轻载装载机变速箱振动特性分析与试验

为了给装载机变速箱减振降噪提供依据,通过集中参数和有限元法相结合的方式对变速箱进行振动分析。综合考虑液力变矩器激励、齿轮系统内部激励等因素,建立装载机变速箱传动系统的弯-扭耦合动力学模型,求解得到各轴承的动态支反力;建立箱体有限元模型,进行模态分析,以轴承动态支反力为激励,在模态的基础上进行箱体谐响应分析,得到箱体在激励下的振动响应,选择箱体表面的振动测点,分析测点的振动加速度,找到并分析振动峰值及对应振型;最后进行变速箱振动试验,验证仿真的正确性。结果表明：传动系统的激励主要集中在输入和输出平行轴齿轮处,传动系统和箱体振动的峰值频率均和齿轮啮合频率相近,变速箱箱体振动较大的位置位于箱体的底部。试验与仿真对比,试验中存在和仿真相近的峰值频率,仿真和试验所得的振动加速度均方根误差值小于20%,验证了仿真的正确性。     

工况下齿轮变速箱的低噪声优化方法研究

提出了一种综合方法能够计算来自变速箱稳定的动态响应和噪声辐射。该方法在考虑时变啮合刚度、齿轮误差和轴承箱体的情况下建立圆柱齿轮传动系统的动力学模型,通过求解数学模型获得动态轴承力的数据。此外,以轴承负载力的数据为激励,数值模拟计算出变速箱的振动和噪声辐射,随着节点动态响应时间的变化,获得了变速箱的噪声频谱和共振频率范围。最后,计算了变速箱面板的共振的频率范围。基于变速箱面板声学贡献分析和振型的结论,对两个齿轮箱的刚度进行了改善。对比分析齿轮箱噪声辐射,确认该方法能有效降低噪声的产生,对变速箱的设计提供了有用的理论指导。     

一种轧辊静压轴承的瞬态响应分析方法

静压轴承是轧机轧辊中承受径向载荷最直接的部件。对轧辊静压轴承进行瞬态响应分析是轧机设计的关键环节,其动力学特性直接影响到轧机的生产效率及轧制精度。本文在建立静压轴承的Reynolds方程及其边界条件的基础上,分析静压轴承的流量连续状态,并联合能量方程和温-粘关系方程对Reynolds方程进行迭代求解。在考虑油膜力的非线性条件下,运用动态油膜力代替线性刚度、阻尼系数,建立静压轴承的动力学方程,并采用Newmark-β法迭代求解该方程,得到了静压轴承的瞬态响应,为静压轴承动力学分析提供一种新思路。以某型号四腔静压轴承为例进行了瞬态响应计算,结果验证了本方法在进行静压轴承瞬态响应分析的有效性。     

三自由度并联机床动力学响应研究

为了优化机床结构,提高整机静动态性能,针对一种三自由度并联机床进行了动力学响应研究。应用三维建模软件,建立了该并联机床整机的几何模型,依托有限元分析软件ANSYS Workbench建立了整机有限元模型,对其进行了模态分析,得到了机械结构前20阶固有频率和振型,分析结果表明,机床低阶频率偏低。为了研究机床各阶频率对动态载荷的响应情况,在模态分析基础上对整机结构进行了谐响应分析,得到了动平台与万向铰链沿着空间各个方向的位移响应曲线,指出了机床第3阶和第8阶固有频率对机床的动态性能影响最大,支链和万向铰链是影响机床动态性能的关键结构件。为了了解并联机床抵抗冲击载荷能力,对整机进行了瞬态分析,得到了机床动平台位移、速度时间响应曲线,以及支链在冲击载荷下的平均应力变化情况。所有动态响应分析数据为机床结构优化提供了理论依据。     

飞剪齿轮箱非线性有限元分析

针对某轧钢厂棒材曲柄飞剪齿轮箱焊接处产生的裂纹问题,采用有限元法进行计算。建立了箱体的整体装配模型,计算出10个轴承孔处的受力大小和方向,按正弦规律施加在轴承孔内表面;同时在各实际接触部位设置接触单元,并考虑螺栓的预紧力,对箱体进行机械应力计算。计算结果表明箱体整体静强度满足要求,正常工作时不会产生疲劳开裂,开裂原因需进一步分析箱体的动态杼『生确定。     

