基于深度学习方法的含间隙铰链多刚体系统的动力学建模与分析

机械系统中,铰接处接触力受铰间间隙量大小、运动副各部件的材料属性、运动过程中的接触状态等因素的影响,表现出很强的非线性。传统的间隙铰摩擦理论模型主要关注对摩擦现象描述的普适性,而难以精确地描述摩擦过程中摩擦力的非线性特征。基于物理样机试验获得的数据,使用深度学习方法建立了间隙铰非线性接触力神经网络模型,通过摩擦试验生成接触摩擦力数据集,结合旋转铰间隙接触碰撞力混合模型生成接触碰撞力数据集,对模型进行训练和测试,得到了旋转间隙铰的神经网络动力学模型。在此基础上,结合拉格朗日方程对含间隙铰的曲柄滑块机构进行建模,建立了“多刚体系统-间隙铰-多刚体系统”的动力学模型,通过仿真分析得到系统关键参数的动力学响应,并与物理试验结果进行了对比,验证了基于深度学习方法获得的间隙铰模型的正确性,为深度学习方法在非线性系统动力学建模方向上的应用提供了一个可行的思路。     

弹性连杆机构冲击副润滑特性研究

弹性机构铰接副处过大间隙的存在将严重地影响了机器的动态性能。正因如此 ,采用间隙机构中常用的牛顿二阶段运动模型 ,引入两套广义坐标 ,对含间隙弹性平面连杆机构的副间分离与碰撞过程建立比较简洁易懂且全面反映间隙铰动态特性的动力学模型 ,计入了刚弹耦合作用及间隙对杆件弹性变形的影响 ,并考虑曲柄非匀速运转情况 ,利用该模型 ,引入挤压油膜阻尼器被动控制技术 ,通过算例 ,对比分析了理想铰、间隙铰、挤压油膜铰对弹性机构的动态特性的影响。分析结果表明 ,挤压油膜阻尼器被动控制间隙机构是可行的。因此 ,为含间隙机构未来领域的研究提供了一个新思路。     

有限长线接触动态特征参数研究

考虑系统动态特性建立有限长线接触瞬态弹流润滑模型,数值求解获得润滑接触压力与膜厚;采用润滑接触相对位移为自由振动判定标准,结合单自由度阻尼系统模型,提取系统特征参数刚度和阻尼值,为建立完善的接触副动力学模型提供参数。结果表明:考虑惯性力时,在入口区形成膜厚波动与局部压力峰,并向出口区传播;随着振动时长增大,在整个接触区形成压力与膜厚波动并最终趋于稳态解;随着载荷增大,系统刚度升高但增幅降低,阻尼整体呈现降低趋势。     

倾斜式双滚柱包络环面蜗杆传动等温弹流润滑分析

为了改善蜗杆传动副的润滑性能和抗胶合能力,提高其传动的效率,在倾斜式双滚柱包络环面蜗杆传动啮合理论和弹性流体动力润滑理论的基础上,建立了倾斜式双滚柱包络环面蜗杆传动的简化弹性流体动力润滑模型及等温线接触弹流数学模型,利用牛顿迭代法和Newton-Raphson法进行了数值求解,得到该传动副的油膜压力及油膜厚度曲线,并分析了传动副在蜗轮齿根圆、分度圆、齿顶圆及每条接触线上的弹流润滑特性,最后分析了润滑油黏度对传动副弹流润滑特性的影响。结果表明,在分度圆到齿顶圆之间的接触区域的润滑特性较为优越;接触线4上的油膜厚度较其他三条接触线上的油膜厚度增大,二次压力峰值减小;黏度越大润滑特性越好。     

角接触球轴承保持架稳定性分析

基于Hertz接触理论和弹性流体润滑理论,计算得到了轴承的Hertz接触刚度和油膜润滑等效接触刚度。定义了钢球、套圈滚道和保持架接触碰撞关系,运用ADAMS建立计及油膜润滑等效刚度的角接触球轴承多体动力学分析模型。计算了动态接触力、转速和径向载荷对油膜刚度的影响规律,分析了结构参数和载荷参数对角接触球轴承保持架的打滑现象和运动稳定性的影响规律。结果表明:润滑作用下载荷区接触力峰值较干接触模型大且进入载荷区时间晚周期相对滞后。无论是内圈引导还是外圈引导,引导间隙增大保持架打滑率减小,保持架质心轨迹运动范围变大,兜孔间隙增大保持架打滑率变大。外圈引导下转速越高保持架打滑率越大、保持架质心运动范围变大。径向载荷增大,保持架所达到稳定转速时间变短并且打滑率降低。     

