锥齿行星齿轮传动模态特性分析

根据相对质心的动量矩定理,建立了锥齿行星齿轮传动的多维动力学模型,采用归纳方法研究了模态特性.结果表明:该传动系统的模态可归结为4种典型振动模式,即:轴向平移—扭转、径向平移—扭摆、行星轮及轴向平移振动模式.在轴向平移-扭转振动模式下,中心构件呈现沿轴线方向的平移振动及绕该轴的扭转振动;在径向平移—扭摆振动模式下,中心构件呈现沿径向的平移振动及绕该方向的扭摆振动;在行星轮振动模式下,中心构件均不振动,仅行星轮在振动;在轴向平移振动模式下,中心构件仅呈现沿轴线方向的平移振动,其他方向不存在振动.与上述4种典型振动模式对应的固有频率的重数分别为1,2,N-3及N-2.该研究为锥齿行星传动的动态特性优化奠定了理论基础.     

盾构刀盘驱动三级行星齿轮系统固有特性及灵敏度分析

建立了三级行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合动力学模型,模型考虑了时变啮合刚度、各级中行星轮位置相角的时变性、啮合综合误差、阻尼等影响因素。基于特征值问题求解了系统结构的固有频率和振型,并将其系统振动模式归为三类：扭转耦合振动模式、平移耦合振动模式、行星轮振动模式。研究了不同振动模式下固有频率对系统参数的灵敏度。研究结果表明,在一些系统参数敏感点处,参数的微小变化不仅导致固有频率灵敏度、模态能量的大幅变化,也将引起能量在各级间发生转移,使得振动特性剧烈变化。     

锥齿行星齿轮传动相位调谐研究

根据锥齿行星齿轮传动的结构和受力的对称性,采用解析方法研究了啮合相位对振动特性的影响,揭示了中心轮齿数和行星轮个数与中心构件的受力及振动特性之间的关系,归纳出3种典型振动模式:轴向平移-扭转、径向平移-扭摆和受力平衡模式。在轴向平移-扭转振动模式下,中心构件呈现轴向平移和绕该轴的扭转振动;在径向平移-扭摆振动模式下,中心构件呈现沿径向的平移和绕该方向的扭摆振动;在受力平衡模式下,中心构件均不振动。数值计算及文献对比证明了解析预测的正确性及其在减振方面的有效性。     

双联3K型行星齿轮系统固有特性分析

为研究双联3K行星齿轮系统固有特性,根据系统各构件间的相对位移,考虑啮合刚度和支承刚度的影响,采用集中参数法建立其平移-扭转耦合动力学模型。运用MATLAB中eig函数求解动力学方程,得到系统的固有频率和振动模式,研究刚度和行星轮个数对系统固有特性的影响。结果表明:系统具有3种振动模式,中心构件扭转振动模式、中心构件平移振动模式及行星轮振动模式;3种振动模式下的固有频率个数与行星轮个数无关;2 000 Hz以内的中心构件平移振动模式的固有频率受行星轮个数的影响显著;系统低阶固有频率受支承刚度影响大于啮合刚度,且2 000 Hz以内的低阶固有频率受第一级齿圈支承刚度影响较大。研究结果为双联3K行星齿轮系统的动态特性优化设计提供了理论依据。     

斜齿行星传动多体动力学建模与分析

建立了斜齿行星传动的多体动力学模型,对其进行了动态特性仿真,获知了该类系统的自由振动特性、稳态动力响应以及部分设计参数对系统动态特性的影响规律。根据系统特征值的重根数、中心构件的振型坐标及各行星轮间振型坐标的比例,将斜齿行星轮系的自由振动归结为3类典型振动模式,即：轴向平移—扭转振动模式、径向平移—扭摆振动模式和行星轮振动模式,并进一步给出了各类模式的特点。当不考虑构件自身柔性时,基于多体动力学模型的自由振动特性与前人的集中参数模型的仿真结果完全一致,表明了本文所建模型的正确性。斜齿行星轮系的稳态动力学响应表明,内、外啮合力在一个啮合周期内围绕静态均值作较大幅度的波动,而啮频激励是引起该类系统振动的主要原因。参数影响分析表明,构件支承刚度和行星轮周向安装误差对系统动态特性的影响明显,浮动太阳轮、严控行星轮周向安装误差可有效抑制系统的振动。     

