随机啮合参数对MG500/1180-WD型采煤机截割部轮系振动的影响

为了研究随机啮合参数对采煤机截割部齿轮传动系统振动的影响,以MG500/1180-WD型采煤机为研究对象,综合考虑啮合刚度、啮合阻尼、综合误差、齿侧间隙等因素的影响,建立采煤机截割部齿轮传动系统纯扭转非线性动力学模型,将啮合刚度、综合误差、齿侧间隙和外部载荷作为随机变量,运用变步长Runge-Kutta方法对系统模型进行求解,得出了系统动态位移响应的均值和均方差。研究结果表明,太阳轮、行星轮的振动位移均值及均方差随着随机间隙、随机啮合误差、随机啮合刚度的离散程度增加而增大;且随机间隙对轮系振动位移的影响程度最大,随机啮合刚度次之,随机啮合误差最小。研究结果为采煤机截割部传动系统的结构优化及其工作稳定性的提高提供了理论依据。     

采煤机截割部机电传动系统动力学特性分析

针对采煤机截割机电传动系统动载荷大易于损坏的特点,提出一个行星齿轮变速过程扭转动力学模型,建立包含电动机、齿轮传动系统和滚筒的采煤机截割机电传动系统动力学模型,并对冲击载荷下采煤机截割机电传动系统的动力学特性进行仿真,研究电动机-齿轮传动系统的连接刚度和阻尼以及齿轮啮合刚度对采煤机截割机电传动系统动力学特性的影响,最后提出了减小采煤机截割部机电传动系统的动态啮合力冲击的方法,以减少采煤机截割传动系统的破坏。啮合冲击力可以分成两类:时变啮合刚度引起的啮合冲击力和冲击负载引起的啮合冲击力。可以通过减少啮合刚度的变化(比如采用人字齿轮)来降低时变啮合刚度引起的动态啮合力冲击;选取合适的电动机-齿轮传动系统连接阻尼和较小的电动机-齿轮传动系统连接刚度来减小冲击负载引起的动态啮合力冲击。     

含间隙的采煤机截割部传动系统的非线性动力学特性研究

为研究含间隙的采煤机截割部传动系统的非线性动力学特性,建立了考虑齿侧间隙的采煤机截割部齿轮系统动力学模型,并确立了模型中啮合刚度和阻尼的函数关系,运用变步长的Runge-Kuatt方法对动力学模型进行数值仿真,研究齿侧间隙对采煤机截割部传动系统各齿轮副啮合力的影响,结果表明:齿侧间隙增加了各齿轮副啮合力的变化量以及啮合频率倍频的幅值,齿侧间隙增大会增加啮合力的波动幅度会引起传动过程中的很大冲击力,加速齿面的磨损,同时齿侧间隙还会使齿轮由于过载而在齿轮中产生断齿。提高采煤机截割部齿轮传动系的稳定性与使用寿命,应降低其扭振程度与缩小齿侧间隙。本研究对齿轮传动系统的优化设计与研究提供理论基础。     

采煤机截割部摇臂齿轮传动系统动力学响应分析

采煤机截割部传动系统实际工况时很容易受到瞬时冲击力,从而产生剧烈振动,加速其薄弱环节的疲劳损伤破坏。现有研究仅以空载或均匀载荷下分析其动力学响应,没有考虑实际工况外部激励载荷以及非线性轴承刚度对齿轮传动系统动力学性能的影响。本文运用LS-DYNA软件对实际工况下的采煤机截割部外部激励载荷进行仿真模拟,同时建立基于ADAMS的截割部齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型。考虑截割部重载零部件的柔性效应、齿轮的啮合时变刚度、综合啮合误差、滚动轴承变刚度等因素,对实际工况下截割部齿轮传动系统各齿轮副的动态啮合力和各支撑轴的动态接触力进行分析,得到其在实际工况下的动力学响应。     

齿轮传动机构混沌与分叉的研究

针对混合动力汽车齿轮减速机构,建立了间隙型非线性动力学模型并采用变步长Runge-Kuua数值积分法进行了求解.在考虑齿侧间隙、时变啮合刚度和综合齿频误差激励的情况下,研究了系统激振频率、啮合阻尼比和静载荷等参数对动态响应的影响.利用位移响应时间历程、相平面图详细描述了系统在倍周期分岔道路上吸引子由规则运动到混沌运动的演化过程.结果表明:因变化阻尼比引起的周期倍化道路上存在吸引子突变现象.从理论上揭示了齿轮副非线性动力学行为的复杂性态.     