面向虚拟样机的机构间隙旋转铰建模与动力学仿真

含间隙机构的运动/动力学仿真必须考虑间隙及其影响因素对机构动态特性的影响.针对大型重载机构虚拟样机中的间隙旋转铰,建立考虑铰接处两相对运动构件制造和装配误差的旋转铰间隙变化模型.基于间隙矢量模型,描述间隙铰处两构件间的相对运动学关系和基于非线性碰撞接触模式的动力学约束关系.该模型改善了一般虚拟样机仿真软件对间隙铰建模不考虑制造和装配误差的不足,可以提高虚拟样机仿真的可靠性、真实性.对一汽轮机阀门机构进行仿真计算,分析铰间隙、制造和装配误差等因素对机构动力学特性的影响.     

含间隙润滑铰曲柄滑块机构中铰间作用力的可靠度分析

以曲柄滑块机构为研究对象,分析其在考虑转动副间隙和润滑作用下并同时考虑系统参数具有随机性时滑块与连杆铰接处铰间作用力的可靠度问题。利用连续接触模型和流体动力学理论分别求出间隙处接触力及润滑碰撞力,基于Newton-Euler法建立曲柄滑块系统的动力学模型。为了克服因为参数选择不准确而使支持向量机回归的预测精度难以达到目标精度这一缺陷,通过遗传算法对支持向量机回归预测模型的各项参数进行寻优处理,获得最优参数值。然后,考虑系统物理参数及几何参数的随机性,利用该方法给出随机参数与功能函数的近似函数关系式,进而利用Monte-Carlo法计算铰间作用力的可靠度。通过算例验证了方法的可行性和有效性。     

热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响

为探讨热流固耦合下柱塞泵配流副参数对摩擦性能的影响,建立配流副的润滑模型,采用有限差分法对雷诺方程、能量方程和弹性变形方程进行求解,考虑黏度-温度、黏度-压力的关系,利用松弛迭代法求得热流固耦合下油膜压力、弹性变形与油膜温度分布的数值解,并运用MATLAB得到油膜压力、弹性变形、油膜温度分布云图;分析配流副参数对油膜承载力、摩擦力、摩擦转矩和摩擦因数的影响。结果表明：缸体倾斜角度和初始油膜厚度对油膜承载力的影响较大,增大缸体倾斜角度和减小初始油膜厚度,可提高油膜承载能力;减小润滑油黏度、增大初始油膜厚度能有效降低润滑摩擦过程中的摩擦力和摩擦因数。     

方向性微孔对润滑状态转化的影响

基于平均流量模型和微凸体接触模型,研究混合润滑状态下织构表面的摩擦特性,通过数值求解得到Stribeck曲线,分析法向载荷、润滑油黏度、表面粗糙度、方向因子和倾斜角对摩擦因数及名义摩擦副间隙等摩擦性能参数的影响规律。结果表明：混合润滑条件下,随着载荷的减小或润滑油黏度的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,混合润滑转变为流体润滑时的临界转速降低;随着表面粗糙度的增大,摩擦因数和名义摩擦副间隙均增大,临界转速升高;随着倾斜角的减小或方向因子的增大,摩擦因数减小,名义摩擦副间隙增大,并且倾斜角越小,临界转速越低。     

平面弹性机构间隙效应控制研究

弹性机构铰接副处过大间隙的存在加速了杆件的疲劳与磨损 ,严重地影响了机器的动态特性机构。本文在含间隙弹性平面连杆机构的二阶段动力学模型中 ,引入挤压油膜阻尼器被动控制技术 ,通过算例 ,对比分析了间隙铰及挤压油膜铰机构中弹性杆件变形的稳态响应。结果表明 ,挤压油膜阻尼器可以有效地控制含间隙弹性机构中过大的弹性变形 ,改善机构的稳定性能     

