摩擦力对滚珠丝杠惯容器频响特性的影响

为建立更精确的惯容器模型和完善惯容器设计理论与方法,设计丝杠旋转式滚珠丝杠惯容器,搭建惯容器试验台架,研究非线性因素对惯容器的影响。采用系统识别的方法,将时域响应试验数据转化为频域响应数据,得到惯容器的频响特性曲线,以惯容器Malcolm线性模型为试验研究的比较对象,分析无背隙情况下摩擦力对滚珠丝杠惯容器频响特性的影响。结果表明:低频下,滚珠丝杠惯容器摩擦力占据主导地位,导致惯容器相位跌落、幅值增大;随着频率和惯容系数的增大,摩擦力对惯容器的影响相对减小,惯容器实际性能与理论性能逐步接近。     

滚珠丝杠式惯容器非线性建模与参数辨识

针对滚珠丝杠式惯容器存在的非线性力学特征,首先,分析了滚珠丝杠式惯容器的工作原理,对惯容器的主要部件进行了非线性力学分析,建立了考虑摩擦、间隙以及丝杠弹性力的惯容器非线性力学模型;然后,在数控液压伺服激振试验台上进行了惯容器的力学性能试验,得到了惯容器在不同惯容系数以及不同激振输入下的力学响应特性;最后,根据试验结果分析了摩擦和间隙对惯容器力学性能的影响,得到了便于参数辨识的惯容器力学模型结构,实现了惯容器输出力仿真与试验结果的分析和对比。结果显示,二者在一个周期内的均方根值误差不超过7%,非线性模型呈现出良好的拟合精度,证明了所述方法的可行性和有效性。     

新型机电惯容器抗振性能仿真与实验研究

针对传统滚珠丝杠式机电惯容器换向时存在的惯性逆效应,提出一种可稳态切换的新型滚珠丝杠式机电惯容器设计方法.首先,介绍了新型机电惯容器的结构与工作原理,依据滚珠丝杠式惯容器与旋转电机的动力学模型,建立了机电惯容器的动态模型;其次,基于新机电相似理论,仿真分析外接不同电容下的机电惯容器力学性能输出,研究电机电感与电阻对力学...     

惯容器模型结构探索

针对惯容器模型的实现装置种类少及实现方法单一的问题,从设计理论角度出发,探讨惯容器模型结构及其实现方法。基于惯容器是一种被动式两端点机械网络元件,可以利用不同的机械零件加以实现的特点,通过研究齿轮齿条式、滚珠丝杠式这一类封装飞轮惯性为特征的惯容器,提出了以封装质量惯性为特征的一类惯容器;针对这两类惯容器均为平动元件,无法进行转动机械网络综合这一问题,进一步提出了扭转惯容器的概念,并找到了实现装置;阐明了装置的基本设计原理。研究发现,惯容器以多种形式存在于平动机械系统中,扭转惯容器客观存在于转动机械系统中。     

基于惯容的浮筏隔振系统人工自愈技术研究

传统浮筏隔振系统为双层“质量-弹簧-阻尼”机械系统。基于机电相似理论，质量与一端接地电容对应，而惯容是与电容完全对应的双端机械元件。将惯容引入浮筏隔振系统，使浮筏动力学模型中双层质量间可产生可变惯性耦合，从而极大影响系统固有频率与隔振性能。浮筏的退化或异动会改变系统固有频率和力传递率。惯容惯质系数的增加会使浮筏固有频率降低并影响力传递率。将人工自愈的思想引入浮筏隔振系统，根据系统固有频率的监测结果来调节惯容惯质系数，将系统固有频率自主调整恢复至合适固有频率，即为基于惯容的浮筏隔振系统人工自愈技术。为验证该技术原理，搭建浮筏隔振系统实验平台，进行简谐激励扫频试验。试验结果验证基于惯容的浮筏隔振系统人工自愈技术的可行性。     

