摘 要

ABSTRACT II

1 绪论 1

1.1 背景 1

1.1.1 推进轴系的重要性 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 轴承载荷计算的研究现状 3

1.2.2 船舶轴系动态负荷的影响因素及研究现状 4

1.2.3 存在的问题 5

1.3 本文主要内容 6

1.4 总体方案设计 6

2 轴系平台的几何模型建立 8

2.1 Solidworks介绍 8

2.2 Solidworks的优势 8

2.2.1 高效的3D设计 8

2.2.2 兼容性 8

2.2.3 内置功能 9

2.3 模型的建立 9

3 Ansys仿真实验 10

3.1 有限元法基本理论及软件介绍 10

3.1.1 有限元法发展概述 10

3.1.2 有限元发展历史 11

3.1.3 有限单元法的基本理论 12

3.1.4 有限元的应用 18

3.1.5 实体单元的分析思路 19

3.1.6 有限元软件分析 21

3.1.7 有限元分析软件简介 22

4 轴系有限元模型的建立 24

4.1 几何模型的建立 24

4.2 有限元模型的建立 25

4.2.1 材料定义 25

4.2.2 导入模型 27

4.2.3 网格划分 28

4.2.4 确定部件之间的约束 28

4.2.5 轴系实验平台的载荷确定 33

4.2.6 动力学分析设置 34

4.2.7 后处理求解设置 37

5 有限元仿真结果分析 38

5.1 转速为22r/min工况 38

5.2 转速为48r/min的工况 42

5.3 转速为95r/min的工况 45

5.4 转速为148r/min的工况 50

5.5 转速为120r/min的工况 55

6 结论与展望 60

致 谢 61

参考文献 62

摘要

船舶的动力装置至于船舶就如同心脏之于人类， 在船舶的动力系统中，最重要的是推进轴系统。 船舶的推进轴系是船舶不可缺少的一部分。 它的主要功能是将原动机产生的动力传递到螺旋桨，螺旋桨通过轴系统产生推力。 推力轴承被传递到船体，从而使船舶能够克服阻力，并且在推进轴系运行过程中对轴承载荷进行监测非常重要

本课题拟采用三维建模软件建立轴系试验台的推进轴系模型，将模型导入分析软件划分网格后，利用商用计算分析软件ANASYS（或者其他软件ADAMS）计算轴系运行过程中不同轴线状态、不同运行工况下振动响应、中间轴承及轴承支座的受力、应力分布等。通过合理参数设置得到正常的分析结果。

关键词：船舶动力装置；船舶轴系；载荷计算；

ABSTRACT

Of ship power plant for ship, just like the heart is to the human in the ship power system, the most important thing is that propulsion shafting, ship propulsion shafting indispensable part of the type of ship, its main function is to transfer the power of the prime mover to produce to the propeller, the propeller produces thrust by thrust bearing is passed to the hull of the axis, make the ship to overcome resistance to go forward, propulsion shafting bearing load monitoring is very important during the operation, through the analysis of dynamic load bearing can evaluate shafting, for shaft system condition monitoring and dynamic adjustment of shaft bearing and provides the basis.

This topic proposed three-dimensional modeling software is adopted to establish the propulsion shafting model of shaft system test bench, the model after import analysis software mesh, using the commercial computational analysis software ANASYS (or other software ADAMS) calculation of shaft system in the process of running state of different axis, the intermediate bearing under different operating conditions, and the stress of the bearing pedestal, vibration response, stress distribution, etc.The normal analysis results are obtained by setting reasonable parameters.

Keywords: Ship power plant; Ship shafting; Load calculation;

绪论

背景

推进轴系的重要性

对于船舶来说，最重要的就是动力装置，而动力装置中，最重要的是推进轴系轴系的做东主要是将主机输出的推力传递到螺旋桨上。是船舶动力装置里最为关键的一环。由螺旋桨的转动，产生推力，从而推动船前进。在船舶航行期间，由于各种天气或者是机械状况的不同，会产生十分复杂的各类情况，此时将会对船舶螺旋桨的产生影响，将并改变轴系的动态特性和扭转振动特性。轴中每个轴承的力会因为外部的各种变化产生相应的改变，主机曲轴，中间轴和传动轴扭曲这些故障将会与之伴随而来。更严重的情况是，弹性联轴器和法兰连接螺钉在剧烈的相互运动中磨损；摩擦离合器摩擦面烧坏；除此之外，轴系也会产生振动，这种振动会沿着传递系统传递，最终使柴油机的底座和机架也产生振动，这会导致噪音的增加，降低船舶整体的可靠性和稳定性。

船舶大型化是如今船舶行业发展的大趋势，因此更大扭矩传动必须要被满足，我们将螺旋桨和轴系的直径加大，这样会让他们的刚度增大，同时使得轴承间的载荷增大，此时，轴承的载荷将不满足合理的许用范围。据瑞士船舶保险公司对 2011-2015 年船舶壳体和机械理赔事故的统计，机械故障的理赔次数占总理赔次数的 50%，理赔金额占总额的 40%，在 487 起机械故障理赔中，推进系统故障占 22.4%，平均每笔理赔金额高达 442000 美元因此，要想提高船舶航行的可靠性，就必须大力发展船舶推进轴系推力轴承动载荷的状态检测技术。[^[1]]