汽车制动颤振瞬态特性与关键因素试验研究

在常规平路起步和坡道空档起步工况下开展汽车制动颤振整车道路试验,分析制动颤振的瞬态动力学特性。设计汽车制动颤振关键因素试验,研究动力总成、制动器总成、悬架总成对制动颤振的影响。研究表明,汽车制动颤振包括两种典型的运动模式,一是具有持续时间短、宽频带特征的冲击振动,没有明确的极限环;二是具有持续时间长、多倍频特征的周期谐波振动,它属于一种典型的粘滑振动,具有明显的极限环。制动压力是汽车制动颤振发生的关键触发条件,制动压力以较大斜率下降至特定范围时,往往触发冲击振动为主的制动颤振;反之,则容易触发周期谐波振动为主的制动颤振。汽车动力总成驱动力和发动机转速波动是制动颤振的关键影响因素,合理设计发动机从低温到常温的加浓控制策略和起步时的动力总成控制策略,可有效地抑制制动颤振。制动器动、静摩擦因数差值是制动颤振重要的影响因素,制动块背板与保持架的连接刚度、制动钳质量也是关键因素。通过制动器总成结构参数设计改变颤振时制动器的振动模式,改善制动中的悬架弓形效应,为控制制动颤振提供了新思路。     

基于ABAQUS汽车盘式制动器粘滑非线性动力学行为研究

采用ABAQUS软件瞬时动力学分析法研究了汽车盘式制动器发生粘滑振动时的非线性动力学特性和界面接触行为,通过变化不同的工况参数,研究了参数对制动粘滑振动行为的影响。研究结果表明ABAQUS软件瞬时动态分析法能够有效地模拟出制动系统的粘滑振动现象,粘滑运动产生间歇性的振动是制动颤振现象发生的主要原因,其振动频率与制动系统自然频率关系密切,制动接触面内的不同区域处于粘着和滑动的动态变化过程。制动载荷的增大会增大刹车片振动位移,降低粘滑振动的周期,使得制动颤振现象更加明显。当制动速度逐渐增大时,系统粘滑振动周期缩短,粘滑运动逐渐演变为纯滑移运动。适当增大动摩擦系数,降低静、动摩擦系数之间的差别,在一定程度上可以增大制动力,这更有利于制动过程的进行。     

摩擦负阻尼与伴生阻尼对低速工况下液压缸振动的耦合作用机制

摩擦负阻尼与伴生阻尼耦合作用于低速液压缸,诱发液压缸振动、冲击,制约了液压装备的精密性能。考虑低速工况下摩擦的负阻尼与伴生阻尼效应,建立了液压缸运动非线性模型,基于摄动理论推导了液压缸速度脉动率解析表达式,分析了液压缸振动幅度与频率的变化特征,揭示了负阻尼与伴生阻尼对振动的耦合作用机制。研究结果表明：负阻尼促进系统振动,伴生阻尼抑制系统振动,负阻尼与伴生阻尼存在对立竞争关系。当系统速度低于0.61倍Stribeck速度vs时,负阻尼效应增强,伴生阻尼效应降低,振动随运行速度增大逐渐加剧;当运行速度高于0.71vs时,负阻尼效应减小,伴生阻尼效应先增大后减小,振动幅度逐渐下降直至平稳运行;当系统工作在0.61vs至0.71vs区间时,负阻尼效应达到最大,伴生阻尼效应达到最低,振动幅度急剧增大,频率下滑,形成尖脉冲冲击。研究结果揭示了摩擦对液压缸振动特征的影响机制,为精密液压装备的稳定运行与控制提供了理论参考。     

鼓式制动器热-结构直接耦合有限元分析

鼓式制动器的制动过程涉及到接触应力场和摩擦生热温度场的相互耦合作用,在制动过程中,温度的变化会对结构的变形及材料属性产生影响,同时,结构的变形也会改变结构的热边界条件,进而又影响温度的变化。采用ANSYS直接耦合场方法建立鼓式制动器非线性仿真模型,考虑摩擦的影响,仿真计算一次紧急制动工况下鼓式制动器应力场、温度场以及摩擦副间接触压强分布随时间的变化情况。     

鼓式制动器热-结构直接耦合有限元分析

鼓式制动器的制动过程涉及到接触应力场和摩擦生热温度场的相互耦合作用,在制动过程中,温度的变化会对结构的变形及材料属性产生影响,同时,结构的变形也会改变结构的热边界条件,进而又影响温度的变化。采用ANSYS直接耦合场方法建立鼓式制动器非线性仿真模型,考虑摩擦的影响,仿真计算一次紧急制动工况下鼓式制动器应力场、温度场以及摩擦副间接触压强分布随时间的变化情况。     

