静压气体轴承静刚度的动态测试新方法

以环面节流静压气体球轴承为例,建立轴承动静态刚度与气膜位移-动态力频响函数的数学模型;借助数学分析和数值试验,从理论上揭示了轴承气膜位移-动态力频响函数与气膜静刚度、动刚度之间的联系,指出静压气体轴承静刚度的测量可以通过测量低频下气膜频响函数的幅频特性来代替.介绍球轴承气膜幅频特性测试装置的工作原理及测试系统固有模态对测试结果的影响.实测结果表明,静压气体轴承静刚度的动态测试新方法是正确可行的,气膜与承载质量构成的本质非线性二阶振动系统,其低频段的动态刚度数值仍然等于该工作点处的静刚度.新的测试方法,能够实现轴承静态刚度的在线自动测试,提高静刚度的测试精度和效率;将激振频率扩展到机械系统通常涉及的频段后,可以同时得到轴承的动静态刚度和气膜位移-动态力的幅频特性,这对于气体轴承稳定性及精密轴系动态性能的研究具有重要的意义,是轴承的静态测试所无法实现的.     

气体球轴承气膜频响函数幅频特性测试装置的研制

建立了静压气体球轴承气膜位移-动态力频响函数的数学模型;介绍了频响函数幅频特性测量装置的结构设计、软硬件组成、工作原理以及系统的固有模态对测试结果的影响;指出新颖的激振器平衡式浮动悬挂安装方式能够满足系统的测试要求,对气膜这样的强非线性系统,激振方式必须采用阶梯正弦激振。     

球面螺旋槽动静压气体轴承动态特性分析

以半球螺旋槽动静压气体轴承为研究对象,建立球面动静压混合气体轴承的非线性动态润滑计算分析数学模型,采用偏导数法推导出扰动压力控制方程;在广义坐标系下,采用有限差分法对扰动压力控制方程离散化,推导出扰动压力的差分表达式;推导出半球螺旋槽动静压气体轴承刚度和阻尼系数与扰动压力之间的关系表达式;采用VC++6.0编制程序,数值计算出三维微气膜的瞬态扰动压力分布、非线性气膜力及动态刚度系数和动态阻尼系数。研究转速、偏心率及供气压力对气膜动态特性系数的影响规律,结果表明:随着转速、偏心率及供气压力的增大,气膜刚度和阻尼系数均有不同程度的变化。     

空气静压止推轴承静态性能测试装置设计

根据空气静压止推轴承静态性能测试要求,设计了一套基于气体静压轴承负载自动平衡原理的测试装置,实现了对空气静压止推轴承承载力、不同负载下气膜厚度以及气膜间隙内压力分布的测量.实验结果与理论分析结果取得较好的一致性,说明本套实验装置的设计是合理的.     

基于CFD的球面动静压气体轴承稳态性能及动态特性分析

基于CFD建立球面螺旋槽动静压气体轴承气膜的有限元模型,数值计算气膜网格点上的压力分布,模拟气膜瞬态流场中复杂的气体流动,得到气膜的压力分布、承载力以及动态特性系数。结果表明:增加供气压力可以有效地增强静压效应,减小气膜厚度和增加转速有助于增强动压效应,动静压效应耦合可以提高轴承承载性能,偏心率为0.4～0.5,平均气膜厚度为8～12μm,供气压力为0.5～0.6 MPa时,产生的动静压耦合效应明显,从而可增加气膜的承载性能和轴承高速运行的稳定性;轴承刚度系数随着气膜厚度的增大呈先增加后减小的趋势,随着偏心率的增加而增加;轴承阻尼系数随着气膜厚度和偏心率的增加变化较为复杂,但整体上呈增大的趋势,因此,合理地选取气膜厚度和偏心率能够提高轴承承载性能,改善其动态特性,提高球面动静压气体轴承运行稳定性。     

