机床进给系统滚珠丝杠轴向非线性振动分析

将机床进给系统滚珠丝杠简化为Timoshenko梁,对滚珠丝杠进行受力分析,建立滚珠丝杠的运动微分方程。采用假设模态法,对运动微分方程进行化简,得到丝杠轴向振动方程,轴向振动方程满足Duffing方程形式,轴向振动具有非线性特征。利用MATLAB对Duffing方程进行数值仿真,研究丝杠长度、激振力和阻尼系数对振动的影响,得到轴向振动的相轨迹图和截面,分析轴向振动的稳定性和周期性。相图极限环封闭,轴向振动具有两个中心型奇点分布在原点两侧,奇点对振动具有吸引作用,使系统轴向振动在奇点附近达到稳定状态,Poincare截面显示轴向振动出现混沌运动、拟周期运动或周期运动,奇点位置随振动系统参数变化,但分布情况不变化。周期性随着激振频率和阻尼系数的增大而增强。试验验证了机床滚珠丝杠进给系统轴向振动存在混沌运动。为滚珠丝杠进给系统的动态特性分析和结构参数优化提供了一定的理论基础。     

两自由度轧机辊系参激刚度非线性振动特性研究

考虑轧机辊系间的参激刚度以及轧制过程中辊系受到的动态轧制力,建立了两自由度轧机辊系参激刚度振动模型。运用多尺度法求解给出了系统1/2亚谐共振和内共振的幅频方程,以某冷轧机实际轧制参数为例,通过数值仿真得到结构阻尼、非线性刚度以及参激刚度等工艺参数变化下系统的幅频响应特性。并采用奇异性理论分析了1/2亚谐共振的静态分岔特性,同时分析了内共振情形下3组不同的转迁集以及相应的分岔拓扑结构图, 得到了轧机稳定与不稳定振动的工艺参数区域。最后研究了工作辊、支撑辊随参激刚度变化的分岔混沌动力学行为,且用最大Lyapunov指数、相轨图以及Poincare截面对其加以验证,发现带材表面出现振纹或振痕的原因是系统在周期运动、倍周期运动与混沌运动多种运动形式间相互转换造成的。因此适当选取系统参数可有效减弱轧机系统的振动,这为消除和抑制轧机振动提供了理论依据。     

转子偏心效应下大范围转动弹性梁外激励非线性动力学行为与振动机制

为实现大范围转动弹性梁类柔性机械的高速、安全、平稳运行,综合应用Galerkin模态截断法和Hamilton原理建立弹性梁刚-柔耦合动力学模型,并建立转子偏心运动微分方程;基于行波叠加原理,应用高阶Runge-Kutta法完成非线性动力学解耦;应用时、频域分析法解析转子偏心效应下弹性梁的振动机制以及外激励下的频谱响应特性。研究结果表明：外激励响应在转子偏心效应下会衍生新的低频谐波分量,转速和激励幅值的增加会导致频域内多个低频谐波分量高于主振,易引发不同程度的间歇性振动;外激励频率提高会引起频域谱峰后移,数值仿真5~35 Hz频段的外激励,当频率为25 Hz时其低频谐波分量是主振幅值的2倍,高达0.181 mm,进而呈现明显的外激励突发性激振。因此,借助时、频域分析可有效解析具有随机性的间歇性或突发性振动产生机制,可为大型旋转柔性机械的动力学优化设计提供重要的理论基础和数据支持。     

切削负载下磁悬浮电主轴系统的振动响应分析

针对切削载荷下机床加工主轴的振动响应直接影响数控机床的加工精度问题,以FGAMB公司生产的磁悬浮内螺纹铜管加工主轴为研究对象,通过建立该磁悬浮加工主轴的动力学模型结合切削载荷下主轴的振动响应模型,基于ANSYS Workbench软件对磁轴承-转子系统进行了模态分析,从而计算出前6阶的固有频率和主振型,进而通过谐响应分析,确定了加工过程中主轴系统所受激振力的危险频率范围和幅频特性,得出主轴系统发生共振时可能产生的最大振动幅值。仿真结果表明,当工件满足GB/T 20928-2007加工精度要求时,激振力的频率应控制在[224,680]Hz,加工速度控制在[13440,40800]r/min。     