旋转机械动静碰摩耦合振动分析

针对摩擦转子系统动力特性建立一种耦合分析模型。结合摩擦热冲击温度方程和转子热弯曲方程,推导转子热弯曲与温度直接相关的微分方程,进而建立摩擦转子动力方程与热冲击温度方程耦合的时变方程。该耦合方程既包括摩擦力冲击和热冲击对转子动力特性的影响,也包括振动特性对摩擦热量的影响。运用该耦合模型,分析某实际发电机转子摩擦情况下的振动特性。给出摩擦截面碰摩力、温度、转子弯曲变形和振动波形随摩擦时间的变化情况,结合频谱图分析不同碰摩情况下振动谐波成分,得到振动随时间逐渐发散和波动的过程。给出碰摩位置和转速对摩擦振动的影响。运用分析结论解释某实际机组发生的摩擦现象。     

含间隙及摩擦的振动系统动力学分析

考虑接触表面工况的差异性,建立一类含两类摩擦及间隙的两自由度碰撞振动系统动力学模型,给出系统在不同运动阶段的判断条件和粘-滑-碰运动行为过渡准则,采用数值仿真方法对系统求解,结合判断条件分析摩擦对系统造成的非光滑运动特性及复杂的动力学行为,同时分析不同摩擦模型对系统动力学特性的影响。结果表明,系统存在瞬时摩擦诱导振动、周期颤振、颤振向粘着过渡及粘-滑-碰之间的转换等摩擦振动现象。     

基于Stribeck模型的自激系统分岔混沌特性研究

为了能够深入研究摩擦自激振动系统的振动-摩擦耦合动力学特性,建立基于Stribeck摩擦模型的质体 弹簧-带摩擦自激振动系统非线性动力学模型,利用数值仿真,研究自激振动系统在不同系统阻尼系数条件下,不同外部激励振幅和激励频率分别对自激振动系统分岔与混沌特性的影响。结果表明,当激励频率不变,无量纲激励振幅在0～1.5区间,系统持续准周期运动的时间随阻尼系数的增加而逐渐增长。振幅在10～11区间阻尼系数相对较小时,系统除倍周期分岔外还存在Hopf分岔;在阻尼系数相对较大时,系统为倍周期分岔。激励振幅不变,激励频率接近于派生系统固有频率时,为单周期同步振动;激励频率向大于派生系统固有频率方向变化时,为准周期运动;激励频率向小于派生系统固有频率方向变化时,为混沌运动。     

风力机制动器摩擦副变形对振动特性的影响

为了更好的了解风力机制动器的振动特性,探讨了1.3MW的风力发电机盘式制动器的变形对制动振动的影响,考虑了制动盘和摩擦片之间摩擦特性,以有限元理论为基础,建立了风力机盘式制动器摩擦副的有限元模型,得到了制动器摩擦副的变形结果,根据结果分析了有变形和无变形两种情况下的制动盘振动特性,并进行了对比。研究结果表明:在风力机制动过程中,制动器摩擦副会产生一定程度的变形,这种变形会引起制动盘的刚度变大,从而影响到制动盘的振动频率。这将为今后优化制动器的结构提供一定的理论支撑。     

拖曳与启停制动模式下盘式制动器热-机耦合特性研究

建立起盘式制动器三维热-机耦合有限元模型,分析在拖曳制动和启停制动两种模式下制动器的热-耦合特性和摩擦振动特性,并探讨了在启停制动模式下,不同的减速行为对热-机耦合和振动特性的影响。结果表明:制动器在热-机耦合作用下,制动盘两侧摩擦片的热变形形式完全不同,导致两侧摩擦片的温度分布差异显著,活塞侧的摩擦片表面温度大于钳指侧摩擦片温度,这种温度差异也表现在制动盘两侧的盘面温度上;随着摩擦界面温度升高,制动系统的振动强度逐渐降低,但由于温度差异导致制动盘两侧的热变形程度不同,因此制动器活塞侧的振动强度大于钳指侧的振动强度;制动盘的减速行为对系统的热-机耦合特性和摩擦振动特性影响显著,在快速制动模式下制动器与外界热交换效应显著,界面温度较低,但是振动强度较大;慢速制动和分步制动模式下,界面温度迅速升高,但是由于摩擦过程较为缓慢,系统振动强度较低;尤其是分步制动的情况下,在某一阶段的振动强度有可能非常微弱。以上研究结果对认识制动系统的温度分布特性和改善制动器振动噪声问题具有一定指导意义。     

