曲轴轴系扭转振动的测量与评定方法

'ICS27．020J92园国中华人民共和国国家标准GB／T15371—2008代替GB／T1537l一1994曲轴轴系扭转振动的测量与评定方法Torsionalvibrationofcrankshaftsystem—Measurementandevaluationmethod2008-06-03发布2009—0卜01实施车瞀髁鬻瓣訾雠瞥星发布中国国家标准化管理委员会仪1” GB／T15371—2008前言本标准是对GB／T153711994《盐轴轴系扭转振动的测量与评定方法》的修订。本标准与GB／T153711994相比主要变化如下：——修改了“术语和定义”；——增加了扭转振动计算；——对测量方法作了相应的增删和修改。本标准自实施之日起代替GB／T15371--1994。本标准由中国机械工业联合会提出。本标准由全国内燃机标准化技术委员会(SAC／TC177)归口。本标准起草单位：上海内燃机研究所、上海汽车集团股份有限公司。本标准主要起草人：袁卫平、叶怀汉、蔡相儒、曹家骏、王晖、陈伟芳。本标准所代替标准的历次版本发布情况为：——GB／T15371—1994。 GB／T15371—2008曲轴轴系扭转振动的测量与评定方法1范围本标准规定了往复式活塞连杆机构驱动的机组轴系扭转振动的计算测量和评定方法。本标准适用于每列气缸数为三缸及三缸以上往复式活塞连杆结构驱动的曲轴轴系，对于三缸以下的内燃机和活塞式压气机曲轴轴系亦可参照应用。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB／T13436扭转振动测量仪器技术要求3术语和定义下列术语和定义适用于本标准。3．1机组set包括一台或数台往复式活塞式连杆机构驱动的机械与从动机的机械装置的总成。3．2轴系shaftsystem与一台机组相连的所有可旋转零部件的总成。注：在计算扭转振动时，所考虑的是整个轴系。3．3扭转振动torsionalvibration旋转轴系的振荡角变形(扭转角)。3．4扭振振幅torsionalvibrationamplitude欲考虑的角位置与任意给定基准位置间、在垂直于轴系轴线剖面内所测得的最大角位移。3．5相对振幅relativeamplitude轴系中某点振幅与参考点振幅的比值。3．6固有频率naturalfrequency可以由各个无阻尼系统运动方程式求得的参数。注：通常不必计算阻尼系统的固有频率。3．7固有矢■naturalvector系统在按相应固有频率振动时，其所有剖面对任意选作系统基准剖面(此处振幅定为1)的相对振幅。】 GB／T15371—20083．8弹性曲线elasticline各剖面内固有矢量振幅的包络线。3．9振动节点vibratorynode弹性曲线在相对固有矢量振幅等于零时的位置点。3．10扭转振动固有模态naturalmodeoftorsionalvibration用固有频率及其弹性曲线来表示，以表征各个扭转振动的模态。3．11激励力矩excitiontorgue由往复式活塞连杆机构驱动的机械或从动机件所产生的、激励轴系扭转振动周期性扭转力矩。3．12谐波harmonic由激励力矩分解成一系列正弦项(富里叶级数)中的每一项。3．13振动谐次vibration与各谐波相对应的每转振荡的次数。3．14共振转速resonancespeed整个轴系产生共振时的转速(此时一个振动模态的固有频率等于激励力矩的谐波频率)。3．15综合扭转应力synthesizedtorsionalstress在轴系给定剖面上由各激励力矩的谐波所产生的扭转应力的总合，其中计及各谐波所产生应力的幅值和相位。注：在表达综合扭转应力时，不使用平均力矩。3．16附加扭转应力additionaltorsionalstress在所考虑的轴系给定剖面处，由给定谐波扭转振动所产生的、叠加在平均传递扭矩扭转应力上的应力。3．17转速禁区barredspeedrange扭转振动应力超过持续运转许用应力值时的转速范围。注：在此转速范围内禁止持续运转，但允许瞬时通过，只要不使轴系产生危险或招致损坏。4扭转振动计算4．1概述已知轴系的动态特征，可以计算：a)固有频率和振型；b)轴系的激励响应。经协议预先同意，使用经有关各方同意的常规方法进行扭转振动计算，必要时也可以简化计算。4．2计算方法4．2．1自由振动计算无阻尼轴系线性方程组的特征值(固有频率)和特征向量(固有矢量)。2 GB／T15371—20084．