可控惯容器非线性建模分析与参数辨识测试

为研究可控惯容器的非线性,依据机电相似理论,进一步推广得到机电液相似理论,并基于该理论研制了流体式可控惯容器装置,建立其理想模型和非线性等效模型,利用台架试验对其部分参数进行辨识,仿真分析其力学输出特性。结果表明,非线性因素对所设计的可控惯容器力学输出性能影响较大,一般情况下不可忽略。在液体的压缩性不可忽略时,低频振动下主要由惯容器所产生的惯性特性对振动起到抑制作用;高频激励下主要是液体弹性特性对振动起到抑制作用。研究结果进一步验证了机电液相似理论的正确性。     

双螺母定位预紧滚珠丝杠副轴向接触刚度分析

提出一种新的滚珠丝杠副刚度分析方法,建立螺母所受轴向力与滚道正压力之间的关系,分析滚道接触点处的法向变形与螺母相对于丝杠的轴向位移之间的关系。综合考虑滚珠、螺母和丝杠滚道的几何参数,将接触角、公称半径以及螺旋升角作为未知量,建立滚珠丝杠副接触角模型。在此基础上,根据Hertzian接触理论建立了滚珠丝杠副的轴向刚度模型,该模型综合考虑了接触角的变化与滚道正压力之间的耦合关系。根据所建立的刚度模型分别研究了单螺母滚珠丝杠副和双螺母定位预紧滚珠丝杠副的刚度特性。研究结果表明,对于几何参数相同的滚珠丝杠副,在外加轴向力较小时双螺母预紧滚珠丝杠副的刚度明显大于单螺母滚珠丝杠副,随着外加轴向力的增大它们的刚度值逐渐趋近,最后达到相同;双螺母定位预紧滚珠丝杠副的预紧力越大,初始刚度值越大。     

滚珠丝杠副预紧力衰退预测及试验研究

正论文针对国产滚珠丝杠副预紧力丧失过快导致其在精度保持性、寿命以及可靠性等方面均落后于国外产品这一行业突出的共性基础技术问题,从预紧力衰退起点(预紧力精确计算方法)、中间过程(预紧力退化过程)和终点(失效阈值计算方法)三个方面展开理论与试验研究,最终建立了一种预测预滚珠丝杠副紧力退化完整过程的方法体系。论文主要贡献如下。(1)预紧力衰退预测曲线起点:创新性地设计了预紧力可调滚珠丝杠副并构建了滚珠丝杠副预紧力与空载扭矩同步在线     

基于液压活塞式惯容器的车辆悬架性能研究

阐述了液压活塞式惯容器的基本结构、工作原理与承载力大的特点,建立了考虑摩擦力、寄生阻尼力和油液弹性效应的惯容器非线性力学模型。在数控液压伺服激振台上对液压活塞式惯容器进行了力学性能试验,基于试验结果,利用Matlab参数辨识工具箱对非线性力学模型中的参数进行辨识。在此基础上建立了包含液压活塞式惯容器非线性因素的车辆惯容器 弹簧 阻尼器（inerter-spring-damper,简称ISD）悬架动力学模型并进行了仿真分析。结果表明,当考虑液压活塞式惯容器非线性因素时,车辆ISD悬架系统的车身加速度均方根值增加5%,而轮胎动载荷与悬架动行程均方根值均有所减小,降低了车辆的行驶平顺性。     

预紧力对滚珠丝杠副摩擦力矩波动的影响分析及试验

基于预紧力下的滚珠丝杠副滚珠及螺母滚道的模型,提出了滚珠丝杠副滚珠进出滚道的受力分析方法,推导出了滚珠丝杠摩擦阻力矩波动的计算模型,并进一步分析了丝杠各参数对滚珠丝杠副摩擦阻力矩的影响;试验结果表明,随着预紧力增大滚珠丝杠副的摩擦阻力矩波动也随着增大,波动频率对应于滚珠进出滚道的频率。     