基于动态摩擦和分段刚度的热轧机水平振动行为分析

考虑工作辊振动时轧制界面间摩擦力的变化状态,以及工作辊水平方向轴承座撞击牌坊的情形,建立了相应的动态摩擦模型和分段刚度模型,并基于此建立了热轧机水平方向非线性振动模型。研究了线性阻尼项、动态摩擦力三次非线性项、分段刚度项以及外扰幅值变化下热轧机水平振动系统的幅频特性。最后,研究了外扰力变化下热轧机振动系统的分岔行为,发现外激幅值的变化可以使振动系统进入混沌状态,并且存在倍周期分岔通向阵发性混沌和混沌运动等显著现象,这正是引起带钢呈现明暗相间条纹的原因之一。上述研究内容为抑制热轧机辊系振动和参数的优化提供了理论依据。     

数控机床激振方法的试验研究

常规激振手段难以用于中大型数控机床的结构振动测试。根据该类机床的特点,提出一种由机床运动产生激振力的结构振动试验方法。针对运动激振力不可测的问题,利用机床结构上的振动响应研究激振力作用效果。通过测试不同参数作用下的振动响应,确定影响激振效果的主要因素。激振出的峰值频率与实验模态分析结果的对比进一步验证了所提出方法的有效性。该方法无需外加激振设备,适合于数控机床,尤其是大型、重型数控机床的现场测试分析。     

角接触球轴承-转子系统动力学行为研究

为研究角接触球轴承-转子系统非线性行为,利用角接触球轴承反力与轴颈中心位移关系,建立五自由度角接触球轴承-转子系统动力学模型,推导出系统运动微分方程,并采用龙格-库塔法求解,着重讨论轴向力对系统非线性行为的影响。计算结果表明:角接触球轴承-转子系统动力学行为非线性特性显著;随着轴向力的增加,系统的响应由周期运动、倍周期运动、拟周期运动发展到混沌运动。由于轴向力作用,轴承支承刚度发生变化,导致转子两端轴颈中心的动力学响应明显不同。     

轴向功率超声振动珩磨颤振的稳定性分析

功率超声振动珩磨颤振是影响零件加工表面质量的主要因素之一,其稳定性研究具有重要意义.利用解析法和作图法对建立的轴向超声振动珩磨非线性动力学模型分别从轴向和径向进行了稳定性分析,得出刚度非线性因素对轴向稳定性影响不明显,超声激振频率对轴向响应幅值有较大影响,推导出径向系统稳定性方程,得出加工参数与响应幅值的关系,对抑制颤振方法提供了理论基础.     

空气静压主轴有限元建模及动态特性研究

为提高空气静压轴承支撑的空气静压主轴的动态工作性能,文章利用Fluent计算出了空气静压轴承在不同供气压力下气膜刚度,利用Ansys Workbench中的轴承单元和弹簧—阻尼单元模拟轴承支承,对主轴系统进行了模态分析和动态响应分析,得到不同供气压力下主轴系统的固有频率、振型以及激振力作用下的位移幅频动态响应曲线。结果表明,随着供气压力的增加,轴承气膜刚度增加,且对主轴系统的低阶模态和高阶模态影响不同。另外随着气膜刚度增加,谐振频率逐渐增大、振幅减小,系统抵抗受迫振动能力逐渐增强。研究结果为提高空气静压主轴的动态性能提供了一定的理论依据。     

可调磁力减振镗杆动力学模型参数优化

针对内置式动力减振镗杆因阻尼液在振动情况下易泄露和橡胶圈易疲劳失效而降低减振性能的问题,提出一种新型的可调磁力减振镗杆。通过建立可调磁力减振镗杆的动力学模型,得到一个二自由度的系统,在建立动力学模型运动微分方程后,采用效率较高的分支定界搜索法来优化函数,得到相对振幅的理论最小值和优化参数。由于减振镗杆工作在一个较宽的频域范围,还需利用幅频响应曲线在外界激振力频率变化范围内平均值最大值取得最小来修正优化参数。最后通过与同尺寸的内置式单减振镗杆在频域内的幅频特性曲线对比,前者更小的振幅说明可调磁力减振镗杆具有更好的减振性能。     

啮合阻尼对人字齿行星齿轮传动系统均载特性影响分析

采用集中参数法建立人字齿行星齿轮传动系统纯扭转非线性动力学模型,考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、综合传动误差等激励对振动特性的影响。采用Runge-Kutta法对系统动力学方程组进行数值迭代求解,获得系统的稳态响应。相图借助庞加莱截面技术、频谱分析等手段分析系统的非线性响应形态,研究啮合阻尼对系统动态特性的影响。结果表明：人字齿轮传动系统在多源激励因素作用下表现出丰富的非线性动力学特性;适当增大啮合阻尼,系统由混沌运动状态转化为周期运动状态,系统的振动减弱,稳定性增强。     