时变速度和阻尼激励下地铁齿轮传动系统的动力学响应分析

为探究地铁不同车速阻尼对传动系统非线性动力学响应的影响,建立地铁斜齿轮弯-扭-轴动力学模型,模型考虑了齿轮副啮合过程中产生的时变啮合刚度、啮合误差以及间隙非线性等系统参数,以及地铁运行工况下的外部参数。通过对六自由度系统微分方程的无量刚处理以及方程归一化,运用变步长四阶Runge-Kutta数值积分法对齿轮动力学模型进行数值分析,获得齿轮系统动态响应状态图。借助时间历程图、相平面图、庞加莱截面图和分岔图等系统状态判定标准,定性分析系统激励频率、啮合阻尼比变化下系统周期运动、拟周期运动、分岔和混沌运动等的演化历程。结果表明,当地铁高速运转、啮合阻尼比大时斜齿轮传动系统运动稳定。最后通过实验验证了其正确性。     

两级行星轮系分岔与混沌特性研究

建立了某设备两级行星齿轮传动系统非线性纯扭转动力学模型,模型在综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙与综合啮合误差等强非线性因素的基础上,推导出系统在广义坐标下的量纲一动力学方程,并采用数值积分方法对方程组进行求解,得到了系统的非线性动态响应结果,综合运用分岔图、相空间轨线和Poincáre截面研究了激励频率、啮合阻尼比对系统分岔与混沌特性的影响。结果表明：多级行星轮系在高速轻载工况下,由于齿侧间隙与时变啮合刚度等非线性因素的耦合作用使其具有丰富的非线性动力学特性;系统随激励频率的变化出现简谐运动、非简谐周期运动、拟周期运动和混沌运动等多种运动状态;系统通过Hopf分岔等多种途径由周期运动进入混沌运动;增大系统啮合阻尼比可使系统复杂运动状态区间缩小,稳定周期运动状态区间扩大。     

采煤机截割部传动系统刚柔耦合动力学仿真分析

针对采煤机截割部传动系统动态特性问题,从刚柔耦合多体动力学理论出发,根据采煤机截割部传动系统的传动原理和结构参数,对采煤机截割部传动系统动态特性问题进行研究。以RecurDyn软件为仿真平台建立了采煤机截割部齿轮传动系统刚柔耦合动力学模型。模型充分考虑传动轴各方向的柔性特征,以滚筒三向截割力为激励载荷,计算出传动系统中各齿轮啮合力、各轴应变及轴承连接处的接触。研究结果表明:第11对齿轮啮合力最大,为11 272 634.4N。轴承最大接触力发生位置为轴5上的轴承1,为912 317.98N。研究结果为传动系统的优化设计及疲劳寿命预测提供依据。     

采煤机截割部传动系统建模与动力学分析

基于刚柔耦合多体接触动力学理论,对采煤机截割部传动系统进行了系统的研究,并以Recur Dyn为平台建立了包含传动系统齿轮,轴承和传动轴的采煤机截割部模型。考虑传动轴的柔性特性,建立采煤机截割部刚柔耦合传动系统。对系统中各零件之间接触参数进行设定,并进行动力学仿真分析,直观动态的描述了采煤机传动系统的工作过程。研究结果表明:第12对齿轮啮合力最大,其值为1 808 210. 8 N。轴4应变值最大,为0. 081。揭示了刚柔耦合系统和刚性系统在齿轮啮合力曲线及其频域信息的不同之处,为传动系统的优化设计及疲劳寿命预测提供依据。     