液力惯容器螺旋管内流场数值模拟

采用Fluent建立液力惯容器螺旋管内流场的数值模型,得到螺旋管的速度场和压力场分布。通过建立对照组与6个实验组的数值模型,研究螺旋管相关参数对压差和摩阻系数的影响。结果表明:螺旋管的速度场和压力场均呈C形分布,外侧速度和压力均高于内侧,表明产生了二次流现象;压差与流体速度是正相关,与螺旋管内直径和螺距是负相关,螺旋直径影响较小;摩阻系数与螺旋管内直径是正相关,与流体速度和螺旋直径是负相关,与螺距无关。研究结论为螺旋管式液力惯容器的设计提供了理论依据。     

基于量子遗传支持向量机的流体惯容预测模型

为进一步研究惯容器的实现形式与力学性能特征,研制了新型流体惯容器装置。首先,在单通道伺服激振台架上进行力学性能测试,分析其非线性因素及对力学输出的影响机理;然后,考虑采用基于统计理论的支持向量机方法建立流体惯容器的力学输出预测模型,分别研究了不同激振频率、不同位移输入条件下的流体惯容器力学性能输出;最后,利用全局搜索能力较优的量子遗传算法优化径向基函数的方差与惩罚因子,并将构建的预测模型与试验输出结果相对比。结果表明:利用支持向量机构建的流体惯容器力学输出预测结果与试验吻合良好,采用量子遗传算法优化的预测模型具有更高的预测精度,其方差降幅最大可达到61.36%,说明构建的预测模型正确合理,可为准确掌握流体惯容器动力学特性提供新思路。     

惯容准零刚度隔振器动态特性研究

将惯容器运用于准零刚度（quasi?zero stiffness,简称QZS）隔振器中,根据惯容器、弹簧与阻尼器的布置形式,提出并联式与串联式惯容准零刚度隔振器。研究两种惯容准零刚度隔振器在简谐力激励下的动态特性,运用谐波平衡法求解系统的动态响应,揭示两个主要的结构参数（惯质比与刚度比）对系统动态特性的影响规律,定义动态位移峰值、力传递率峰值、隔振频带以及高频带的力传递率4个性能评价指标来评价系统的隔振性能。研究表明,相较准零刚度隔振器,并联式惯容准零刚度隔振器的力传递率峰值较小,隔振频带较宽,但动态位移峰值与高频带的力传递率较大;串联式惯容准零刚度隔振器能拓宽准零刚度隔振器的隔振频带,高频带的力传递率都趋于零,但动态位移峰值与力传递率峰值较大。研究内容为将惯容器运用于准零刚度低频隔振领域具有理论指导意义。     

基于液压惯容器的ISD悬架性能分析与试验

针对机械式悬架存在的惯容器"背隙"的问题,提出一种基于液压惯容器的ISD(inerter-spring-damper,简称ISD)悬架。介绍了液压惯容器的结构及工作原理;建立了液压惯容器ISD悬架的整车模型,在matlab/simulink环境下,进行了压惯容器ISD悬架平顺性仿真;研究了液压惯容器ISD悬架在脉冲输入、随机路面输入作用下的动态性能。在此基础上,进行了液压惯容器ISD悬架台架试验,试验与仿真结果基本吻合。结果表明,与传统被动悬架相比,液压式惯容器ISD悬架可以有效降低车身垂直振动加速度。     

高速双螺母滚珠丝杠副轴向接触刚度研究

对双螺母预紧的滚珠丝杠副进行了接触受力分析,推导出接触变形的公式,建立了滚珠丝杠副的轴向刚度计算公式。研究分析了影响滚珠丝杠副轴向刚度的几个主要因素,包括预紧力、螺旋升角、接触角等,给出了这几个因素与滚珠丝杠副轴向刚度对应的关系曲线,为新型高速滚珠丝杠的合理设计提供了理论基础。     

