激励幅值及载荷对准零刚度隔振器特性的影响

提出具有负刚度特性的欧拉屈曲梁结构并分析其静态特性,将负刚度机构和线性隔振器并联使用,设计准零刚度隔振器。如果隔振器的载荷选用得当,系统将在零刚度点平衡,若载荷发生改变,系统平衡点将偏离零刚度点。考虑载荷的影响,对零刚度隔振器进行动态建模,并采用谐波平衡法求解准零刚度隔振器的响应。定义准零刚度隔振器平衡点不在刚度零点时系统的力传递率,分析激励幅值和载荷对隔振器性能的影响并和线性隔振器的性能进行比较。结果表明,所设计的零刚度隔振器具有低频隔振效果,其响应和隔振性能受到激励幅值和载荷的影响,可以使系统的特性从单纯的渐硬刚度向渐软刚度以及渐软-渐硬刚度混合的特性改变,并显著改变系统的传递性能。     

惯容准零刚度隔振器动态特性研究

将惯容器运用于准零刚度（quasi?zero stiffness,简称QZS）隔振器中,根据惯容器、弹簧与阻尼器的布置形式,提出并联式与串联式惯容准零刚度隔振器。研究两种惯容准零刚度隔振器在简谐力激励下的动态特性,运用谐波平衡法求解系统的动态响应,揭示两个主要的结构参数（惯质比与刚度比）对系统动态特性的影响规律,定义动态位移峰值、力传递率峰值、隔振频带以及高频带的力传递率4个性能评价指标来评价系统的隔振性能。研究表明,相较准零刚度隔振器,并联式惯容准零刚度隔振器的力传递率峰值较小,隔振频带较宽,但动态位移峰值与高频带的力传递率较大;串联式惯容准零刚度隔振器能拓宽准零刚度隔振器的隔振频带,高频带的力传递率都趋于零,但动态位移峰值与力传递率峰值较大。研究内容为将惯容器运用于准零刚度低频隔振领域具有理论指导意义。     

康复机器人准零刚度隔振特性分析与实验

为了解决康复机器人低频振动对人体的影响问题,提出并设计一种具有准零刚度特性的新型被动隔振机构,它由两个对称的具有负刚度特性的拉伸弹簧并联一个线性正刚度弹簧实现。首先,通过静力学特性,建立此隔振机构的力-位移和刚度-位移关系式,得出机构在静态平衡位置处具有准零刚度特性的参数条件;其次,通过动力学特性,建立其分别在简谐力和简谐位移激励下的非线性微分动力学方程,采用谐波平衡法分析机构参数与激励对系统力传递率、位移传递率的影响;最后,通过实验验证在有、无负刚度情况下,输入与输出的曲线。结果表明,在有负刚度机构的情况下,隔振系统具有一定范围的准零刚度特性,且低频隔振性能较好,达到了高静态、低动态刚度的效果。本研究对机器人低频隔振具有创新性和指导意义。     

考虑载荷变化的准零刚度隔振器动态特性

为了研究载荷变化对准零刚度隔振器动态特性及隔振性能的影响,首先,分析具有分段非线性特性的准零刚度隔振器静力学特性;其次,引入光滑函数,应用增量谐波平衡法得到准零刚度隔振器的周期解,分析载荷与激励幅值对隔振器动态特性的影响;最后,定义准零刚度隔振器的力传递率,分析载荷与激励幅值对其隔振性能的影响。研究结果表明:当激励幅值较大时,载荷变化会导致响应的常数项在共振区附近出现交叉折叠的现象;载荷与激励幅值的变化会改变隔振系统的共振频率、传递率峰值以及有效隔振频带,但该准零刚度隔振器的隔振性能仍优于线性隔振器。     