Solution Domain Boundary Analysis Method and Its Application in Parameter Spaces of Nonlinear Gear System

Mastering the influence laws of parameters on the solution structure of nonlinear systems is the basis of carrying out vibration isolation and control.Many researches on solution structure and bifurcation phenomenon in parameter spaces are carried out broadly in many fields,and the research on nonlinear gear systems has attracted the attention of many scholars.But there is little study on the solution domain boundary of nonlinear gear systems.For a periodic non-autonomous nonlinear dynamic system with several control parameters,a solution domain boundary analysis method of nonlinear systems in parameter spaces is proposed,which combines the cell mapping method based on Poincaré point mapping in phase spaces with the domain decomposition technique of parameter spaces.The cell mapping is known as a global analysis method to analyze the global behavior of a nonlinear dynamic system with finite dimensions,and the basic idea of domain decomposition techniques is to divide and rule.The method is applied to analyze the solution domain boundaries in parameter spaces of a nonlinear gear system.The distribution of different period domains,chaos domain and the domain boundaries between different period domains and chaotic domain are obtained in control parameter spaces constituted by meshing damping ratio with excitation frequency,fluctuation coefficient of meshing stiffness and average exciting force respectively by calculation.The calculation results show that as the meshing damping increases,the responses of the system change towards a single motion,while the variations of the excitation frequency,meshing stiffness and exciting force make the solution domain presenting diversity.The proposed research contribution provides evidence for vibration control and parameter design of the gear system,and confirms the validity of the solution domain boundary analysis method.     

多因素条件下单级齿轮系统的非线性特性

考虑啮合刚度、齿侧间隙和轴承支撑间隙等因素,运用集中质量法建立了三自由度直齿圆柱齿轮副弯扭耦合非线性振动模型,并据此研究了各参数对齿轮系统非线性振动特性的影响。结果表明：齿侧间隙一定时,随着频率的升高,系统由周期运动通过激变直接进入混沌,然后又由混沌通过激变变为周期运动;在周期运动中,系统经过倍周期分岔,由双周期运动变为四周期运动,然后又通过逆倍周期分岔,由四周期运动变为双周期运动,之后又由双周期运动变为单周期运动;不同的输入转频条件下,间隙变化使系统表现出不同分岔特性,在某些特定频率下,间隙变化只增加系统响应能量变化,并不改变其动力学特性。     

轨道交通扣件系统时频特性测试与分析

为了得到安装在不同扣件系统下钢轨的振动特性,室内以WJ 7型扣件为样品,采用力锤激振法对其进行动力测试。基于MATLAB软件信号分析处理平台,利用线性短时傅里叶变换,非线性Page变换和Zhao Atlas Marks变换对振动信号的时频特性进行对比分析。研究结果表明：钢轨轨脚振动主要集中在中高频,其中在2 250 Hz振动能量最大,且持续时间最长;短时傅里叶变换(Short-time Fourier transform,简称STFT)具有较高的时间和频率分辨率,可以将轨脚的时域、频域和时频域的固有属性一一对应起来;非线性Page时频分析在能量较高的高频段具有较好的分辨率,而在低频段显得无能为力;非线性Zhao-Atlas-Marks分布时频分析在低频段效果较好,在高频段不是很理想。该分析结果可为轨道结构的振动噪声控制提供依据。     

考虑道路坡度与车辆载重的纯电动物流车综合性能换挡规律

为提高车辆对动态驾驶环境的适应性,针对纯电动物流车三挡变速系统,提出了一种充分考虑道路坡度与车辆载重,同时兼顾车辆动力性与经济性的综合性能换挡规律。分析道路坡度与车辆载重对车辆行驶阻力矩的影响,制定了具有动态适应性的动力性换挡规律与经济性换挡规律。以0~50 km/h的加速时间与加速过程能耗为目标,建立了综合性能换挡规律优化模型,并通过分层引力搜索算法求解,得到不同道路坡度与车辆载重驾驶条件下的综合性能换挡规律。最后,使用MATLAB/SIMULINK仿真平台对3种换挡规律进行对比分析,仿真结果表明,综合性能换挡规律在CHTC-LT驾驶循环工况下比能耗接近于经济性换挡规律,且具有良好的动力性能;同时在不同道路坡度与车辆载重驾驶条件下能消除换挡循环现象,表现出优越的动态适应性。     