行星传动系统的固有特性及模态跃迁研究

建立了单级2K-H直齿行星传动的纯扭转集中参数动力学模型。研究了行星传动的固有特性,归纳出两种振动模式:行星轮振动模式和扭转振动模式,并研究了两种振动模式下行星传动的振动特征。通过求解子特征值问题得到了解析形式的固有频率表达式,并推导了固有频率对构件的支承刚度、质量、转动惯量以及齿轮啮合刚度等参数的敏感度解析式。从模态能量角度深入分析了模态跃迁现象对传动特性的影响,并给出了此现象发生的判别准则。仿真算例证明了所得结论的正确性。     

安装误差对变刚度系数的复合行星轮系均载特性的影响分析

以复合行星齿轮传动系统为对象,采用集中参数法,建立多自由度平移-扭转耦合非线性动力学模型。该模型在综合考虑轴承支承刚度、时变啮合刚度、齿侧间隙和齿轮安装误差的基础上,研究安装误差位置及其相位角对系统均载特性的影响。研究结果表明:中心构件的安装误差对系统产生均等的周期性影响,行星轮的安装误差会导致行星轮出现持续偏载或者均载现象;中心构件安装误差的相位角对系统均载系数没有影响,而行星轮安装误差的相位角对系统有影响,且沿切向分布时,影响最大。     

行星齿轮箱齿轮组合故障振动频谱特征

行星齿轮箱的局部故障容易发展成为组合故障,复合故障频谱特征与局部故障有明显区别。研究太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、行星轮与齿圈等组合故障频谱结构对行星齿轮箱故障诊断具有重要意义。考虑组合故障对振动信号的调幅-调频作用,以及时变振动传递路径的调幅作用,建立了组合故障振动信号模型,推导了Fourier频谱公式,总结了组合故障的频谱特征规律。推导了太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、齿圈与行星轮两两组合故障以及太阳轮、行星轮与齿圈三种齿轮同时故障的特征频率计算公式。通过行星齿轮箱实验信号分析验证了理论推导结果,基于Fourier频谱分析诊断了太阳轮与齿圈、太阳轮与行星轮、齿圈与行星轮组合故障。     

基于声发射衰减特性的故障行星轮定位研究

行星齿轮箱是风力机传动装置的重要组成部分,行星轮在低速重载、既自转又公转的复杂环境下容易诱发故障,其故障诊断特别是故障行星轮定位一直是研究重点和难点。建立了行星轮齿轮箱实验装置,模拟了行星轮故障,并利用声发射信号进行故障行星轮定位。实验研究了声发射信号在齿轮内部、齿轮与齿轮之间的传播特性,利用信号的幅值衰减特性简化了故障定位模型。利用信号幅度随信号传播距离增加而呈指数衰减的关系,建立了故障源定位方程组,从而获得故障齿的啮合位置,进一步确定故障行星轮的位置。实验结果表明:利用声发射信号的幅值衰减特性能够较为精确的确定故障行星轮的位置。     

两级行星齿轮传动非线性啮合力频率耦合与动态特性研究

利用拉格朗日方程推导了两级行星齿轮传动的平移-扭转非线性振动模型,模型考虑了齿侧间隙、时变啮合刚度及其相位差、综合啮合误差、行星轮位置角时变性以及各行星排级间连接件的弯曲和扭转刚度。从行星排级间连接轴的力与变形耦合关系出发,研究了两个行星排啮合力产生的啮合频率耦合现象。通过数值仿真对不同激励条件下啮合频率耦合的表现形式进行了研究,对不同行星排的动载系数、均载系数、连接轴转矩的动态特性进行了分析,为多级行星齿轮传动系统动力学分析与设计提供指导。     

