某巡检车传动系的设计

以上海磁浮轨道巡检车传动系的设计为例,用二阶常微分方程来描述传动系扭转振动系统。为避免剧烈的扭转自激振动,应用环域定理,提出了工程上的全局稳定性条件。该条件保证在任何初始滑转率下,扭转自激振动的振幅接近0。     

PHENOMENON OF CARVED DRIVING WHEELS

A newly found phenomenon of carved driving wheels of a rear-wheel-drive tractor used in an airport is discussed. The circum of every driving wheel is damaged at three regions,which distribute regularly and uniformly. Everyday,the tractor tows a trailer which are times heavier than the tractor,and moves on the same road in the airport. The phenomenon is explained by the torsional self-excited vibration system of the powertrain. The simplified torsional vibration system is discribed by a 2-order ordinary differential equation,which has a limit circle. Experiments and numerical simulations show the followings: Because of the heavy trailer,the slip ratio of the tractor’s driving wheels is very large. Therefore,there is severe torsional self-excited vibration in the tractor’s drivetrain,and the self-excited vibration results in severe and regular fluctuations of the rear wheel’s velocity. The severe fluctuations in velocity fastens the damage of the driving wheels. At the same time,the time interval in which an arbitrary point in the circum of the driving wheel contacts with the road twice is two times more than the period of the torsional self-excited vibration,and this times explained the existence of three damaged regions. At last,it points out that the phenomenon can be avoided when the torsional damping is large enough.     

机车打滑时轮对纵向振动研究

轮轨粘着曲线负斜率会导致传动系统强烈的自激扭转振动,引起轮轨粘着系数周期性的变化,从而会导致轮对纵向振动,轮对纵向振动与轮对粘滑振动耦合作用导致机车复杂的动力学行为。建立机车单轮对传动系统简化模型,考虑轮对回转及纵向自由度。通过数值仿真,再现了平均蠕滑率超过临界蠕滑率时,传动系统扭转振动及轮对纵向振动相轨迹,并计算传动系统扭转和轮对纵向振动频率,利用图解法分析纵向振动机理。结果表明,当机车打滑时,轮对纵向振动为自激振动,轮对纵向振动频率为传动系统扭转固有频率整数倍,且为两倍时振动幅值最大。因此需要合理设置轮对纵向定位刚度等参数,避免打滑时引起的轮对强烈的纵向振动。     

Coupled bending and torsional vibration of a rotor system with nonlinear friction

Unacceptable vibrations induced by the nonlinear friction in a rotor system seriously affect the health and reliability of the rotating machinery. To find out the basic excitation mechanism and characteristics of the vibrations, a coupled bending and torsional nonlinear dynamic model of rotor system with nonlinear friction is presented. The dynamic friction characteristic is described with a Stribeck curve, which generates nonlinear friction related to relative velocity. The motion equations of unbalance rotor system are established by the Lagrangian approach. Through numerical calculation, the coupled vibration characteristics of a rotor system under nonlinear friction are well investigated. The influence of main system parameters on the behaviors of the system is discussed. The bifurcation diagrams, waterfall plots, the times series, orbit trails, phase plane portraits and Poincaré maps are obtained to analyze dynamic characteristics of the rotor system and the results reveal multiform complex nonlinear dynamic responses of rotor system under rubbing. These analysis results of the present paper can effectively provide a theoretical reference for structural design of rotor systems and be used to diagnose selfexcited vibration faults in this kind of rotor systems. The present research could contribute to further understanding on the self-excited vibration and the bending and torsional coupling vibration of the rotor systems with Stribeck friction model.     

轧机自激振动诊断和结构动力学修改

轧机是计算机控制的复杂机电系统。由于设计问题、结构损伤或系统故障,在某种条件或干扰下,可能产生持续自激振动。轧机的这种运行故障严重影响产品质量,损坏设备,甚至使生产中断。提出一种基于多参数同步综合测试、系统辨识和动力学分析与修改的综合方法,从试验与理论上分析了轧机产生自激振动的原因与消除方法。在研究的工程实例中,由辊缝位移传感器安装结构的动力学特性造成辊缝位移信号的响应延迟,引发板厚液压控制系统(AGC)非线性自激振动,从而产生整机持续的剧烈强迫振动。通过结构动力学修改,最大限度地减小位移反馈信号的延迟时间,大幅度地提高了系统的闭环稳定性,消除了正常工作条件(或正常扰动)下的自激振动,从而保证了轧机高效、稳定地工作。     

摩擦自激振动主要参数摩擦力矩的测定

摩擦自激振动是工程中普遍存在的且有着重要影响的一种振动形式,已越来越为人们所关注。在分析并建立了摩擦自激振动力学模型的基础上,提出了一种摩擦自激振动主要参数摩擦力矩测定的简单易行的有效方法,并进行了摩擦力矩的测定,从而验证了该方法的正确性。     