考虑啮合刚度随机扰动的斜齿轮系统分岔特性研究

为了研究时变啮合刚度的随机扰动对斜齿轮传动系统动力学的影响,基于牛顿定律,建立单对6自由度斜齿轮传动系统的随机动力学模型并进行无量纲化处理。结合系统的分岔图、庞加莱映射图、李雅普诺夫指数图、相图和时间历程曲线图,对考虑啮合刚度随机扰动的斜齿轮传动系统的分岔特性进行分析。数值仿真分析结果表明,斜齿轮的时变啮合刚度在不断增大时,斜齿轮传动系统逐渐从周期运动通过倍化分岔变为混沌运动;随机扰动的增大使系统分岔特性发生变化,提前分岔进入混沌,对系统产生本质影响,故在设计时需选择合理参数,保证系统稳定性。     

Identification of bearing dynamics under operational conditions for chatter stability prediction in high speed machining operations

Chatter is a major problem causing poor surface finish, low material removal rate, machine tool failure, increased tool wear, excessive noise and thus increased cost for machining applications. Chatter vibrations can be avoided using stability diagrams for which tool point frequency response function (FRF) must be determined accurately. During cutting operations, due to gyroscopic moments, centrifugal forces and thermal expansions bearing dynamics change resulting in tool point FRF variations. In addition, gyroscopic moments on spindle–holder–tool assembly cause separation of modes in tool point FRF into backward and forward modes which will lead to variations in tool point FRF. Therefore, for accurate stability predictions of machining operations, effects of operational conditions on machine tool dynamics should be considered in calculations. In this study, spindle bearing dynamics are identified for various spindle rotational speeds and cutting forces. Then, for a real machining center, tool point FRFs under operating conditions are determined using the identified speed dependent bearing dynamics and the mathematical model proposed. Moreover, effects of gyroscopic moments and bearing dynamics variations on tool point FRF are examined separately. Finally, computationally determined tool point FRFs using revised bearing parameters are verified through chatter tests.     

3－TRS型并联机器人的动力学研究

基于达朗伯原理和等效力方法建立了３－ＴＲＳ型并联机器人的动力学模型，写出了其正向动力学与反向动力学方程，讨论了两种方程的解法并给出了数值例。     

3－TRS型并联机器人的动力学研究

基于达朗伯原理和等效力方法建立了３－ＴＲＳ型并联机器人的动力学模型，写出了其正向动力学与反向动力学方程，讨论了两种方程的解法并给出了数值例。     

机床结构动态性能研究综述

阐述了机床结构动态性能的研究范围,从整机动态性能、关键部件动态性能,以及结合部动态性能三个方面,论述国内外学者对机床结构动态性能的研究现状并进行分析,给出了进一步研究的建议。     

Effect of baffles on orbital accelerations - Induced bubble oscillations in microgravity

The behavior of sloshing dynamics modulated fluid systems driven by the orbital accelerations including gravity gradient and jitter accelerations with partially-filled rotating fluids has been studied. Present study is applicable to a full-scale Gravity Probe-B Spacecraft dewar tank with and without baffle. Results of slosh wave excitation along the liquid—vapor interface induced by jitter acceleration-dominated orbital accelerations provide a torsional moment with an up-and-down movement of bubble oscillations in the rotating dewar. The results show rightward and leftward movement of bubble oscillations transverse to the rotating axis, and up-and-down movement of bubble oscillations longitudinal to the rotating axis of dewar container. The orbital accelerations also induce an eccentric contour of bubble oscillations in a horizontal r—θ plane. As viscous force between liquid—solid interface, and surface tension force between liquid—vapor—solid interface can greatly contribute to the damping effect of slosh wave excitation, the rotating dewar with baffle provides more areas of liquid—solid and liquid—vapor—solid interfaces than that of a rotating dewar without baffle. Results show that the damping effect provide by a baffle reduce the amplitude of slosh wave excitation and reduce the degree of asymmetry in liquid—vapor distribution. Computation of bubble (helium vapor) mass center fluctuations also verifies that a rotating dewar with baffle produces less fluctuations than that of a rotating dewar without baffle.     