并联柔性机构失谐动态响应分析方法

为了探索周期机构在失谐时的非线性动态响应,尤其是柔性机构在失谐情况下高度非线性的运动学和动力学参数动态响应,提出了基于Monte Carlo方法的柔性周期机构失谐动态响应分析方法,以并联机构为例对多种失谐情况进行了动态响应对比分析,初步探讨了失谐量与失谐动态响应变化的规律。结果表明,周期机构普遍存在失谐现象,失谐动态响应与失谐量之间为非线性关系,存在动态响应局部化现象。     

风力机主轴承刚柔多体接触动力学动态特性分析

为揭示多动态参数激励下兆瓦级风力机主轴承的动态特性,考虑空间柔性机构大范围运动与弹性体自身小范围变形的影响,对主轴承进行参数化分析并联合动载荷作用下的动力学方程进行数值求解。以兆瓦级风力机主轴承为研究对象,建立刚柔多体接触模型,进行仿真并验证模型的正确性与可靠性。结果表明:通过分析主轴承刚柔多体接触动力学特性,可得到风力机运转过程中主轴承各部件之间的动态响应特性、不同工况下柔性体的接触力变化规律以及阵风阶段内圈的受力危险位置。研究结果为风力机主轴承的结构优化提供参考。     

狭缝节流空气轴承-转子系统稳定性分析

为研究狭缝节流空气静压轴承-转子系统在阶跃载荷作用下的稳定性,结合流体力学和转子动力学方程,利用动网格技术,充分考虑转子在流场作用下的非线性运动,建立轴承-转子动态耦合计算模型。利用流固耦合方法得到系统在瞬态和稳态下的轴心轨迹和流场分布。通过分析计算得到载荷作用下系统的轴心轨迹和轴承内部流场分布云图,并引入时域参数对系统的稳定性进行分析。通过改变空气轴承结构参数,研究特定转速下不同轴承参数对系统瞬态响应阶段快速性和稳定性的影响规律。结果表明：通过控制轴承的狭缝间距、深度和宽度等参数,能够改善系统的动态稳定性。     

50kJ液压模锻锤机架的结构静力学及瞬态响应分析

对50kJ液压模锻锤机架进行了受力与静态的有限元结构分析,并对计算结果进行了分析评价,得出机架的应力和位移分布规律,并获取应力集中部位;同时对液压模锻锤机架进行了动态响应分析,通过研究机架在给定动载荷激振下所产生的响应,揭示了机架在动态载荷下的应力和位移随时间变化的规律及机架的动态性能优劣;对静动态载荷下的计算结果进行了比较,得出机架在静态和动态载荷下的应力和位移分布规律基本一致,但大小不同的结论;对试验结果进行了验证。     

基于响应面优化法的变速箱壳体结构优化设计

针对某工程用变速箱壳体轻量化问题。基于Solidworks建立其三维模型并联立ANSYS对壳体进行静态分析,得到壳体的应力、变形云图,从而确定壳体危险点的位置及力学变化特性,同时通过第四强度理论对壳体进行强度校核,在保证强度的基础上利用响应面优化法对壳体进行优化设计,通过输入变量与输出变量的灵敏度关系,以壳体质量最小、总变形最小和应力最小为优化目标并建立变速箱壳体结构优化模型,对壳体进行尺寸优化设计,依据有限元响应面优化结果,确定了优化后变速箱壳体模型。优化结果表明,优化后壳体的应力和变形基本没有变化,重量减轻了6.03%,为变速箱壳体结构轻量化设计提供参考。     

空气静压主轴有限元建模及动态特性研究

为提高空气静压轴承支撑的空气静压主轴的动态工作性能,文章利用Fluent计算出了空气静压轴承在不同供气压力下气膜刚度,利用Ansys Workbench中的轴承单元和弹簧—阻尼单元模拟轴承支承,对主轴系统进行了模态分析和动态响应分析,得到不同供气压力下主轴系统的固有频率、振型以及激振力作用下的位移幅频动态响应曲线。结果表明,随着供气压力的增加,轴承气膜刚度增加,且对主轴系统的低阶模态和高阶模态影响不同。另外随着气膜刚度增加,谐振频率逐渐增大、振幅减小,系统抵抗受迫振动能力逐渐增强。研究结果为提高空气静压主轴的动态性能提供了一定的理论依据。     