高速机床滚珠丝杠副及其热特性分析

根据高速机床滚珠丝杠副结构组成特点和工作原理,结合高速切削实验结果,分析了引起滚珠丝杠副温升变形的主要热源及其影响因素,获得了温升随丝杠转速和预紧力的变化规律.基于能量守恒定律和傅里叶热传导定律,推导了滚珠丝杠副热传导微分方程并确定了其定解条件,建立了丝杠副温度变化的数学模型,为滚珠丝杠系统温度场仿真分析提供理论依据,可用于进一步研究高速进给系统热变形误差和提高定位精度.     

滚珠丝杠副关键加工尺寸误差与预紧转矩关系研究

预紧转矩是决定滚珠丝杠副可靠性的重要影响因素,目前预紧转矩的计算主要依据经验公式,理论计算值与实际预紧 转矩值误差较大。 为了准确计算滚珠丝杠副的预紧转矩,基于接触变形和载荷分布理论,分析关键加工尺寸误差对预紧转矩的 影响,建立中径误差、导程误差与滚珠丝杠副预紧转矩关系模型。 利用滚珠丝杠副导程误差、型面检测试验台测量不同型号丝 杠副的导程误差、中径值,通过导程误差、中径误差计算滚珠丝杠副的预紧转矩理论值。 利用滚珠丝杠副预紧转矩试验台测量 预紧转矩实际值,测量结果表明预紧转矩的理论计算值与试验值的相对误差为 0. 65% ~ 12. 18% ,均小于前人模型的 15. 07% ~ 43. 57% ,理论模型与实际预紧转矩的一致性较好,验证理论模型的正确性。     

滚珠丝杠进给系统的设计与安装

滚珠丝杠副传动是目前多数机床采用的进给系统传动方式,文中从滚珠丝杠副的设计和安装角度出发,讨论提高滚珠丝杠副定位精度及使用寿命的方法,着重介绍了丝杠选型、支撑方式选择、轴承座的设计、轴承预紧的选择、预拉伸量的计算及滚珠丝杠副的安装精度要求,为滚珠丝杠副的设计安装提供参考。     

丝杠-螺母预紧力对机床进给系统热特性的影响分析

滚珠丝杠作为机床进给系统最主要的定位、传动部件,其热变形直接影响着机床的加工精度。为了减小丝杠-螺母副预紧力对机床进给系统热特性的影响,以某高速五轴联动龙门加工中心的X向进给系统为研究对象,充分、合理地模拟实际工况,运用有限元分析软件对比分析丝杠-螺母副在不同预紧力情况下滚珠丝杠进给系统的温升以及变形情况,为机床滚珠丝杠设计阶段预紧力的选取提供理论指导。结果表明:丝杠-螺母副预紧力的变化对丝杠本身的温升影响不大,但对电动机端轴承的发热有较大影响。对于高速机床,选取5%或者8%的预紧力最佳。     

惯容-橡胶复合隔振器动力学建模及参数识别

针对惯容-橡胶复合隔振器已有数学模型不精确的问题,考虑隔振器的恢复力,建立基于力-位移关系的非线性数学模型。在力学特性试验的基础上,将Bouc-Wen模型应用于惯容?橡胶复合隔振器以模拟其迟滞特性,采用遗传算法对数学模型中的未知参数进行识别,利用不同幅值和频率的试验数据对结果进行检验,并应用Simulink工具箱对识别结果进行数值仿真验证。结果表明：遗传算法可以准确识别出模型中的未知参数,激励频率为0.1~5 Hz时,试验值和仿真值的上、下幅值最大偏差分别为7.9%和8.3%;在10 Hz频段内,通过模型得到的传递率与试验传递率之间的平均误差为8%,均与试验数据有较高吻合度,验证了惯容?橡胶复合隔振器Bouc-Wen模型的正确性。