ISO 3046-5:2001

Reciprocating internal combustion engines - Performance - Part 5: Torsional vibrations

Moteurs alternatifs à combustion interne — Performances — Partie 5: Vibrations de torsion

La présente partie de l'ISO 3046 fixe les dispositions générales et les définitions relatives aux vibrations de torsion des ensembles de lignes d'arbres des groupes entraînés par des moteurs alternatifs à combustion interne. Le cas échéant, des exigences spéciales peuvent être précisées pour des applications particulières de moteurs. La présente partie de l'ISO 3046 est applicable aux groupes entraînés par des moteurs alternatifs à combustion interne à usages terrestre, ferroviaire et marin, à l'exclusion des groupes utilisés pour la propulsion des engins de travaux routiers, des engins de terrassement, des tracteurs agricoles et industriels, des automobiles, des camions et des aéronefs.

General Information

• Status: Published
• Publication Date: 12-Dec-2001
• ICS: 17.160 - Vibrations, shock and vibration measurements
• ICS: 27.020 - Internal combustion engines
• Technical Committee: ISO/TC 70 - Internal combustion engines
• Drafting Committee: ISO/TC 70 - Internal combustion engines
• Current Stage: 9093 - International Standard confirmed
• Start Date: 11-Jun-2025
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Revises: ISO 3046-5:1978 - Reciprocating internal combustion engines - Performance - Part 5: Torsional vibrations
• Effective Date: 15-Apr-2008

Overview

ISO 3046-5:2001 - "Reciprocating internal combustion engines - Performance - Part 5: Torsional vibrations" defines general requirements, terminology and procedures for assessing torsional vibrations in shaft systems of sets driven by reciprocating internal combustion (RIC) engines. The standard covers land, rail-traction and marine applications (explicitly excluding many mobile and automotive/aircraft uses) and forms part of the ISO 3046 series on engine performance.

Key topics and technical requirements

• Scope & definitions: Establishes terms such as shaft system, torsional vibration amplitude, natural frequency, natural mode, resonance speed, vibration order, synthesized torsional stress and barred speed range (forbidden continuous operation).
• Calculation of torsional vibration:
  • Free vibration analysis to obtain natural frequencies and mode shapes (eigenvalues/eigenvectors).
  • Forced vibration analysis using excitation torques (Fourier/harmonic components).
  • Required input data: polar moments of inertia, torsional stiffness, excitation torque, operating speed band, damping data where applicable.
  • Typical outputs: natural frequencies, resonance speeds, torsional stresses, vibratory torques in couplings, amplitude distribution and thermal power dissipated in damping devices.
• Measurement and validation:
  • Measurement devices: eddy probes (non-contact), strain gauges, optical encoders (or agreed alternatives).
  • Measured parameters: shaft rotational velocity, engine power, torsional amplitude/strain, ambient conditions, natural frequencies/critical speed ranges, possibly firing order.
  • Reporting: measurement method, sensor positions, calibration, deviations from contract conditions and any corrections.
• Responsibilities & contractual items:
  • The set supplier (engine maker, driven-machine maker or purchaser acting as integrator) is responsible for calculations and measurements even when subcontracted.
  • Guarantee of satisfactory torsional performance may be conditional on correct installation/maintenance.
  • Supplier must address critical speed zones and corrective design actions where required.
• Normative references: ISO 2041, ISO 2710‑1 and ISO 2710‑2 are referenced for vibration and engine vocabulary.

Applications and users

ISO 3046-5 is used for:

• Design and validation of engine-generator sets, propulsion shafts, and other rotating machinery driven by RIC engines in land, rail and marine sectors.
• Torsional vibration analysis by vibration engineers, mechanical designers, test laboratories and system integrators.
• Procurement and contract specifications where suppliers must deliver torsional vibration calculations and/or measurement reports.
• Classification societies and inspection authorities assessing shaft system safety and resonance avoidance.

Related standards

• Other parts of ISO 3046 (Parts 1–7) covering power declarations, test methods, speed governing, overspeed protection and power codes.
• ISO 2041 and ISO 2710 series for vocabulary and definitions.

Keywords: torsional vibrations standard, reciprocating internal combustion engines, shaft system torsional analysis, torsional vibration measurement, resonance speed, natural frequency, synthesized torsional stress.

