纵向振动

船舶工程名词

纵向振动是船体横剖面沿其纵轴拉-压往复的振动。船体的振动按船体振动的形态分类，可产生纵向振动、垂直振动、水平振动、扭转振动。只有船体所有横剖面的重心与船体纵向构件横剖面的形心在同一条直线上，才单独出现上述各振动。由于船体不满足此条件，故水平振动与扭转振动同时出现，垂直振动与纵向振动同时出现。

简介

船体所产生的和完全自由梁相类似的整体性振动。船体梁受到瞬态激振力作用所产生的振动为船体总振动的自由振动，而受到稳态激振力作用所发生的振动为船体总振动的强迫振动。船体总振动的常见形式有以下四种：垂向振动、水平振动、扭转振动及纵向振动。垂向振动是指船体梁在中纵剖面的平面内铅垂方向上发生的弯曲振动；水平振动是指船体梁在水线面的平面内水平方向上发生的弯曲振动；扭转振动是指船体梁绕其纵轴所作的往复扭转振动；纵向振动是指船体梁沿纵轴方向的往复拉压振动。因船船各个横剖面的重心和刚度中心并不重合，它们沿船长的连线也不是直线．故水平振动与扭转振动、纵向振动与垂向振动是相互耦合的。

成因

船舶轴系纵向振动的激振力主要来自螺旋桨推力的不均匀。任何由螺旋桨推进的船舶，船尾伴流总是存在不均匀性，因此推力的不均匀性也总是存在的。

引起推力不均匀的另外一种原因是主机引起的。汽轮机船，主机带有速比较大的齿轮箱，冷凝器布置在汽轮机下面，主机与轴系不在一条直线上，这样的布置不利于承载较大的交变纵向力。柴油机船，气缸内气体压力和往复运动件的惯性力产生的纵向周期力也可能激起轴的纵向振动。此外，轴系的扭转振动也可能激起纵向振动，特别是扭转振动频率与纵向振动固有频率相同或相近时，这种振动的耦合主要是通过曲轴和螺旋桨实现的。

中国船级社要求，对于大型低速柴油机及涡轮机的推进轴系，必须提交其推进轴系的纵向振动特性并应获得船级社的批准。

纵向振动测量

动态应力是由轴的纵向振动引起的，可以用适当的传感器，随峰-峰值信号进行记录，测量程序与扭转振动的测量相同。

直轴纵向振动一般用应变仪进行测量，应变仪定向在轴线纵向上，以90度角的间距安装于轴的柱平面上。对于用直联式柴油发动机的动力系统，其最低的纵向振动模式可以在发动机前方曲轴的悬空端上测量。利用传感器来确定偏转角。在最低模式(0模式)，螺旋桨和轴随实体振动，就像弹簧压力推动作用一样。

图1是一个在曲轴悬空端测得的纵向振动模式位移幅度的例子。尽管发动机激发共振发生在紧靠工作转速处，振动量级仍是中等的。

纵向振动计算的模型简化

中国船级社要求，对于大型低速柴油机及涡轮机的推进轴系，必须提交其推进轴系的纵向振动特性并应获得船级社的批准。在纵向振动的计算中，纵向振动的模型可以简化如下：

(1)将柴油机各缸单位曲柄的质量等分集中在该曲柄两主轴颈中央处。

(2)传动齿轮、链轮、飞轮、推力盘、螺旋桨等作为集总质量放在各部件重心或几何中心位置，螺旋桨还应计入附加水力效应。

(3)中间轴、尾轴、螺旋桨轴按自然分段或其他方法离散为若干集总质量，质量在各离散点的分配应使其质心位置保持不变。通常应在轴承支承位置处放一个集总质量，轴段亦可按自然分段作分布系统处理。

轴系的纵向振动和扭转振动，不论是离散系统模型和还是分布系统模型，都具有完全的相似性。只要将扭转振动的动力学参数更换成纵向振动的动力学参数，则扭转的一些公式就完全可以用于纵向振动。

全国各地天气预报查询