半挂汽车列车横向失稳的非线性动力学机制

半挂汽车列车载运工况变化较大,横向失稳机制复杂,给整车及稳定性控制系统的开发设计带来困难。应用非线性动力学的相关理论,研究半挂汽车列车在极限操纵工况下的平衡点分岔、相轨迹和Hopf分岔特性以及与载运工况的关系;在此基础上,结合不足转向梯度和系统阻尼特性对不同横向失稳形式的发生机制进行探讨。结果表明,载运工况的变化可能导致系统出现鞍结分岔、Hopf分岔和同宿轨道等非线性动力学现象;牵引车后轴侧滑而导致折叠是半挂汽车列车主要的横向失稳形式,挂车甩尾与折叠密切相关,挂车甩尾会同时加剧牵引车侧滑而加剧折叠,横向摆振与Hopf分岔密切相关,一般仅在载重较大且半挂车质心显著靠后才可能发生,且横向摆振失稳一般都会进一步发展到折叠而完全失控,选择牵引车横摆角速度和挂车侧偏角为控制变量设计稳定性控制系统有望取得较好的效果。     

基于Huston多体系统逆动力学的主动控制方法分析

Ｈｕｓｔｏｎ矩阵形式的多体系统动力学描述兼有力法和能量法的循特点,可直接应用Ｌｙａｐｕｎｏｖ稳定性理论对其描述的系统进行了分析,Ｈｕｓｔｏｎ方法较之Ｌａｇｒａｎｇｅ能量方法的分析过程简单,无需求混合偏导数,有形式简单、直观、规范的特点、实验证明这种分析方法的正确性和这种控制方法的有效性。     

柔性齿轮系统的多体动力学仿真研究

以渐开线齿轮为例,通过程序求得渐开线上的关键点,又在ANSYS中通过关键点创建齿轮渐开线,建立齿轮的有限元模型,导入到ADAMS中进行多体动力学仿真。通过ADAMS和ANSYS的结合,成功地实现了柔性齿轮系统动力学的仿真计算,使仿真结果更加贴合实际。实例表明,该柔性体仿真方法对包括齿轮机构存内的复杂机械系统的多体系统动力学仿真具有一定的参考意义。     

A three-dimensional model for the dynamics of micro-endmills including bending, torsional and axial vibrations

Attainable geometric accuracy and surface finish in a micromilling operation depends on predicting and controlling the vibrations of micro-endmills. The specific multi-scale geometry of micro-endmills results in complexities in dynamic behavior, including three-dimensional vibrations, which cannot be accurately captured using one-dimensional (1D) beam models. This paper presents an analytically based three-dimensional (3D) model for micro-endmill dynamics, including actual cross-section and fluted (pretwisted) geometry. The 3D model includes not only bending, but also coupled axial/torsional vibrations. The numerical efficiency is enhanced by modeling the circular cross-sectioned shank and taper sections using 1D beam equations without compromising in model accuracy, while modeling the complex cross-sectioned and pretwisted fluted section using 3D linear elasticity equations. The boundary-value problem for both 1D and 3D models are derived using a variational approach, and the numerical solution for each section is obtained using the spectral-Tchebychev (ST) technique. Subsequently, component mode synthesis is used for joining the individual sections to obtain the dynamic model for the entire tool. The 3D model is validated through modal experimentation, by comparing natural frequencies and mode-shapes, for two-fluted and four-fluted micro-endmills with different geometries. The natural frequencies from the model was seen to be within 2% to those from the experiments for up to 90 kHz frequency. Comparison to numerically intensive, solid-element finite-elements models indicated that the 3D and FE models agree with less than 1% difference in natural frequencies. The 3D-ST model is then used to analyze the effect of geometric parameters on the dynamics of micro-endmills.     

柔性多体系统动力学的递推建模与算法

基于将２种变量的耦合运算降低到最少的数学模型的建立,是解决柔性多体系统动力学数值病态的关键。提出一种柔性多体系动力学的单向递推建模方法。在此基础上提出了一种新的违约校正方法,在数值计算上给予保证,最后,通过对一个闭环柔性多体系统的动力学与控制仿真计算的实现,表明上述方法的可行性。