含张紧轮和单向离合器的轮-带系统稳态响应

研究含有单向离合器以及张紧轮的轮-带传动系统的稳定稳态周期响应。建立含有单向离合装置的,由主、从动轮、张紧轮、张紧器以及多楔带组成的三轮-带动力学模型。该模型中,滑轮和附件轴间通过单向离合器传递扭矩。考虑带的轴向弹性刚度以及各轮轴处阻尼的作用,建立三轮耦合、分段连续的控制方程。采用谐波平衡法分析轮-带系统在简谐激励下的耦合非线性振动的稳定稳态响应。通过比较有无单向离合装置的系统稳定稳态幅频响应曲线,研究单向离合装置对轮-带传动系统非线性动态特性的影响。并运用Runge-Kutta方法直接数值求解系统的时间历程,进而对比验证基于谐波平衡法得到的稳态响应分析结果。     

多楔带传动系统从动轮-带滑移率的实测与优化控制

以两轮、一张紧器和一多楔带组成的典型的三带轮为研究对象,测试了该传动系统中从动轮的滑移率。建立了从动轮滑移率计算的数学模型,并进行了计算分析。从动轮滑移率的计算值与实测值吻合较好,验证了从动轮滑移率计算模型的正确性。以多楔带的线密度和带-轮间摩擦系数为变量,滑移率最小为目标,对带-轮滑移特性进行优化。计算结果表明,文中建立的控制从动轮滑移率优化方法是有效的。文中的实验方法和计算方法对多楔带传动系统(如发动机前端附件驱动系统)带与轮之间的滑移控制的设计具有参考价值。     

单根多楔带传动系统带横向振动的计算方法

以一典型的由驱动轮、从动轮、张紧器和多楔带组成的三轮-带传动系统为研究对象,建立了三轮-带传动系统轮-带耦合振动计算的数学模型。模型中,带简化为纵向运动伯努利-欧拉梁,各轮和张紧器简化为刚性旋转元件。应用边界值问题(BVP)求解技术计算了带横向位移的稳态解;带的横向振动位移为时间与空间的函数,为求解方便,应用迦辽金法将其离散为时间函数和空间函数之积,计算了各带的横向振动。实验测试了一三轮-带传动系统中带的横向振动和轮的旋转振动。论文对计算结果与实测结果进行了对比,结果表明,计算值与实测值吻合较好,从而验证了模型和论文计算方法。文中计算带横向振动的方法,对计算发动机前段附件驱动系统等复杂的多楔带传动系统动态特性具有参考价值。     

基于振动控制的多楔带附件驱动系统优化

建立了考虑带弯曲刚度的多楔带附件驱动(Serpentine Belt Accessory Drive,SBAD)系统梁耦合振动模型。以某三带轮SBAD系统为对象,计算分析带拉伸刚度、弯曲刚度、带线密度对带段横向振动、带动张力和张紧臂摆角等振动性能的影响;以上述振动性能构建目标函数,以带拉伸刚度、张紧器弹簧刚度和张紧臂长为设计变量对SBAD系统进行优化;最后在以上优化结果的基础上,通过降低带弯曲刚度,进一步改进SBAD系统的振动特性。     

多楔带附件驱动系统旋转振动方程的通程式方法

建立了单根多楔带附件驱动系统的旋转振动方程的通程化方法,以适用于不同布置形式的单根多楔带附件驱动系统的旋转振动特性计算。在此基础上,开发了一个单根多楔带附件驱动系统旋转振动特性的计算程序,并利用该程序对两个不同布置形式的多楔带附件驱动系统的旋转振动特性进行了计算。计算得到了这两个不同布置形式的多楔带附件驱动系统的固有频率、带的稳态张力、轮和张紧臂的角度波动、带段的动态张力和最大轮毂载荷等。将部分计算值和实测值进行对比,验证了本文所建立的通程式方法的可行性。     

单根多楔带附件驱动系统中各带段横向振动固有频率计算方法的研究

将单根多楔带附件驱动系统中相邻两轮之间的带段简化成纵向运动梁,推导了纵向运动带(梁)横向振动固有频率的计算方程。以一典型的三轮(主动轮、从动轮和张紧轮)-带附件驱动系统为例,分别运用轮-(梁)带耦合模型(将带简化为梁)和单根纵向运动梁(带)模型,计算分析了附件驱动系统中各带段的横向振动频率。结果表明,当带的弯曲刚度较小和带速较低时,可以利用单根纵向运动梁(带)模型计算得到带的横向振动固有频率。该文的计算方法和结论,为单根多楔带附件驱动系统中带横向振动固有频率的计算分析提供了分析模型和计算方法。     