2．2强迫振动求轴系一侧为发动机激励力矩，和必要时还有其他零部件不可忽略的激励力矩时的微分方程解。4．3计算资料轴系扭转振动计算所需计及的资料有：每一零部件的极惯性矩、扭转刚度、零部件的激励力矩、运转转速范围、具体运行参数以及必要时还有扭转振动阻尼等。应收集往复式活塞连杆机构驱动的机械和从动机的所有相关资料，以便进行扭转振动计算。4．4计算结果利用4．2．1和4．2．2所述方法求得的结果，连同其他资料可以得到下列数据：a)固有频率，固有矢量和共振转速；b)轴系扭转应力；c)弹性联轴节的振动力矩和这些力矩对其他机件的影响；d)轴线给定点的振幅；e)联轴节和其他阻尼源产生的热能。如有必要还可以利用该结果，求得齿轮的振动加速度。4．5计算报告如协议要求有扭转振动计算报告，则该报告内容应包括往复式活塞连杆机构驱动的机械的主要数据、轴系布置和按4．4规定的必要计算结果。5扭转振动的测量5．1概述如协议规定，为验证计算，应进行轴系扭转振动测量，则协议中应规定测量仪器、测量位置和测量工况的选择，以评价该位置的振幅。5．2测量仪器测量仪器应符合GB／T13436的规定。可使用以下设备作为扭振拾振器：a)电涡流探头(非接触式)；b)应变式传感器；c)光学传感器。如经客户与供应商同意，亦可采用其他设备测量。5．3测量参数根据测量方法，应测取下列参数，并将其记录在测试报告中。a)轴系转速；b)发动机功率；c)扭转振动振幅；d)测试现场的环境温度；e)固有频率和临界转速范围；f)可能影响扭转振动的附加参数；g)往复式内燃机气缸的发火次序。如需要，还可测量其他参数(如：应变)。5．4测量位置5．4．1测点应布置在曲轴轴系扭振幅值较大位置处，一般选于往复式活塞连杆机构驱动机械的衄轴自由端。5．4．2需进行多点测量的曲轴轴系，应根据事先计算的结果，布置在扭振振幅较大位置处及其他需测量的位置，3 GB／T15371—20085．4．3对于机组，如内燃发电机组和电机压气机组，必要时可在从动机轴伸端附近增加测点。5．4．4对于台架试验轴系，如内燃机台架试验轴系，必要时可在测功器端增设测点。5．5测量工况5．5．1变速变负荷工作的机组，需由最低稳定转速到最高转速范围内分档进行测量；必要时，可在升速和降速转速连续变化下进行扭振测量。5．5．2测量转速分档间隔一般为额定转速的5％，在共振区内可加密至额定转速的2％分档。5．5．3内燃机台架试验轴系，一般按外特性或螺旋桨推进特性(对于船用主机)或牵引特性(对于机车柴油机)进行。5．5．4内燃发电机组轴系应在额定转速、额定电压和额定负荷下进行扭振测量。如客户和供应商同意，亦可以进行其他工况的测量。5．6测试报告如协议要求有扭转振动测试报告，则该报告应包括往复式活塞连杆机构驱动的机械的主要数据、轴系布置、按5．3规定(根据需要)的测量参数和测试现场。此外还应记录测量设备的型式、准确度和校验方法以及拾振器的位置等。当测量条件与协议规定等条件不符时，应对不同条件所产生的影响和对结果的修正达成一致意见后方可开始测量。6扭转振动评定方法6．1评定参数6．1．1曲轴轴系扭转振动的评定参数为扭振应力、振动扭矩和扭振振幅，一般按扭振应力或振动扭矩进行评定。6．1．2如果轴系实测固有频率值与理论计数值之间的误差在±5％范围内，则可用测量点的实测振幅按自由振动理论计算的相应固有振型推算共振区转速范围内轴系各处的振幅、应力及振型扭矩，否则应对理论计算作修正后再进行推算。6．1．3轴系中轴段振动扭矩按公式(1)求得：M．竹1一A1(口。一口斗1)K。，斗1(1)式中：M。——第i，i+1质量间轴段振动扭矩，单位为牛顿米(N·m)；A。——测量点(一般为第1质量)最大分谐波振幅，单位为弧度(rad)；al——相应固有振型第i质量相对振幅；a。——相应固有振型第i+1质量相对振幅；K。+。——第i，H1质量间轴段扭转刚度，单位为牛顿米每弧度(N·m／rad)。6．1．4轴系中轴段扭振应力按公式(2)求得：毛一鹣式中：o．。——第i，i+1质量间轴段扭振应力，单位为帕斯卡(Pa)；w。+。——第i，i+1质量间轴段抗扭截面模量，对于曲轴以由柄销直径为准，对于传动轴以轴的最小直径为准，单位为立方毫米(ram3)。6．1．5按6．1．3、6．1．4求得的轴段振动扭矩和扭振应力与相应的许用值进行比较，评定轴系工作的可靠性。6．2许用值6．2．1扭振许用应力6．2．1．1对于变速运动的曲轴轴系，轴段扭振应力值应不超过扭振许用应力值：4 GB／T15371—2008持续运转0