单刃刚性镗铰刀加工系统自激振动的分析

文中建立了单刃刚性镗铰刀的数学模型,分析了单刃刚性镗铰刀铰削加工中自激振动的产生机理,研究了导向块与孔壁间的摩擦特性对自激振动的影响,为抑制自激振动提供依据。     

硅油-橡胶复合阻尼式扭转减振器的设计方法及实验分析

降低发动机扭转振动的方法之一是加装曲轴扭转减振器。而传统的纯橡胶阻尼式曲轴扭转减振器由于其橡胶材料的滞后角普遍较小,因此不能在较宽的频域范围内提供适当的阻尼,导致其减振、隔振的效果较差。介绍了硅油-橡胶复合阻尼式扭转减振器的结构,建立了该扭转减振器的力学模型并提出了基于粒子群优化方法的设计参数优化方法。计算结果表明,优化后的系统中曲轴的扭转振动幅值降低,并通过实验验证了硅油-橡胶复合阻尼式扭转减振器控制发动机曲轴扭转振动的有效性。     

Simple apparatus for measuring the dynamic shear modulus of cylindrical specimens

An apparatus is decribed which has been used to determine the shear modulus of cylindrical specimens vibrating in the torsional mode. The specimens are maintained in self-excited vibration by an eddy-current driver, an eddy-current pickup, and a feed back circuit consisting of a phase-locked-loop and an amplitude control module. The system has a frequency stability of 1 part in 10(6) for high-Q materials (a few thousand) in the audio range. In addition, it can automatically track frequency changes of a few percent with negligible error in phase or frequency.     

中厚板轧机垂直振动研究

建立了6自由度的4200轧机垂直振动系统的动力学模型,并用Matlab对其进行了动态分析和仿真,分析了轧制力随时间变化的7种工况下的系统响应,得出了影响轧机垂直方向自激振动的因素,从而为轧制过程中避免产生垂直方向自激振动提供了可靠的理论依据.     

电动机--复合材料连杆机构系统的动态响应

以三相交流电机——含三维编织纤维复合材料构件的连杆机构系统为研究对象,根据电机轴存在横振和扭振这种普遍情形以及三维编织复合材料的细观结构及特点,应用有限单元法建立了包含复合材料参数、电磁参数和机构的结构参数的系统动态方程,推导出了系统的自激惯性力,得出了自激惯性力及系统的非线性特性,通过研究发现了该系统的动态响应不仅与复合材料的细观结构参数与组分材料参数、连杆机构的结构参数和电机的电磁参数有关,而且还与电机轴的横振有关。最后通过实例仿真进行了验证。     

考虑公差的扭转动力吸振器不确定性优化设计

建立了带扭转动力吸振器的动力传动系统模型,考虑了动力传动系统与后桥的耦合作用,推导了带扭转动力吸振器的动力传动系统振动动力学方程;对扭转动力吸振器的影响进行研究,分析了加入扭转动力吸振器后动力传动系统自由振动和强迫振动性能的变化及其原因;将区间不确定性优化模型引入动力传动系统振动分析中,保证了不同制造条件和使用工况下扭转动力吸振器均能最大程度发挥其作用,且允许扭转动力吸振器参数存在宽松的设计公差。     

地铁轨道曲线半径与钢轨波磨的相关性研究

现有地铁线路钢轨波磨80%以上出现在小半径曲线轨道内股钢轨上,而大半径曲线和小半径曲线外股钢轨几乎没有出现钢轨波磨。为了探索这一现象深层次的原因,基于摩擦自激振动导致钢轨波磨的机制,分别建立Simpack车辆多体动力学曲线通过模型和轮轨系统ABAQUS有限元摩擦自激振动模型,采用复特征值分析法对不同曲线半径轨道的钢轨波磨进行研究。结果表明:随着曲线轨道半径增大,摩擦自激振动产生的概率减小,即钢轨波磨发生概率下降,且钢轨波磨主要出现在低轨上而高轨较少;随着曲线半径增大,在曲线半径400~450 m范围内,轮轨蠕滑力逐渐由饱和状态变为不饱和状态;蠕滑力饱和时轮轨系统有可能出现摩擦自激振动,即产生钢轨波磨,当蠕滑力不饱和时,轮轨系统就不会出现摩擦自激振动,因而大概率不会发生钢轨波磨。     

行星耦合PHEV模式切换过程全频段瞬态扭振特性分析与主动抑制

混合动力车辆模式切换过程中存在多源宽频段激励耦合,进而引发较大瞬态扭振,严重影响驾驶品质。以行星耦合PHEV为研究对象,建立考虑非线性啮合刚度、齿侧间隙以及离合器滑摩的混动系统瞬态扭振模型,选取混合动力车辆行车中启动发动机的典型工况,基于连续小波变换理论,展开各激励因素在全频段下对系统扭振影响特性分析,进一步设计考虑齿轮扭振特性的混杂模型预测控制器,进行宽频段瞬态扭振主动抑制。结果表明,齿轮间隙造成的脱齿-碰撞现象,加剧车辆模式切换过程中10～100 Hz低频扭振(整车层面纵向冲击),同时引发系统10～100 kHz高频扭振(耦合机构层面转矩振荡),而齿轮非线性刚度波动则主要集中在对系统高频扭振的影响。据此建立的考虑齿轮扭振特性的混杂模型预测控制器,将整车冲击度峰值降低47.8%、切换过程高频扭振方均根值降低33.2%,有效提升了驾驶舒适性和混合动力耦合装置使用寿命。     