附件驱动系统中自动张紧器的动态特性实测与建模分析

介绍了发动机前端附件驱动(Front End Accessory Drive,FEAD)系统中自动张紧器动态特性的实验测试方法和评价参数。测试和分析了预载扭矩、激振频率和激振振幅对张紧器动刚度和滞后角的影响。基于张紧器的预载扭矩、弹簧刚度、阻尼系数和张紧臂转动惯量四个参数,建立了表征张紧器扭矩-角位移关系的迟滞回线模型;采用最小二乘方法识别出张紧器迟滞回线模型的模型参数。对比张紧器动态特性的实测值和计算值,结果表明张紧器迟滞回线模型的建模方法是正确性。由张紧器扭矩-角位移关系曲线换算出张紧器的动刚度和等效粘性阻尼,建立了FEAD系统中张紧臂的旋转振动方程。FEAD系统旋转振动响应幅值的计算值和实验值吻合较好,这说明表征张紧器扭矩-角位移关系的迟滞回线模型,能为FEAD系统旋转振动的计算提供模型参考。     

多楔带传动系统振动建模及带段横向振动控制的研究

单根多楔带驱动附属设备被广泛应用到汽车工业中,这种驱动方式的显著特点是装有自动弥补带中张力波动的张紧器.文中利用Hamilton原理建立多楔带传动系统的梁耦合振动模型;研究稳定状态下,张紧器设计参数对各带段横向变形的影响;以稳定状态下带段的最大横向变形最小和张紧器有效性系数最大为目标,通过优化张紧器设计参数,实现对带段横向振动的控制.计算结果表明,通过对张紧器设计参数的优化,各带段的横向振动变形显著降低,系统中的旋转振动和横向振动间的相互影响减弱.文中建立的多楔带传动系统振动模型、带段横向振动控制方法及相关求解技术可用于带传动系统和张紧器的设计与优化.     

带挠性附件卫星转动惯量的在轨辨识

针对大型卫星的挠性附件振动会影响质量特性参数辨识精度和准确性的问题,提出了带挠性附件卫星转动惯量参数在轨辨识的递推算法。基于带挠性附件卫星动力学模型,导出了转动惯量参数辨识的最小二乘描述形式;与挠性附件振动模态估计的卡尔曼滤波算法相结合,提出了一种适用于带挠性附件卫星转动惯量参数辨识的并发递推算法。通过仿真算例验证了卫星挠性附件振动对转动惯量参数辨识的影响和文中递推算法的有效性。     

多楔带传动系统带横向振动的计算及图像分析

为了全面地分析多楔带的横向振动问题,以多楔带传动系统为研究对象,将带段简化成轴向运动粘弹性弦。首先建立带横向振动计算的数学模型,应用Galerkin法将带的时间-空间连续方程离散成为时间和空间函数之积,计算多楔带的横向振动。然后用图像处理的方法对多楔带横向振动参数和轮-带滑移率进行实测分析。将振动模型轴向运动弦线的计算值与图像分析值进行对比,结果表明,当带速较低时,计算值和实验值吻合较好,该计算方法和实验方法对多楔带前端附件系统带横向振动的研究分析具有参考价值。     

一类平带驱动系统非线性振动的幅频特性

采用解析和数值方法得到了一类平带驱动系统非线性振动的幅频特性。考虑由主动轮、从动轮、张紧轮和张紧臂构成的平带驱动系统基本力学模型,建立了系统的振动方程。推广平均法的基本思想到多自由度系统,导出了平均化方程,进而可得到了系统响应的幅频特性。针对具体算例,通过用数值方法直接积分系统振动方程,得到了系统的幅频特性。解析结果与数值结果定性一致,但也存在定量方面的误差。     

轮带系统横向振动变结构控制方法

针对由主从动轮、作动器及皮带构成的典型轮带系统模型,皮带横向振动与主、从动轮及作动器振动相耦合,其横向位移受主、从动轮及作动器影响,给出皮带在谐波激励下横向振动位移精确表达式,利用变结构理论,采用指数趋近律设计出有效控制力以控制张紧臂方向,从而抑制皮带横向振动。在初始条件和与激励作用下,利用Matlab进行数值仿真。结果表明：在谐波激励下,皮带横向振动位移得到有效抑制,验证控制力的有效性。     