防振锤非线性阻抗的实验研究及参数识别

防振锤被广泛用于减轻架空输电线微风振动,阻抗是评价其减振性能的重要指标。针对防振锤所具有的非线性特性,设计了一套利用正弦扫频测试阻抗的方案,通过测量防振锤在不同的激振速度下的阻抗谱,识别防振锤在不同振动速度下的的固有频率和阻抗,并计算出每一阶固有频率所对应的阻尼比。分析了振动速度对防振锤振动参数的影响。最后,通过对比防振锤阻抗谱的实验结果和计算结果,指出了现有防振锤线性力学模型的局限性。     

推进轴系纵向振动引起的艇体声振特性分析

螺旋桨在艇体艉部不均匀伴流场中旋转产生的脉动推力激励起推进轴系纵向振动,振动经推力轴承基座传递至艇体,引起艇体水下低频辐射噪声。通过建立推进轴系、推力轴承基座和艇体耦合结构模型,分析推进轴系─艇体的耦合振动模态,结果显示,艇体弹性支撑边界条件对推进轴系的纵向振动特性有一定影响。采用基于模态叠加法的有限元结合边界元方法分析推进轴系纵向振动激励下的艇体水下辐射声场,分析表明,艇体第1阶纵向振动模态是参与艇体水下声辐射的主模态。进一步在推力轴承及其基座间安装动力吸振器以减小推进轴系纵向振动向艇体的传递,使艇体水下辐射噪声得到一定程度上的控制。     

双变激振超细振动磨电机驱动转速多工况组合优选研究

针对恒速振动电机振动磨在超细粉碎过程中易出现物料团聚而引起颗粒细化难度增大、超微粉碎发展受限的情况,提出振动电机转速、激振偏心块矢径随时间变化的双变激振方式,结合Adams仿真及样机试验对电机转速变化曲线进行优化,从而实现了对高振强特性超微粉碎激励方法的研究。通过模拟分析振动磨机不同转速工况下的运动响应特性、振强变化规律,对电机转速最佳变化范围和组合效应进行研究,以平均粒径为10μm的金刚石粉末为研磨对象进行120 h新型振动磨机的碎磨试验,从而验证了组合优选所得到的电机转速变化曲线能够使得颗粒进一步细化。     

矩形悬壁板自由振动精确解法

本文提出矩形薄板振动主振方向的概念。根据振形正交性的思想,在主振方向上矩形板振动波形是唯一的,由此建立了符合矩形悬臂板边界条件所激发出的振动曲线形态的振形函数表达式,并推导出矩形板的频率方程及相应的振形曲线。计算表明,这种方法符合板实际振动的规律性。     

转子在线主动平衡技术发展现状与研究展望

转子动平衡伴随旋转机械的诞生而出现,是一种旋转机械常用的振动控制手段。纵观其技术发展,转子动平衡经历了机上平衡、现场停机平衡和在线不停机平衡等主要阶段,目前处于三者共存状态。以机床电主轴应用为例,转子在线主动平衡通过传感检测、驱动控制和平衡机构组成闭环系统,实现对运行中转子智能平衡。通过总结现有文献,认为转子在线主动平衡核心技术包括平衡装置、失衡检测和平衡控制三个方面,机械、液压和基于电磁原理的平衡装置是目前主流平衡执行机构,基于信号的特征提取和基于数据的智能识别是目前失衡检测两条主要思路,基于影响系数在线估计的频域和时域平衡是目前关注最多的平衡方法,其中电磁平衡装置和时域平衡方法仍需进一步深入研究。总体而言,转子在线主动平衡技术在精密机床、过程机械和军工装备等领域已取得诸多研究成果,但鉴于其技术复杂性在实际应用中仍存在诸多难题亟待解决。展望转子在线主动平衡技术未来发展方向和研究课题,可为从事转子动平衡技术研究的国内外同行提供有益参考。     