Standards Content (Sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 3046-5
Second edition
2001-12-01
Reciprocating internal combustion
engines — Performance —
Part 5:
Torsional vibrations
Moteurs alternatifs à combustion interne — Performances —
Partie 5: Vibrations de torsion

Reference number
©
ISO 2001
PDF disclaimer
This PDF file may contain embedded typefaces. In accordance with Adobe's licensing policy, this file may be printed or viewed but shall not
be edited unless the typefaces which are embedded are licensed to and installed on the computer performing the editing. In downloading this
file, parties accept therein the responsibility of not infringing Adobe's licensing policy. The ISO Central Secretariat accepts no liability in this
area.
Adobe is a trademark of Adobe Systems Incorporated.
Details of the software products used to create this PDF file can be found in the General Info relative to the file; the PDF-creation parameters
were optimized for printing. Every care has been taken to ensure that the file is suitable for use by ISO member bodies. In the unlikely event
that a problem relating to it is found, please inform the Central Secretariat at the address given below.

©  ISO 2001
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized in any form or by any means, electronic
or mechanical, including photocopying and microfilm, without permission in writing from either ISO at the address below or ISO's member body
in the country of the requester.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
E-mail [e-mail]
Web www.iso.ch
Printed in Switzerland
ii © ISO 2001 – All rights reserved

Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted
by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 3046 may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 3046-5 was prepared by Technical Committee ISO/TC 70, Internal combustion engines.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 3046-5:1978), which has been technically revised.
ISO 3046 consists of the following parts, under the general title Reciprocating internal combustion engines —
Performance:
 Part 1: Declarations of power, fuel and lubricating oil consumptions and test methods — Additional
requirements
 Part 2: Test methods
 Part 3: Test measurements
 Part 4: Speed governing
 Part 5: Torsional vibrations
 Part 6: Overspeed protection
 Part 7: Codes for engine power
INTERNATIONAL STANDARD ISO 3046-5:2001(E)

Reciprocating internal combustion engines — Performance —
Part 5:
Torsional vibrations
1 Scope
This part of ISO 3046 establishes general requirements and definitions for torsional vibrations in shaft systems of
sets driven by reciprocating internal combustion (RIC) engines.
Where necessary, individual requirements can be given for particular engine applications.
This part of ISO 3046 covers sets driven by reciprocating internal combustion engines for land, rail-traction and
marine use, excluding sets used to propel road construction and earthmoving machines, agricultural tractors,
industrial types of tractors, automobiles and trucks, and aircraft.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions, which, through reference in this text, constitute provisions
of this part of ISO 3046. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these
publications do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 3046 are encouraged to
investigate the possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For
undated references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC
maintain registers of currently valid International Standards.
ISO 2041:1990, Vibration and shock — Vocabulary
ISO 2710-1, Reciprocating internal combustion engines — Vocabulary — Part 1: Terms for engine design and
operation
ISO 2710-2, Reciprocating internal combustion engines — Vocabulary — Part 2: Terms for engine maintenance
3 Terms and definitions
For the purposes of this part of ISO 3046 the terms and definitions in ISO 2710-1 and ISO 2710-2 as well as the
following apply.
3.1
set
assembly of mechanisms including one or more RIC engines and the driven machinery
3.2
shaft system
assembly of all the components of a set connected so that they can rotate (see Figure 1)
NOTE When the torsional vibrations are calculated, it is the complete shaft system that is considered.
3.3
torsional vibrations
oscillatory angular deformation (twist) of a rotating shaft system
3.4
torsional vibration amplitude
maximum angular displacement measured in a section perpendicular to the axis of the shaft system between the
angular position considered and a given arbitrary reference position
3.5
natural frequency
parameter that can be calculated for each solution of the equation of motion for the undamped system
See 2.80 of ISO 2041:1990.
NOTE It is usually not necessary to calculate the natural frequency for a damped system.
3.6
natural vector
relative amplitude for the whole section where the system is vibrating at its associated natural frequency and an
arbitrary section of the system is chosen as a reference and given an amplitude of unity
3.7
elastic line
envelope of the natural vector amplitudes in each section (see Figure 2)
3.8
vibratory node
point of elastic line where relative natural vector amplitude is equal to zero
3.9
natural mode of torsional vibration
natural frequency and its elastic line that characterizes each mode of torsional vibration
NOTE Examples are first mode of vibration or one node mode of vibration or second mode of vibration or two node modes
of vibration.
3.10
excitation torque
torsional periodic torque generated by the RIC engine or driven components that excites torsional vibration of the
shaft system
3.11
harmonic
each term of a series of sinusoidal terms (Fourier series) into which the excitation torque may be subdivided
See 2.26 of ISO 2041:1990.
NOTE Each of these harmonics is theoretically capable of producing resonance at the appropriate rotational velocity of the
shaft system. The Fourier series terms are written in increasing order. The first harmonic is related to the first term of the series
(even if it had zero magnitude) and so on (see Figure 3). The constant term is the mean torque.
3.12
vibration order
number of oscillations per revolution associated with each harmonic
NOTE For RIC engines operating on the two-stroke cycle, the vibration order corresponds to the range of the harmonic.
For four-stroke engines, the range of the harmonic may be divided by two to obtain the corresponding vibration order; e.g. II/4
for the resonance speed at which the second mode of vibration is excited by the fourth order harmonic.
2 © ISO 2001 – All rights reserved