基于数值模拟的小孔节流空气静压轴承静动态特性研究

为了提高小孔节流空气静压轴承的静动态性能,基于流体力学和固体力学的基本控制方程,建立小孔节流空气静压轴承双向流固耦合数值模拟模型;采用静态数值模拟方法获取了设计参数对承载力和刚度的影响规律,进一步对微气膜间隙内三维流场特性进行了分析,有效降低了微气膜间隙内气体冗余现象对空气静压轴承动态稳定性的影响,并在数值计算的基础上对空气静压轴承结构和工作参数进行优化设计;在气体静压试验平台上对自行研制的空气静压轴承进行静动态特性测试。试验结果表明:所提出的数值模拟方法具有很好的预测效果;所采用的优化设计方法能够显著提升空气静压主轴的静动态特性。     

计入轴承工作条件的轴-轴承系统动力学行为分析

以轴-深沟球轴承系统为研究对象,在揭示深沟球轴承反力与轴颈中心位移之间关系的基础上,采用ADAMS动力学仿真软件研究轴-轴承系统的动力学行为,着重讨论了深沟球轴承轴向力、滚动体离心力以及轴承径向间隙等因素对轴-轴承系统动力学行为的影响。结果表明:轴向力作用对轴承起预紧作用,改变了轴-轴承系统的幅频特性,轴承轴颈中心径向位移与轴向力关系为非线性减函数关系;轴承转速增加,滚动体离心力增加,轴承支承刚度下降,轴承轴颈中心径向位移响应峰值增加;轴承间隙与轴承轴颈中心径向位移响应峰值为近似线性关系。     

气体静压推力轴承性能测试实验台设计

为解决气体静压推力轴承性能测试的问题,设计了一种气体静压推力轴承性能测试实验台。该实验台利用弹簧拉压平衡原理对轴承加载,并利用力传感器测定施加载荷大小;分别采用位移传感器和流量计实现对气膜间隙大小及耗气量的测量;使用单坐标工作台实现压力分布的连续测定。该实验台具有操作方便、自动化程度高及精度便于控制的特点。     

气体轴承特性模拟及实验验证

针对某30 kW微型燃气轮机用静压气体轴承,开展轴承刚度、承载力及轴系临界转速特征的数值与实验研究。通过离散化可压缩雷诺方程,采用数值迭代方法,获取轴承内气膜压力分布和气膜刚度特性;采用有限元方法,研究转子-轴承系统的模态特性与临界转速;在气体轴承支撑的微型燃气轮机试验台上,采用时域振动信号和不平衡响应曲线等振动测试分析方法,获取轴系的气膜临界转速特性。研究结果表明:研究的该静压气体轴承,其转速在30 000 r/min内动压效应相对于静压效应可以忽略;轴承气膜刚度随着偏心率增大而增大,但当偏心率超过0. 8时,由于出现"静态不稳定区域"导致气膜刚度下降。数值模拟和实验都证实了转子在6 000 r/min和9 000 r/min附近出现了由气膜刚度引起的锥动临界特征。     

气体静压轴承相位致振气锤失稳机理与试验

针对气体静压轴承在结构不合理或者工作参数选择不恰当时容易产生气锤失稳的问题,开展基于相位致振的气体静压轴承气锤失稳机理研究。从气体静压轴承的工作气压与气膜间隙随时间变化的相位关系出发,建立基于相位致振的气体静压止推轴承自激失稳理论模型,分析气体静压止推轴承在发生气锤失稳过程中,工作气压与气膜厚度的相位变化对应情况。理论分析和实验研究结果表明,在气体静压止推轴承发生气锤失稳过程中,工作气压与气膜厚度的相位不断变化,并在相位差为180°时发生气锤失稳,进而说明可以从相位角度解释气体静压轴承发生气锤失稳的原因。该研究进一步完善了气体静压止推轴承的自激失稳作用机理分析,为气体静压轴承的气锤失稳的机理分析及其抑制提供了一种新的方法。     

非线性恢复力作用下隔振系统的MATLAB仿真

用MATLAB中的实时仿真工具Simulink建模，结合频谱分析方法，研究了弹性力为非线性恢复力的两自由度汽车模型的频率响应特性，并与线性力作用下的频率特性作了比较，为解决非线性振动问题提供了一种新的方法。     