Effects of a one-way clutch on the nonlinear dynamic behavior of spur gear pairs under periodic excitation

Nonlinear behavior analysis was used to verify whether a one-way clutch is effective for reducing the torsional vibration of a paired spur gear system under periodic excitation. The dynamic responses were studied over a wide frequency range by speed sweeping to check the nonlinear behavior using numerical integration. The gear system with a one-way clutch showed typical nonlinear behavior. The oscillating component of the dynamic transmission error was reduced over the entire frequency range compared to a system without a one-way clutch. The one-way clutch also eliminated unsteady continuous jump phenomena over multiple solution bands, and prevented double-side contact, even with very small backlash. Installing a one-way clutch on both sides of the gear system was more effective at mitigating the negative effects of external periodic excitation and various parameter changes than a conventional gear system without a one-way clutch.     

多路分流齿轮传动系统的非线性振动特性研究

由于齿侧间隙和时变刚度等因素的影响,导致多路分流齿轮传动系统在运转过程中表现出次谐、超谐和混沌等非线性振动特性。为确认不同振源激励产生的响应强度,需要开展多路分流齿轮传动系统非线性振动特性研究。在考虑齿侧间隙、时变刚度和综合传动误差等因素的情况下,建立多路分流齿轮传动系统非线性动力学模型,采用四阶变步长龙格-库塔数值法求解多路分流齿轮传动系统的非线性振动特性,获得不同状态下多路分流齿轮传动系统的位移响应时间历程、相图、庞加莱映射图和快速傅里叶变换频谱图。研究结果表明,在不同工况条件下,多路分流齿轮传动系统会出现简谐、超谐、拟周期、混沌等多种非线性振动形式。所做研究为多路分流齿轮传动系统的振动控制及动态分流均衡设计提供了参考。     

Experimental model for creep groan analysis

A simple experimental model for a fundamental investigation of creep groan generating mechanism is introduced. It is a calliper slider model that is developed based on the operating principle of a real brake system and has the ability to generate creep groan quantitatively comparable to those recorded on the real brake system. The advantage of the model is that it is possible to take into account many parameters, such as surface roughness of mating materials, properties of mating materials and structure's stiffness, so that their effects for creep groan phenomenon can be analysed. The usefulness and potential of the model are demonstrated by its ability to generate creep groan using a real brake lining material that is well known to the brake industry as a material that easily produces creep groan in real applications. Parametric analysis is conducted, and the effects of several sensitive parameters to stick-slip frequency characteristic of creep groan are highlighted. Copyright © 2008 John Wiley & Sons, Ltd.     

Nonlinear dynamic analysis of coupled gear-rotor-bearing system with the effect of internal and external excitations

Extensive studies on nonlinear dynamics of gear systems with internal excitation or external excitation respectively have been carried out. However, the nonlinear characteristics of gear systems under combined internal and external excitations are scarcely investigated. An eight-degree-of-freedom(8-DOF) nonlinear spur gear-rotor-bearing model, which contains backlash, transmission error, eccentricity, gravity and input/output torque, is established, and the coupled lateral-torsional vibration characteristics are studied. Based on the equations of motion, the coupled spur gear-rotor-bearing system(SGRBS) is investigated using the Runge-Kutta numerical method, and the effects of rotational speed, error fluctuation and load fluctuation on the dynamic responses are explored. The results show that a diverse range of nonlinear dynamic characteristics such as periodic motion, quasi-periodic motion, chaotic behaviors and impacts exhibited in the system are strongly attributed to the interaction between internal and external excitations. Significantly, the changing rotational speed could effectively control the vibration of the system. Vibration level increases with the increasing error fluctuation. Whereas the load fluctuation has an influence on the nonlinear dynamic characteristics and the increasing excitation force amplitude makes the vibration amplitude increase, the chaotic motion may be restricted. The proposed model and numerical results can be used for diagnosis of faults and vibration control of practical SGRBS.     

履带车辆齿轮传动系统非线性振动特性研究

以齿轮系统动力学和非线性振动理论为基础,针对具有齿侧间隙和时变啮合刚度的某履带车辆齿轮传动系统,建立单自由度齿轮系统非线性振动模型,通过数值仿真方法求解并分析在不同档位下的振动特性,并对其在某些变量参数下进行了振动特性研究,所得结果既反映了动力学性能,又为下一步进行多自由度齿轮系统的非线性振动研究提供了有力的依据.