3.13
resonance speed
speed at which the whole shaft system resonates (as the natural frequency of a vibration mode equals the
frequency of one of the harmonics of the excitation torques)
See 2.73 of ISO 2041:1990.
3.14
synthesized torsional stress
torsional stress generated in a given section of the shaft system by the total of all the harmonics of the excitation
torques, taking account of the magnitude and phase of the stress generated by each harmonic (see Figure 4)
NOTE Mean torque is not used
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 3046-5
Deuxième édition
2001-12-01
Moteurs alternatifs à combustion interne —
Performances —
Partie 5:
Vibrations de torsion
Reciprocating internal combustion engines — Performance —
Part 5: Torsional vibrations
Numéro de référence
©
ISO 2001
PDF – Exonération de responsabilité
Le présent fichier PDF peut contenir des polices de caractères intégrées. Conformément aux conditions de licence d'Adobe, ce fichier peut
être imprimé ou visualisé, mais ne doit pas être modifié à moins que l'ordinateur employé à cet effet ne bénéficie d'une licence autorisant
l'utilisation de ces polices et que celles-ci y soient installées. Lors du téléchargement de ce fichier, les parties concernées acceptent de fait la
responsabilité de ne pas enfreindre les conditions de licence d'Adobe. Le Secrétariat central de l'ISO décline toute responsabilité en la
matière.
Adobe est une marque déposée d'Adobe Systems Incorporated.
Les détails relatifs aux produits logiciels utilisés pour la création du présent fichier PDF sont disponibles dans la rubrique General Info du
fichier; les paramètres de création PDF ont été optimisés pour l'impression. Toutes les mesures ont été prises pour garantir l'exploitation de
ce fichier par les comités membres de l'ISO. Dans le cas peu probable où surviendrait un problème d'utilisation, veuillez en informer le
Secrétariat central à l'adresse donnée ci-dessous.

©  ISO 2001
Droits de reproduction réservés. Sauf prescription différente, aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni utilisée sous quelque
forme que ce soit et par aucun procédé, électronique ou mécanique, y compris la photocopie et les microfilms, sans l'accord écrit de l'ISO à
l'adresse ci-après ou du comité membre de l'ISO dans le pays du demandeur.
ISO copyright office
Case postale 56 • CH-1211 Geneva 20
Tel. + 41 22 749 01 11
Fax. + 41 22 749 09 47
E-mail [e-mail]
Web www.iso.ch
Imprimé en Suisse
ii © ISO 2001 – Tous droits réservés

Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente partie de l'ISO 3046 peuvent faire l'objet
de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne pas
avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 3046 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 70, Moteurs à combustion interne.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 3046-5:1978), qui a fait l'objet d'une révision
technique.
L'ISO 3046 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Moteurs alternatifs à combustion
interne — Performances:
— Partie 1: Déclaration de la puissance et de la consommation de carburant et d'huile de lubrification, méthodes
d'essai — Exigences supplémentaires
— Partie 2: Méthodes d'essai
— Partie 3: Mesures pour les essais
— Partie 4: Régulation de la vitesse
— Partie 5: Vibrations de torsion
— Partie 6: Protection contre la survitesse
— Partie 7: Codes de puissance des moteurs
NORME INTERNATIONALE ISO 3046-5:2001(F)