柔性悬臂梁振动主动控制实验研究

以压电陶瓷为作动器，并采用独立模态控制法，对冲击载荷作用下的大柔度悬臂梁前三阶模态进行了振动主动控制研究。实验结果表明，使用独立模态控制方法，能有效地抑制悬臂梁的振动，控制效果非常明显。采用模态滤波和相移控制器进行模态分离和相位调节，可获得最大结构阻尼，取得良好的动态控制效果。     

渤海JZ9-3WHPB平台冰激振动测量与分析

为掌握JZ9-3WHPB平台的动力特性,根据该平台结构特点设计安装了具有远程控制功能的平台冰激振动监测系统,对振动信号实施实时监测和记录。利用短时傅里叶变换对振动信号进行分析,研究结构振动时变特征和模态频率特征。通过比较上下甲板振动信号的相位关系以及信号的滤波处理,分析所测得振动模态的振型特点。在对振动最大值、振动持续时间以及平台水域潮流潮位进行统计分析的基础上,结合平台结构设计,分析了平台的抗冰设计缺陷,给出了防冰建议。     

基于解析模式分解的密集工作模态参数识别

长大跨度的桥梁结构或者高层建筑的工作环境振动响应中经常包含密集的模态成分,并会出现模态叠混现象,而传统的信号分析方法往往难以识别结构的密集模态参数。提出一种基于解析模式分解理论与随机减量技术相结合的方法识别环境激励下的结构密集模态参数。对于工作环境激励下的结构振动响应,通过随机减量技术可以提取结构的自由振动响应,利用解析模式分解方法对具有密集模态的自由振动响应进行有效的分解,对每一阶自由振动响应利用最小二乘拟合方法识别出频率与阻尼比。通过两层框架的数值模拟以及对密集频率的密集程度指数和信号时程长度等参数分析,其结果表明通过随机减量技术提取的自由振动响应可以有效的减少模态叠混的影响,虽然提取的自由振动响应的时程长度比实际的信号时程要短,然而解析模式分解仍然能够十分有效的对短时程具有密集模态成分的信号进行有效的分解。最后,通过对一具有密集模态的36层框架的数值模拟,以及对一具有密集模态的3层框架的振动台实验,验证该方法可以有效的识别出环境激励下的结构密集模态参数。     

水下航行体垂向弯曲振动声辐射特性

垂向弯曲振动是水下航行体总振动的常见模式,控制弯曲振动是水下航行体设计中重要的一环。考虑声-结构耦合,基于FEM/BEM理论建立航行体弯曲振动声辐射分析的基本方程,计算水下航行体垂向弯曲振动固有频率和振动响应,研究弯曲振动引起的辐射声场特性;并以振动评价基准中的速度限制线作为激励,讨论航行体弯曲振动声辐射。结果表明：航行体垂向弯曲振动会产生较大的辐射噪声,1阶和2阶振动对总振动引起的辐射噪声贡献较大;欲降低低频线谱,须降低振动响应幅值;在结构振动控制设计中,不仅要从结构振动烈度的角度控制弯曲振动响应幅值,还应考虑结构声学性能,从控制弯曲振动引起的声辐射角度出发,补充提出设计指标。     

悬索桥纵向和竖向耦合自振研究

悬索桥的振动性状中呈现纵飘振动与竖向反对称低阶振动相互耦合的特点。基于挠度理论和能量原理,研究了耦合自振的频率计算方法。首先把加劲梁的单纯纵飘看作单摆振动,得出其等代摆长和振动频率。再结合主缆的竖向反对称低阶振型下的纵向位移特点,建立考虑主缆纵向位移影响的加劲梁纵飘振动的简化计算模型,获得其势能增量的简单表达式。由哈密顿原理,推演了耦合振动频率的计算方法。通过5 座桥梁实例验证,利用该文公式获得的耦合频率和振型形状判定与有限元计算结果吻合良好,表明该文提出的计算方法实用可靠。