基于传动系扭振分析的整车噪声研究与性能优化

以某四驱皮卡车的传动系作为研究对象,通过对该传动系进行理论分析、仿真计算以及试验验证这三方面的研究,得到了该传动系统准确的扭转动态特性。将仿真结果与工程实际经验相结合,明确了整车传动系导致轰鸣声以及齿轮敲击声这两个问题的改进方向。最后,通过调整离合器刚度同时增加传动轴动力吸振器的方法,通过试验验证,证明所采用的优化方法有效。     

游梁式抽油机皮带传动效率的仿真模型

针对游梁式抽油机电动机转速存在波动、皮带传动负载扭矩波动大、皮带纵向弹性变形交变的特点,将皮带简化为无质量的具有抗拉刚度的弹簧,并综合考虑电动机转速波动、皮带与带轮之间滑动摩擦力、皮带传动瞬时负载扭矩对带轮滑动角以及等效弹簧刚度的影响,建立了游梁式抽油机皮带传动装置的动力学仿真模型。根据主从动轮瞬时转速、电动机瞬时输出扭矩的仿真结果,建立了游梁式抽油机皮带瞬时传动效率的仿真模型。仿真结果表明:1)电动机转速存在波动,皮带的纵向交变弹性变形加剧了电动机转速的高频波动;2)从动轮与主动轮之间存在转差损失,降低了皮带传动效率;3)系统达到稳定状态后,皮带传动效率呈周期性变化,皮带传动效率的变化幅度取决于负载扭矩特性。皮带平均传动效率随负载扭矩幅值的增加而降低、随扭矩平衡度的降低而降低;4)游梁式抽油机皮带的平均传动效率一般低于90%。当负载扭矩幅值较大,且扭矩平衡度较低时,皮带的平均传动效率会低于85%。     

基于悬架运动模型的传动轴空间动态运动分析和优化

为提高传动轴空间布置的合理性和适应性, 优化设计需要结合悬架的空间运动特性.从板簧汽车实际行驶的动态工况出发,对汽车板簧进行了运动学分析,建立基于悬架空间运动模型的传动轴运动模型,并提出了传动轴动态空间的优化目标,利用线性加权的方法,将多目标优化问题转化为单目标优化问题,选择小种群遗传算法作为优化算法.实例计算得到了平均当量夹角更小的传动布置方案,有效减小了振动和噪声.优化结果表明：基于板簧运动的传动轴空间动态设计,比传统的单一载荷下的优化设计更为合理,优化效率更高,并且优化结果的适应性更好.     

Cause of failure and optimization of a V-belt pulley considering fatigue life uncertainty in automotive applications

High accuracy of dimensions and strength in design requirements are required to produce reliable automotive components with consistent strength distribution. For example, a V-belt pulley is widely used to transmit power between rotational mechanical elements. However, due to defects from the manufacturing process and heterogeneity of materials, different kinds of failure damage may occur in pulleys of identical shape and material. Common applications in the automotive industry include crankshafts, water pumps, air-conditioner compressors and power steering pumps. Although the shape and the usage of pulleys are very simple, evaluating the pulley design is difficult because the loading conditions and installation environment are complicated. This paper focuses on the clutch pulley in the A/C compressor system of automotives and cause of failure was investigated. The applied stress distribution of the pulley under high-tension and torque was obtained by using finite element analysis (FEA) and based on theses results, the life of the pulley with variation in fatigue strength was estimated with a durability analysis simulator. The results for failure probabilities of 50% and 1% were compared with the fatigue life. Incidentally, the purpose of this study was to optimize the fatigue life of vehicle components from the stochastic point of view. The fatigue life was obtained by an approximation function, and the optimum design was verified by fatigue tests considering durability and validity. The design optimization of a V-belt pulley was performed using an approximation function, which improved the fatigue life. A new shape optimization procedure was presented to improve the fatigue life of the pulley in automotive applications and the shape control concept was introduced to reduce the shape design variables. Design of experiment (DOE) was employed to evaluate the design sensitivity of fatigue life with respect to shape design variables.