基于纵向粗糙纹理的高副接触机械零件的润滑特性探究

首先对表面粗糙纹理呈纵向分布的圆盘试件进行了实测,获得了粗糙度数据;接着,运用傅里叶非线性变换得到了表面粗糙度函数;然后,将此函数叠加到油膜厚度方程中建立了高副接触机械零件的混合弹流润滑模型。基于此模型,通过改变润滑剂黏度先后进行了45组数值计算。结果表明:纵向纹理粗糙表面的平均油膜厚度始终小于光滑表面接触时的膜厚值,但当油膜比厚大于一定值后,二者逐渐趋于一致;随着润滑剂黏度的增大,粗糙表面接触应力逐渐降低,但始终大于光滑表面接触应力;然而,无论是粗糙表面还是光滑表面接触,其接触应力均小于赫兹应力。这也再次表明,合理润滑可有效提高机械零件的接触疲劳寿命。     

滚动直线导轨的弹流润滑数值分析

为研究滚动直线导轨的润滑性能,对LG-45型滚动直线导轨进行了运动分析,建立了导轨副的弹流润滑模型,并对其润滑性能进行了研究,分析了不同接触角、滚珠直径、曲率比、润滑油参数下的油膜厚度,同时讨论了滚珠直径、接触角对导轨副润滑状态的影响。结果表明,在接触角增大时,油膜厚度减小;在滚珠直径增大时,油膜厚度增大;在曲率比增大时,油膜厚度增大,但增加的趋势减小;在相同工况下,润滑油黏度和黏压系数较大时,膜厚较大。在文中研究工况条件下,滚珠直径和接触角变化时不会改变导轨副的润滑状态。     

供油条件对线接触热混合润滑性能的影响

为提高齿轮、圆柱滚子轴承等线接触副零件的润滑性能,有必要研究供油条件对其混合润滑特性的影响。基于平均流量模型,建立考虑供油条件的线接触非牛顿热混合润滑模型。将入口供油量作为控制乏油程度的参数,同时考虑膜厚比(最小膜厚与粗糙度的比值)与粗糙峰接触载荷比(粗糙峰接触载荷与总载荷的比值)来判断润滑状态,研究供油量、速度、接触副材料和环境黏度对混合润滑性能的影响。结果表明：随着供油量的增加,膜厚比增加,粗糙峰接触载荷比减小,最小膜厚与中心膜厚逐渐增大,平均摩擦因数逐渐减小,油膜最高温度逐渐增加,但最终都趋于稳定值;对于3种不同接触副(钢-钢、钢-Si₃N₄和Si₃N₄-Si₃N₄),钢-钢接触副的总压力与油膜温度最低,Si₃N₄-Si₃N₄接触副的总压力与油膜温度最高;在充分供油时,Si₃N₄-Si₃N_...     

自旋对角接触球轴承弹流润滑与油膜刚度的影响

根据角接触球轴承自旋运动特征,同时考虑弹流润滑效应,建立角接触球轴承考虑自旋运动的弹流润滑模型;采用多重网格法求解弹性变形,利用有限差分法迭代求解雷诺方程,得到较为精确的数值解;分析不同赫兹接触压力、滚道表面粗糙度下自旋对角接触球轴承弹流润滑和油膜刚度的影响。结果表明：考虑自旋时随着Hertz接触压力、自旋角速度增大,油膜厚度减小,油膜压力增大,油膜承压区域呈细长状,并向接触中心靠近;随着滚道表面粗糙度幅值增大,油膜压力和膜厚均出现了波动,且考虑自旋运动时,轴承油膜厚度明显减小,油膜局部压力峰值更大;随着卷吸速度、润滑油黏度增大,油膜刚度减小,而考虑自旋运动时油膜刚度值更大;随着自旋角速度增大,油膜刚度逐渐增大。     

柱销式叶片泵配流副功率损失和最佳轴向间隙研究

根据柱销式叶片泵配流副几何特征和运动特性,从油液泄漏和黏性摩擦两个方面分析,建立了柱销式叶片泵配流副功率损失计算模型。在泵结构参数和工况参数一定情况下,通过最小功率损失计算,得到配流副最佳油膜厚度计算公式,并结合实际加工可操作性给出配流副最佳轴向间隙选择方法。分析了变工况下动力黏度、负载压力和转速对最佳油膜厚度的影响,发现低压时油液动力黏度对最佳油膜厚度分布影响最为明显。研究结论对柱销式叶片泵配流副轴向间隙尺寸设计有一定指导意义。     