Analytical solution of flexural vibration responses on nanoscale processing using atomic force microscopy

An analytical solution is developed to deal with the flexural vibration problem during a nanomachining process which involves an atomic force microscope (AFM) cantilever. The modal superposition method is employed to analyze the response of an AFM subjected to a cutting force with an excitation force of an arbitrarily chosen frequency. The cutting forces were transformed into distributed transversal and bending loading, and were applied to the end region of the AFM by means of the tip holder. The effects of transverse stress and bending stress were adopted to solve the dynamic model. Based on the result, applying a cutting force with an excitation force near the high-order modal frequencies and using a wide tip holder are recommended when nanoscale processing using AFM is performed.     

基于EMD的非线性扭矩激励作用下单跨转子横向振动响应

针对单跨转子在非线性扭矩激励作用时横向振动的响应,建立在某一频率的扭矩激励作用时单跨转子运动微分方程;分别对转子系统在有、无扭矩激励两种运行状态下的方程求解仿真,运用EMD方法对求解的结果进行分析。结果表明:在扭矩激励作用下横向振动信号中包含多个与激励频率相关的振动信号;并且能量发生了分流,对系统的稳定性有重要影响。最后,建立与仿真模型相同条件的试验台,试验结果验证了数值仿真的正确性;另外试验分解结果中存在不对中故障分量,试验发现不对中故障的存在使得扭矩激励对转子横向振动更突出。     

轻载装载机变速箱振动特性分析与试验

为了给装载机变速箱减振降噪提供依据,通过集中参数和有限元法相结合的方式对变速箱进行振动分析。综合考虑液力变矩器激励、齿轮系统内部激励等因素,建立装载机变速箱传动系统的弯-扭耦合动力学模型,求解得到各轴承的动态支反力;建立箱体有限元模型,进行模态分析,以轴承动态支反力为激励,在模态的基础上进行箱体谐响应分析,得到箱体在激励下的振动响应,选择箱体表面的振动测点,分析测点的振动加速度,找到并分析振动峰值及对应振型;最后进行变速箱振动试验,验证仿真的正确性。结果表明：传动系统的激励主要集中在输入和输出平行轴齿轮处,传动系统和箱体振动的峰值频率均和齿轮啮合频率相近,变速箱箱体振动较大的位置位于箱体的底部。试验与仿真对比,试验中存在和仿真相近的峰值频率,仿真和试验所得的振动加速度均方根误差值小于20%,验证了仿真的正确性。     

直升机救助模拟器支撑横梁随机振动响应分析

为了获取直升机救助模拟器支撑横梁在模拟器激励运动下的振动响应,为进一步研究缓解横梁振动提供参考,在ANSYS Workbench中建立支撑横梁的有限元模型,通过模态分析以及随机振动响应分析获取了横梁的随机振动特性。建立了横梁固有频率的数值模型,并利用ANSYS 的预应力模块,对考虑集中质量的横梁进行模态分析,将横梁固有频率的仿真结果与数值建模的计算值进行比较,两者误差在1%以内。在模态分析基础上,利用ANSYS随机振动响应模块进一步建立了考虑直升机救助模拟器动力学的天车横梁的ANSYS仿真模型,包括横梁激振力模型以及横梁动态响应模型,得到了在直升机模拟器无规律负载作用下天车横梁的振动状态。并与试验结果对比分析,验证了模型的正确性。结果显示：应用 ANSYS求解得到的振动响应曲线与试验测得的曲线吻合良好,验证了该方法求解横梁随机振动响应的适应性,为今后解决柔性基座对运动平台的干扰问题提供参考。     

压电智能板动力学有限元模型建立及振动控制(Ⅱ)——压电智能板振动控制

在采用有限元法已建立的压电智能板的动力学方程基础上。应用模态控制理论对压电智能板振动控制的原理和策略进行了研究，采用基于二次线性控制（LQR）的独立模态空间控制法来进行板结构的主动控制，采用负速度反馈控制。通过数值仿真，结果表明：有效地控制结构振动。     

基于振动特性的点阵桁架夹心板损伤检测数值模拟

研究了基于振动特性的点阵桁架夹心板损伤识别。首先,通过与已有的结果对比,验证了点阵桁架夹心板有限元模型的正确性。然后,基于此模型对包含不同位置不同程度脱焊损伤的点阵桁架夹心板的固有频率和模态振型进行了计算和比较,分析了脱焊损伤与结构固有频率、模态振型之间的关系。研究结果为进一步进行点阵桁架夹心板脱焊损伤检测奠定了基础。