全液压履带装载机车架动态特性研究

文中利用MSC.Nastran与Hyperworks有限元软件对履带装载机车架进行了动态特性有限元分析,以此对样机进行了修改,证明可以利用计算机来代替大量同类试验工作,保证了设计的快速性与准确性。     

基于实验模态分析的集中参数法建模

利用集中参数模型的建立,不仅拓展了实验模态分析(EMA)的使用范围,还能大量缩减原有模型的自由度并保持结构的动态特性。在对一立铣床进行模态测试以及振型可视化的基础上,采用集中质量、弹簧阻尼单元建立了该铣床的7自由度集中参数模型,并在该模型基础上合成刀尖频响函数及预测颤振稳定域,揭示出机床颤振与振型的联系。与原有测试频响函数的比较表明,该模型准确度较高。     

可动态应用的压电陶瓷驱动电路的实验研究

对已有的PZT(压电陶瓷)驱动电路进行分析和改进,设计并完成了一个具有良好动态特性的PZT驱动电路。实验结果表明,对于多种不同的信号波形,此驱动电路都可以实时、线性、几乎无失真地将输入信号放大到驱动PZT所需的电压。利用正弦波作为输入信号时,测出了此驱动电路的频率响应范围。此外,发现当输入信号频率发生变化时,驱动电路消耗的功率也相应发生变化,经过作图分析可以得出驱动电路消耗的功率与输入信号频率是成线性关系。在文献中尚未见到研究PZT驱动电路消耗功率与输入信号频率相关性的报道。     

关于绘制相频图的研究

介绍了绘制开环系统相频特性曲线的简易方法。通过各典型环节近似线的组合,使一般开环系统对数相频特性曲线可近似用有规律的折线取代,大大简化了传统画法中的叠加过程,提高了相频特性曲线的绘制速度,具有一定的应用价值。     

基于复合加工特征的航空结构件频响快速预测

航空结构件作为飞机中占比最大的零件，具有大尺寸、多槽腔、弱刚性和高材料去除率等特点，如何在保证加工过程稳定的前提下高效去除结构件材料是航空结构件加工的一大瓶颈问题，零件频响的快速预测是选择高效切削参数的前提。通过对典型航空结构件加工特征的分类和提取，构建了“槽腔-筋”复合加工特征，建立了其参数化的频响特性分析模型，并计算了复合加工特征若干刚度薄弱点的频响特性。将其与复合加工特征零件、整体零件相应位置的频响函数进行对比，结果表明模型预测精度满足要求，验证了使用复合加工特征模型频响特性代替整体零件模型频响特性的可行性。同时，复合加工特征有限元模型的自由度数量远小于整体零件有限元模型自由度数量，充分体现了所提出的方法预测结构件频响的快速性。     

车用音圈式比例减压阀试验研究

建立了音圈电机的数学模型，结合实验测试，对车用音圈式比例减压阀的阶跃响应和频率响应特性进行了研究。结果表明：音圈式比例减压阀阶跃响应速度明显快于传统比例减压阀，阶跃上升阶段时间缩短53.3%，下降阶段时间缩短85%；音圈式比例减压阀的频率特性也优于传统比例减压阀，其压力能够很好的跟随电流且在5 Hz以下的低频区相位滞后较不明显，而传统比例减压阀存在30°的滞后。音圈式比例减压阀可以提高车辆电液系统压力控制精度。     

辐板式人字齿轮结构稳态响应特性研究

利用有限元理论及分析方法,把采用集中质量法建立的某船用人字齿轮减速器动力学模型求出的动态载荷激励作为稳态响应求解的载荷输入,建立了辐板式人字齿轮结构的参数化模型,计算轮体结构前20阶固有频率和振型,采用模态叠加法进行瞬态计算,经过若干个周期循环,结合外部判断程序求得稳态解;同时采用上述方法,研究了辐板厚度和轮缘厚度对人字齿轮结构稳态响应的影响,得到了最优化结构参数,为齿轮结构设计、修改提供依据。