化，并定量研究撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)的影響規(guī)律。
權(quán)利要求
1.一種撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)影響規(guī)律定量分析的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是包括軸段、電機(jī)、基座、軸承組件、飛輪組件，電機(jī)連接軸段的底端，軸段通過(guò)軸承組件連接基座，飛輪組件安裝在軸段的頂端；所述的軸承組件包括調(diào)心軸承、軸承殼、銷，軸段穿過(guò)軸承殼，調(diào)心軸承位于軸承殼里、安裝在軸段上并支撐軸段，銷的兩端分別連接軸承殼和中間連接板，螺桿安裝在中間連接板上并連接銷，螺母安裝在螺桿上，調(diào)節(jié)螺母從而調(diào)節(jié)調(diào)心軸承使軸段發(fā)生彈性或塑性變形，軸承組件下端安裝連接地板并通過(guò)連接地板連接基座，連接地板與軸承組件之間安裝力傳感器，軸承殼上安裝加速度傳感器和電渦流傳感器，電渦流傳感器面對(duì)軸端設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)影響規(guī)律定量分析的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的飛輪組件包括飛輪和錐形套筒，飛輪套在錐形套筒外面，錐形套筒固定在軸段上，錐形套筒上設(shè)置固定塊，飛輪在錐形套筒上軸向可調(diào)，固定塊將飛輪固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)影響規(guī)律定量分析的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的飛輪與軸段的質(zhì)量比為O. 8^1. 5，飛輪的當(dāng)量半徑與軸段半徑的慣量比為6. 5±0. 5，軸段長(zhǎng)度與軸段半徑比值為當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)速不大于200轉(zhuǎn)/分時(shí)為大于等于200，當(dāng)飛輪轉(zhuǎn)速不小于1000轉(zhuǎn)/分時(shí)為100±5，其余為150±5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)影響規(guī)律定量分析的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是所述的軸段包括倆根以上的軸，軸與軸之間通過(guò)套筒聯(lián)軸器連接在一起。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的一種撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)影響規(guī)律定量分析的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是還包括前軸承組件，前軸承組件與軸承組件結(jié)構(gòu)相同且連接軸段和基座，前軸承組件和軸承組件分別位于軸段的不同位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4任一所述的一種撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)影響規(guī)律定量分析的實(shí)驗(yàn)裝置，其特征是還包括前軸承組件，前軸承組件與軸承組件結(jié)構(gòu)相同且連接軸段和基座，前軸承組件和軸承組件分別位于軸段的不同位置。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供一種撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)影響規(guī)律定量分析的實(shí)驗(yàn)裝置，包括軸段、電機(jī)、基座、軸承組件、飛輪組件，電機(jī)連接軸段的底端，軸段通過(guò)軸承組件連接基座，飛輪組件安裝在軸段的頂端。本發(fā)明能夠真實(shí)的反映實(shí)船軸系的特性，可以從實(shí)驗(yàn)角度研究撓曲對(duì)軸系回旋振動(dòng)特性的影響，揭示其影響規(guī)律。
文檔編號(hào)G01H17/00GK102914363SQ20121038872
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月15日
發(fā)明者李玩幽, 周海軍, 王東華, 呂秉琳, 郭宜斌, 肖友洪, 率志君, 張?zhí)煸?申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)