1.1目的及意义

大型柴油发电机组广泛应用于各类船舶,它既可作为船舶的主电源和备用电源,也可为电力推进驱动系统提供电力供应,是船舶装置的重要组成部分。轴系扭转振动是船舶轴系常见的振动形式之一。当作用在轴系上的扭矩发生变化时，轴系发生扭转振动。扭转振动发生时，轴系的应力状态周期性地变化，这会引起轴系本身及轴上零件的疲劳，使机器运行的平稳性受到破坏，严重时会使轴系发生断裂，造成重大的、甚至是灾难性的事故。因此，轴系的扭转振动问题一直是人们极为重视的安全问题.随着发电柴油机转速、功率等参数的提升,轴系承受着更强的冲击载荷,同时输出更大的扭矩,轴系扭转振动状况也变得更加复杂,这也使得船用柴油发电机组轴系扭转振动计算和分析显得更为重要。伴随曲轴转角周期性变化的激振转矩造成轴系各个轴段互相扭转的振动,当轴系运行频率与其固有自然频率接近时,扭转振动振幅与扭转应力将均急剧增大,轴系发生共振,引起发电机组产生较大的工作噪声,加剧轴系传动构件的磨损,严重情况下会使轴系扭断,因而,结构设计时进行充分的模态及轴系动态特性分析,避免轴系扭转共振就显得尤为重要。本文就大型船用柴油发电机组轴系扭转振动计算及分析开展了研究,以某6210柴油发电机组为研究对象,基于MATLAB轴系扭转振动编程对某400kW发电机组进行轴系扭转振动计算，研究分析发电机组的轴系扭转振动固有特性，并调整构件参数以优化其扭转振动。

各国船级社的规范很早就对此提出了计算与实测的要求。对轴系扭转振动进行检验，主要是通过审查轴系扭转振动计算书和实测报告来实现的。在审查扭转振动计算书时，应复核固有频率计算的准确性，以及扭转振动响应计算结果是否满足船舶入级规范的要求。在审查扭转振动测量报告时，主要应校核共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；另外应审查扭转振动实测结果是否超过规范的要求。虽然现代扭转振动测试技术经不断发展与进步，轴系的理论扭转振动计算分析还是无法被替代。

1.2国内外的研究现状

我国船舶柴油机轴系扭转振动研究已经得到很大进展，在计算、测试和减振技术等方面均有许多成果。

近年来，柴油机轴系扭转振动出现了许多新的问题：(1)轴系布置复杂化。例如，多机并车、轴带发电机、螺旋桨Z型布置，以及渔船、工程船、轮渡船上的多端输出等，使轴系成为相当复杂的多分支系统。(2)柴油机强化。高增压、长冲程柴油机的应用，其激励力矩增大。我国船检局推荐的线性化公式得出的激励值往往偏低。(3)用于高速船上的大螺距比螺旋桨，其惯量的附连水系数由一般的1.3左右，可增大到2以上。(4)可调距螺旋桨，除了在满螺距、零螺距运转以外，又有在使用转速范围内分段应用不同螺距的工况。(5)变参数部件、非线性部件的应用，增加了轴系扭转振动计算的难度。(6)在柴油机隔振的同时，装有万向联轴器的轴系，测试表明，会出现低频扭转振动。(7)脉冲电机的应用，其激励问题要加以讨论。

对于轴系扭转振动计算，从自由振动计算采用霍尔茨法，强迫振动用能量法(或放大系数法)进行近似计算，发展到现在直接求解微分方程组，得到精确解。它能满足各种复杂布置的轴系，可避免漏根，但在自由振动计算时，难于进行有变参数部件的轴系计算。因此，分析法与试算法互相补充是可行的方法。

由于非线性弹性联轴器、减振器等的使用日益增多，轴系扭转振动非线性计算问题也显得迫切起来。对轴系具有多个非线性部件时，找到一种既有一定精度又较简便的方法是相当急需的。

关于扭转振动测量，也由过去以盖格尔扭振仪为主，并对模拟信号作手工分析，发展到有众多型式的电子测量仪及数值信号分析。轴系中高阻尼部件的存在，使得自由振动振型不适用，以及滚振影响扣除等问题，多点测量法及应力测量日显重要。其中应力测量可直接测到轴段应力，随着遥测应变仪的出现，它的应用势必更加广泛。

目前，轴系扭转振动测量中比较大的间题是扭振仪的校验。至今未有经国家认可的、用来校验扭振仪(含传感器在内的测量系统)的计量单位。这是急待解决的。