考虑弹流润滑效应的三点接触球轴承刚度特性分析

为获得润滑状态下三点接触球轴承更为准确的刚度特性,应考虑弹流润滑效应对轴承刚度的影响。文中基于拟静力学模型考虑高速离心力和陀螺力矩效应,根据给定轴承的结构参数和工况,计算滚动体与内外圈的法向接触载荷和各部件的运动速度。将拟静力学模型的计算结果和润滑介质参数代入弹流润滑模型,求解出滚动体与内外圈之间的压力分布和油膜厚度分布。进一步研究了转速、轴向载荷和润滑油的初始黏度对油膜压力和最小油膜厚度的影响。基于弹流润滑理论分析了转速和轴向载荷对轴承接触刚度、油膜刚度及综合刚度的影响。结果表明：转速的提高会大幅增加润滑油膜的整体厚度;润滑油初始黏度的增大会增加油膜厚度;随着轴承转速的提高,轴承的整体轴向刚度和轴向油膜刚度减小;随着轴向载荷的增大,轴承轴向刚度和轴向油膜刚度增大,且差值变化不大。     

考虑球面副润滑间隙的空间并联机构动力学建模与响应分析

为了分析含球面副润滑间隙的空间并联机构动力学响应特性,以2RPS-SPR(R转动副,P移动副,S球面副)空间并联机构为研究对象,结合Reynolds方程和Gümbel边界条件,建立了含多个球面副润滑间隙的空间并联机构动力学模型,对比分析了含润滑间隙、不考虑间隙的理想情况和含干摩擦间隙的机构动力响应特性,以及分析了不同动力粘度、不同间隙值对润滑状况下的机构动力学响应的影响。结果表明,润滑间隙相比于干摩擦间隙能有效改善并联机构的动力特性,且随着润滑油动力粘度的增大以及间隙值的减小,机构运行状况越好。该研究为含球面副润滑间隙并联机构动力学响应特性分析提供了理论方法,为指导实际生产提供了理论依据。     

柴油机曲轴润滑与弯曲振动耦合影响研究

为研究柴油机强化过程中曲轴的弯曲振动和润滑性能的耦合关系,基于曲轴动力学和润滑理论,考虑曲轴和轴承座的弹性变形,建立某型12缸柴油机曲轴计算模型,分析主轴颈弯曲振动和最小油膜厚度间的耦合关系,并研究轴承宽度、半径间隙和润滑油黏度对两者的影响。结果表明:最小油膜厚度与弯曲振动变化趋势相反,两者存在耦合关系,同时油膜能够对振动起到一定的缓冲作用;在研究范围内,最小油膜厚度随主轴承宽度和润滑油黏度的增加而增加,弯曲振动随之减小;半径间隙对润滑和振动的影响较大,适当增大间隙值,最小油膜厚度增加,过大的间隙值加大轴颈的振动冲击,降低最小油膜厚度。该结果对柴油机强化设计过程中曲轴的润滑与振动预测和控制提供了参考。     

含间隙转动副冗余约束机构的动力学特性

运动副间隙将引起机构运动精度降低,产生振动与噪声,甚至导致机构失效。基于单个平面间隙全文的存在将导致系统增加两个自由度,对含间隙冗余约束平行四边形机构实际自由度进行分析,采用间隙铰接触碰撞模型和拉格朗日方法建立该机构动力学模型,分析了间隙值和间隙位置对机构动力学特性的影响规律。结果表明,随着转动副间隙值的增加,机构运动精度降低,同时平衡力矩的冲击特征减弱;不同位置的转动副两元素接触频率存在差异,因此间隙位置对机构振动存在影响。通过研究含间隙转动副冗余约束机构动力学特性,可以为机构运动副元素尺寸设计及加工过程提供理论指导。     

三叉杆滑移式万向联轴器油膜刚度的分析

基于等温线接触弹流润滑理论,在考虑表面粗糙度的同时,建立三叉杆滑移式万向联轴器的油膜刚度计算模型,分析载荷、润滑油卷吸速度及黏度、表面粗糙度波长及幅值对润滑油膜刚度的影响。结果表明：润滑油膜刚度随着载荷及黏度的增大而增大,随着卷吸速度的增大而减小;相比较于载荷和卷吸速度,黏度对油膜刚度的影响相对较小。在远离接触区中心位置,油膜刚度变换幅度较小,在中心位置附近变换幅度最大。随着表面粗糙度波长与幅值的增大,油膜刚度呈非线性变化,且油膜刚度的振荡频率及幅度变小,油膜刚度的最大峰值靠近接触区中心。