Moteurs alternatifs à combustion interne — Performances —
Partie 5:
Vibrations de torsion
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 3046 fixe les dispositions générales et les définitions relatives aux vibrations de torsion
des ensembles de lignes d'arbres des groupes entraînés par des moteurs alternatifs à combustion interne.
Le cas échéant, des exigences spéciales peuvent être précisées pour des applications particulières de moteurs.
La présente partie de l'ISO 3046 est applicable aux groupes entraînés par des moteurs alternatifs à combustion
interne à usages terrestre, ferroviaire et marin, à l'exclusion des groupes utilisés pour la propulsion des engins de
travaux routiers, des engins de terrassement, des tracteurs agricoles et industriels, des automobiles, des camions
et des aéronefs.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 3046. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s'appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente partie de l'ISO 3046 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s'applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 2041, Vibrations et chocs — Vocabulaire
ISO 2710-1, Moteurs alternatifs à combustion interne — Vocabulaire — Partie 1: Termes relatifs à la conception et
au fonctionnement du moteur
ISO 2710-2, Moteurs alternatifs à combustion interne — Vocabulaire — Partie 2: Termes relatifs à la maintenance
du moteur
3 Termes et définitions
Pour les besoins de la présente partie de l'ISO 3046, les termes et définitions de l'ISO 2710-1 et de l'ISO 2710-2
suivants s'appliquent, ainsi que ce qui suit.
3.1
groupe
ensemble de mécanismes comprenant un ou plusieurs moteurs et les machines entraînées
3.2
ensemble de lignes d'arbres
totalité des éléments d'un groupe liés en rotation (voir Figure 1)
NOTE C'est l'ensemble de lignes d'arbres complet qui est pris en compte pour le calcul des vibrations de torsion.
3.3
vibration de torsion
déformation angulaire oscillatoire d'un ensemble de lignes d'arbres en rotation (torsion)
3.4
amplitude de vibration de torsion
déplacement angulaire maximal, mesuré dans un plan perpendiculaire à l'axe de l'ensemble de lignes d'arbres
entre la position angulaire donnée et une référence de position arbitrairement choisie
3.5
fréquence propre non amortie
paramètre qu'il est possible de calculer pour chaque solution de l'équation de mouvement du système non amorti
Voir 2.80 de l'ISO 2041:1990.
NOTE Il n'est en général pas nécessaire de calculer la fréquence propre d'un système amorti.
3.6
vecteur propre
amplitude relative dans une section lorsque le système vibre à sa fréquence propre, une section arbitraire du
système ayant été choisie comme référence et affectée de l’amplitude unité
3.7
ligne élastique
l'enveloppe des amplitudes des vecteurs propres dans chaque section (voir Figure 2)
3.8
nœud de vibration
point de la ligne élastique où l'amplitude du vecteur propre est nulle
3.9
mode propre de vibration de torsion
chaque mode de vibration de torsion est caractérisé par sa fréquence propre correspondante et sa ligne élastique
NOTE Des exemples sont le premier mode de vibration ou mode à un nœud, le second mode de vibration ou mode à deux
nœuds.
3.10
couple excitateur
couple de torsion périodique généré par le moteur ou la machine entraînée qui excite les vibrations de torsion de
l'ensemble de lignes d'arbres
3.11
harmonique
le couple excitateur peut être décomposé en somme de termes sinusoïdaux (série de Fourier). Chaque terme de la
série est appelé harmonique.
Voir 2.26 de l'ISO 2041:1990.
NOTE Chacune de ces harmoniques est théoriquement capable de produire des résonances à la vitesse de rotation
appropriée de l'ensemble de lignes d'arbres. Les termes de la série de Fourier sont classés par ordre croissant. La première
harmonique correspond au premier terme de la série (même s'il est nul) et ainsi de suite (voir Figure 3). Le terme constant
représente le couple moyen.
2 © ISO 2001 – Tous droits réservés

3.12
ordre de vibration
l'ordre de vibration représente le nombre d'oscillations par tour associé à chaque harmonique
NOTE Pour les moteurs alternatifs à combustion interne fonctionnant sur un cycle à deux temps, l'ordre de vibration
correspond au rang de l'harmonique. Pour les moteurs alternatifs à combustion interne fonctionnant sur un cycle à quatre
temps, le rang de l'harmonique doit être divisé par deux pour obtenir l'ordre de vibration correspondant; par exemple: II/4 pour la
vitesse de résonance à laquelle le second mode de vibration est excité par la quatrième harmonique.
3.13
vitesse de résonance
vitesse à laquelle l'ensemble de lignes d'arbres est en résonance (en raison de l'égalité de la fréquence d'une des
harmoniques du couple excitateur et de la fréquence propre d'un mode de vibration)
Voir 2.73 de l'ISO 2041:1990.
3.14
contrainte torsionnelle totale
contrainte mécanique générée dans une sectio
...