新型准零刚度系统的设计、分析与仿真

采用拉伸弹簧组成的负刚度机构与正刚度线性弹簧并联,设计出一种新型的拉伸式准零刚度隔振系统,可用于隔离低频或超低频振动。建立该系统的静力学模型,得到系统具有准零刚度特性时所需满足的条件;与一种压缩式隔振系统的力-位移曲线进行对比;分析垂向弹簧的调节对系统的影响;建立该系统在简谐位移激励下的非线性动力学方程,利用谐波平衡法求得系统的近似响应;与压缩式隔振系统的位移传递率曲线进行对比;探索系统各主要参数对响应的影响;建立Adams动力学模型,通过仿真结果来证明静力学模型的正确性,并模拟基座激励振动,证明了拉伸式准零刚度系统在低频或超低频隔振中的性能远优于线性系统。     

准零刚度扭转隔振器振动传递特性研究

针对一种应用连杆弹簧负刚度结构所设计的正负刚度并联扭转隔振器,通过分析其设计参数,得到了其在静平衡位置达到准零刚度的条件。针对所述系统,建立二自由度非线性动力学微分方程,应用谐波平衡法求解了准零刚度隔振器的振动响应。考虑激励幅值、系统阻尼和转动惯量等因素,从扭转振动力矩传递和扭转振动功率流传递两个角度分析了准零刚度隔振系统的非线性振动传递特性。结果表明,此隔振系统具有良好的低频隔振效果,且表现为振动传递的硬特性;从功率流角度的分析还表明,系统的瞬时传递功率流峰值与输入功率流和耗散功率流的变化趋势保持一致。在低于共振区域的低频区间内,隔振系统前后两端的转动惯量对系统振动具有较大影响。最后,对扭转隔振器的振动隔离特性进行了试验验证,试验结果表明,隔振器具有良好的低频振动隔离特性。     

低地板有轨电车准零刚度二系悬挂系统研究

利用一对横向放置的线性弹簧在垂向产生负刚度,与垂向正刚度线性弹簧并联组成准零刚度隔振系统,结合低地板有轨电车转向架U型侧架,设计出适用于低地板有轨电车的准零刚度二系悬挂系统。对所设计的二系悬挂系统分别进行静力学、动力学分析,得到其刚度特性和传递率特性。通过SIMAPCK动力学仿真软件建立了三车连挂低地板有轨电车模型,与MATLAB/SIMULINK进行联合仿真。研究结果表明,与等效线性弹簧二系悬挂系统相比,准零刚度二系悬挂系统隔振频率范围更广,尤其是在低频阶段,具有良好的隔振特性,可以有效减小车体振动,提高运行平稳性,改善乘坐舒适度。     

可变负载的准零刚度隔振器特性

由于载荷变化会削弱准零刚度隔振器的隔振特性,设计了一种可变负载的准零刚度隔振器。首先,阐述了该隔振器的隔振原理,建立了数学模型,分析了隔振器的静力学特性;其次,采用平均法研究了振动的主共振响应,得到了相对位移的幅频特性及振动的位移传递率,并分析了隔振参数对振动特性的影响。研究结果表明:该隔振器可以通过改变准零刚度弹簧的夹角,来适应负载的变化,而且角度增加能削弱共振,降低起始隔振频率;隔振器同时还具有渐硬-渐软特性,能压缩共振频段,降低向下跳跃频率,可变负载的准零刚度隔振器低频隔振性能优于普通准零刚度隔振器。     

可变负载的准零刚度隔振器特性

由于载荷变化会削弱准零刚度隔振器的隔振特性，设计了一种可变负载的准零刚度隔振器。首先，阐述了该隔振器的隔振原理，建立了数学模型，分析了隔振器的静力学特性；其次，采用平均法研究了振动的主共振响应，得到了相对位移的幅频特性及振动的位移传递率，并分析了隔振参数对振动特性的影响。研究结果表明：该隔振器可以通过改变准零刚度弹簧的夹角，来适应负载的变化，而且角度增加能削弱共振，降低起始隔振频率；隔振器同时还具有渐硬-渐软特性，能压缩共振频段，降低向下跳跃频率，可变负载的准零刚度隔振器低频隔振性能优于普通准零刚度隔振器。     