物料装载工况刮板输送机纵扭耦合振动分析

为提高刮板输送运行可靠性,研究了刮板输送机纵向与扭摆耦合振动特性。基于Voigt模型和逐点张力法建立刮板链条体系的扭摆振动分析模型,研究货载激励作用下激励作用点前后方有无物料的刮板链条体系扭摆振动特性。以求解可靠性和精度为前提,研究物料装载工况的扭摆振动影响区域和衰减特性,确定沿线不同区段扭摆振动单元的刮板最大数量,构建扭摆振动缩略模型。建立刮板链条体系的纵向与扭摆耦合振动力学模型,研究货载激励作用下刮板链条体系纵向与扭摆振动特性。理论和实验研究表明:物料装载工况下,货载激励引起激励施加处最大值为119.5%的刮板速度波动和78.6%的张力波动;在货载激励单元区段内两根链条的张力差最大为8.6%,并且初始时刻无物料情况下,货载激励引起的扭摆振动更明显。     

汽车离合器接合过程中的稳定性分析研究

建立了AMT离合器接合过程的五自由度动力学模型,建立了离合器状态转化逻辑真值表,对离合器的接合过程进行了稳定性分析,并在MATLAB/SIMULINK中进行了仿真。稳态分析和动态仿真结果说明,在离合器接合过程中,当离合器摩擦系数变化率趋于负值时,系统接合过程不稳定,出现自激振动,同时离合器接合压力的波动也会增加自激振动的可能性,最后为离合器的优化和控制提出了合理建议。     

基于加速度反馈的平面3-RRR柔性并联机器人自激振动控制

平面3-RRR柔性并联机器人在精密定位、物料搬运、宏微结合等领域有着广泛应用,其在运行到某些区域时容易产生自激振动,这极大地影响了系统的精度和稳定性。为了有效抑制并联机器人的自激振动,在并联机器人试验平台上搭建了振动加速度测量系统,利用加速度传感器和伺服电动机实现闭环反馈以及自激振动主动控制。对平面3-RRR柔性并联机器人特定奇异位置自激振动的机理进行分析,考虑加速度信号滤波以及信号传输和处理等因素引起的相位滞后,采用移相技术,给出了基于加速度反馈的控制算法,对平面3-RRR柔性并联机器人的自激振动进行了主动控制试验研究。理论和试验结果表明：提出的基于加速度反馈的主动控制方法能够在奇异位置处有效抑制并联机器人的自激振动。     

基于约束方程的十字万向轴扭转振动计算模型

万向轴传动由于附加力矩会对传动系统产生强迫振动,为了避开传动系统扭转共振,需要对万向轴传动系统进行计算分析,合理选取结构参数。利用约束方程表示万向铰传动特点,并用有限单元法建立双万向轴扭转振动动力学模型,通过数值仿真得到万向轴传动系统扭转振动数值解。计算结果表明:模型能够计算万向轴附加力矩引起的强迫振动,可用于万向轴传动系统扭转振动分析。     

闸片沟槽织构对盘式制动尖叫的影响

为研究制动闸片沟槽织构对盘式制动系统制动尖叫的影响,基于摩擦自激振动理论,建立盘式制动系统普通闸片和沟槽闸片有限元模型,采用复特征值分析法研究该盘式制动系统的摩擦自激振动特性。利用该有限元模型开展沟槽的宽度和深度的参数化分析,获得其对制动尖叫的影响规律。结果表明：制动闸片与制动盘间的摩擦自激振动是导致制动尖叫发生的主要原因,沟槽型闸片对抑制制动尖叫具有明显效果;当闸片沟槽深度在5~20 mm区间内,盘式制动系统的稳定性随沟槽深度的增大而呈现逐渐降低的趋势,表明沟槽深度越小,发生摩擦自激振动的可能性越小;在沟槽宽度5~20 mm范围内,随沟槽宽度的增大,盘式制动系统的稳定性先增大后降低,在沟槽宽度为10 mm时,系统发生制动噪声的可能达到最大。     

某矿用车橡胶式扭振减振器的优化设计研究

针对某矿用车的传动轴断裂问题,通过对其发动机轴系扭振状况的研究,利用传统双扭摆模型求取了橡胶式扭振减振器基本参数,据此设计的减振器在理论上达到了减小轴系扭转振动的目的,可用于解决由发动机激励引起的传动轴扭振过大问题.