仿足弓准零刚度隔振器特性分析与实验

为满足光学精密仪器更高的精度及动态特性要求,解决其安装空间逼仄与宽频域隔振的矛盾,提出了一种由屈曲梁与黏弹性材料并联构成的仿生准零刚度隔振装置,并建立了该仿生隔振装置的非线性动力学模型,结合谐波平衡法对其振动传递特性进行了分析。仿真与实验结果表明：当频率比大于15时,振动幅值传递率小于0.2,系统共振区振动幅值传递率低于0.75,隔振效果良好。该结论验证了仿足弓准零刚度隔振器的有效性,为光学精密仪器复杂隔振系统设计提供了参考。     

基于叶轮转子系统下的干气密封轴向振动分析*

为探究基于叶轮转子系统下干气密封轴向振动特性,基于干气密封结构特性,建立叶轮转子-轴承-干气密封系统轴向振动模型,采用待定系数法进行求解,推导得出静环轴向振动幅值表达式;建立叶轮转子-轴承-干气密封系统几何模型,运用ANSYS Workbench软件进行模拟仿真计算,分析气膜刚度和激振力对轴向振动的影响。结果表明:气膜刚度对动、静环振动幅值的影响不大;动、静环振动频率相同、振动幅值相同,说明动、静环的追随性高,其间隙稳定,从而保证干气密封的稳定运行;动、静环位振动幅值与激振力成正比关系,说明激振力严重影响干气密封的稳定性,为提高干气密封的稳定性,应平衡好叶轮的轴向激振力。     

Effects of joint on dynamics of space deployable structure

Joints are necessary components in large space deployable truss structures which have significant effects on dynamic behavior of these joint dominated structures.Previous researches usually analyzed effects of one or fewer joint characters on dynamics of jointed structures.Effects of joint stiffness,damping,location,number,clearance and contact stiffness on dynamics of jointed structures are systematically analyzed.Cantilever beam model containing linear joints is developed based on finite element method,influence of joint on natural frequencies and mode shapes of the jointed system are analyzed.Analytical results show that frequencies of jointed system decrease dramatically when peak mode shapes occur at joint locations,and there are cusp shapes present in mode shapes.System frequencies increase with joint damping increasing,there are different joint damping to achieve maximum system damping for different joint stiffness.Joint nonlinear force-displacement is described by describing function method,one-DOF model containing nonlinear joints is established to analyze joints freeplay and hysteresis nonlinearities.Analysis results show that nonlinear effects of freeplay and hysteresis make dynamic responses switch from one resonance frequency to another frequency when amplitude exceed demarcation values.Joint contact stiffness determine degree of system nonlinearity,while exciting force level,clearance and slipping force affect amplitude of dynamic response.Dynamic responses of joint dominated deployable truss structure under different sinusoidal exciting force levels are tested.The test results show obvious nonlinear behaviors contributed by joints,dynamic response shifts to lower frequency and higher amplitude as exciting force increasing.The test results are further compared with analytical results,and joint nonlinearity tested is coincident with hysteresis nonlinearity.Analysis method of joint effects on dynamic characteristics of jointed system is proposed,which can be used in optimal design of joint parameters     

柔性铰链近场超声悬浮滑块动特性系数研究

应用可压缩气体动力润滑理论建立了柔性铰链超声挤压膜滑块的动、静特性系数模型,并应用数值方法对模型进行求解,获得了高频激励条件下柔性铰链气体挤压膜滑块的动、静特性系数。讨论了悬浮高度、激励振幅以及激励频率对动特性系数的影响。根据分析发现,这些参数都对挤压膜特性有着显著的影响。悬浮高度越高,挤压膜刚度和阻尼越小。激励振幅越大,挤压膜刚度和阻尼越大。而频率的影响几乎呈线性关系,频率越高,刚度和阻尼越大,挤压膜刚度和阻尼都随着频率的增加而增加,最后对这种结论进行了解释。     

等效非线性阻尼控制的准零刚度振动传感系统

为准确测量移动平台的绝对振动位移并进一步扩展测量频带,采用等效非线性阻尼控制方法设计了一种准零刚度（QZS）传感器。为使QZS传感器具有准零刚度特性,建立了传感器的动力学模型,并对其结构和静态特性进行分析;讨论了在不同预压缩量下传感器的幅频特性和相频特性,分析了不同等效非线性阻尼和激励对测量信号的精度影响。结果表明,等效非线性阻尼控制有效拓宽了准零刚度传感器系统的测量频带范围,该系统能够精确测量移动平台的绝对位移,满足工程实践要求。     

车辆发动机悬架系统现状与进展

理想的发动机悬架系统应隔离发动机工作转速范围内由发动机干扰力所引起的发动机振动，并阻止由冲击而激起的发动机弹跳，这意味着发动机悬架的动态刚度和阻尼是与频率和振幅有关的，改善依赖于频率和振幅特性的动态刚度与阻尼是发动机悬架系统发展的关键所在。传统的弹性悬架不能满足所有的要求，它仅能在静偏转和隔振之间进行折衷，特别在低频域，被动的液压悬架能比弹性悬架提供更好的特性，通常半主动技术，由于其可调性而被用来进一步改善液压悬架的特性，为了隔振、低频时主动发动机悬架系统非常硬，而在高频域内被调整的非常软，主动的发动机悬架已被认为是发动机悬架的新一代，发动机悬架系统的优化是相当可取的，但发动机悬架的优化工作出现一些局限性，文中综述国内，外发动机悬架技术的现状与进展。     

空气弹簧液压悬置动特性及隔振特性研究

研究了具有可变刚度阻尼的发动机空气弹簧液压悬置的动特性和隔振特性。针对影响发动机空气弹簧液压悬置动特性的关键参数上液室等效体积刚度,采用理论和试验方法研究了上液室等效体积刚度的等效值,基于该等效值建立了空气弹簧液压悬置的理论模型,对空气腔开闭两种工况进行了空气弹簧液压悬置动特性的仿真和试验研究。搭建了发动机空气弹簧液压悬置系统试验台架,研究了台架各种激励频率下的空气弹簧液压悬置的隔振特性。结果表明:本研究采用的上液室等效体积刚度进行空气弹簧进行建模是正确、可行的,提高了空气弹簧建模效率和准确性;空气弹簧液压悬置在空气腔开启和关闭两种状态下,峰值动刚度增大幅值达78.5%,峰值阻尼角增大幅值达250%。台架试验表明:当台架激励频率小于25Hz时,悬置采用大刚度大阻尼;当台架激励频率大于等于25 Hz时,悬置采用小刚度小阻尼;悬置隔振率提升明显,不同频率下提升幅值达10%～67%。     

Identification of the dynamic performance of a gas foil journal bearing operating at high temperatures

This paper presents an experimental investigation of the dynamic force performance of gas foil bearings (GFBs) at high temperatures. A dynamic performance test rig with a GFB mounted on a rotating hollow shaft, heated by a cartridge heater inside the hollow shaft, and excited by two orthogonally positioned electromagnetic shakers determines the frequency dependent stiffness and damping coefficients of the test GFB for increasing shaft temperatures. The test heater temperatures are 21°C (room temperature without heating), 100°C, 200°C, 300°C, and 400°C, and the excitation frequencies are 120 Hz, 140 Hz, 160 Hz, and 180 Hz. The test rotating speed and static load are 12 krpm and 30 N, respectively. The vibration amplitude of the test GFB is adjusted to approximately 30 μm by controlling the power amplifier connected to the electromagnetic shakers throughout the series of experiments. The test results show that both the direct stiffness and damping coefficients of the test GFB increase with increasing excitation frequencies. As the shaft temperature increases, the direct stiffness coefficients decrease by ～ 8%, and the direct damping coefficients decrease by approximately 30%. A model prediction benchmarked against the test data reveals that the cross-coupled stiffness coefficients are smaller than the direct stiffness coefficients for the test GFB.