不对中-碰摩转子系统动力学响应分析

建立不对中-碰摩-不平衡条件下的滑动轴承-转子系统动力学模型,综合考虑不对中、滑动轴承油膜力、转盘偏心量和碰摩等一系列强非线性的耦合。运用C语言环境下的四阶Runge-Kutta数值积分法,引入碰撞振子系统的分析方法对转子系统的碰摩分岔转迁行为进行分析,同时引入最大碰摩力和占空比概念对转子模型的参数变化引起的系统响应进行量化表征。结果表明：不对中故障导致转子系统产生2×、4×等偶数倍频率,并且2×频率幅值不随转速和系统参数的改变发生变化;轴承间隙和润滑油黏度的改变对系统响应产生了显著影响,具体表现为系统的稳定性随着轴承间隙的减小和润滑油黏度的增大而提高,特别是润滑油黏度的增大使得系统一、二阶临界转速明显增大。     

基于传递函数辨识的超声辅助微钻削轴向力动态模型

超声辅助微钻削过程中的动态钻削力严重影响刀具磨损以及微孔质量。通过建立动态钻削力模型,对超声辅助微钻削过程中的钻削力进行预测与控制,以达到提高刀具寿命以及微孔质量的目的。提出一种基于传递函数辨识的轴向力动态模型建立方法。在UAMD中,根据不同进给量时的钻削参数得到轴向力时间响应参数;通过系统辨识的方法对钻削系统进行建模,得到轴向力的原始传递函数模型;根据初步验证的结果和对传递函数频域的分析,采用多项式拟合的方法对模型的极点和增益进行修正;将优化后的数学模型转化为状态空间,得到超声辅助微钻削的轴向力动态响应模型。实验结果表明：优化后的动态模型与实验轴向力的时域响应吻合程度高。     

立式转子跌落在保护轴承上的碰撞特性

保护轴承用于支承主动磁悬浮轴承系统中高速跌落的悬浮转子,其抗冲击性能直接影响磁悬浮轴承系统的安全性和可靠性.为研究立式主动磁悬浮轴承系统中保护轴承的抗冲击性能,以满装混合陶瓷球轴承作保护轴承,对转子-保护轴承系统进行受力分析,建立转子-保护轴承的动力学模型.利用多体动力学软件对转子跌落到保护轴承过程中保护轴承所受的碰撞...     

Dynamic response analysis in end milling using pre-twisted beam finite elements

This paper develops an analytical model for estimating the dynamic responses in end milling, i.e. dynamic milling cutter deflections and cutting forces, by using the finite-element method along with an adequate end milling-cutting force model. The whole cutting system includes the spindle, the bearings and the cutter. The spindle is modelled structurally with the Timoshenko-beam element, the milling cutter with the pre-twisted Timoshenko-beam element due to its special geometry, and the bearings with lumped springs and dampers. Because the damping matrix in the resulting finite-element equation of motion for the whole cutting system is not one of proportional damping due to the presence of bearing damping, the state-vector approach and the convolution integral is used to find the solution of the equation of motion. To assure the accuracy of prediction of the dynamic response, the associated cutting force model should be sufficiently precise. Since the dynamic cutting force is proportional to the chip thickness, a quite accurate alogorithm for the calculation of the variation of the chip thickness due to geometry, run-out and spindle-tool viration is developed. A number of dynamic cutting forces and tool deflections obtained from the present model for various cutting conditions are compared with the experimental and analytical results available in the literature, good agreement being demonstrated for these comparisons. The present model is useful, therefore, for the prediction of end milling instability. Also, the tool deflections obtained using the pre-twisted beam element are found to be smaller than those obtained using the straight beam element without pre-twist angle. Hence neglecting the pre-twist angle in the structural model of the milling cutter may overestimate the tool deflections.     

滚动导轨智能组合单元结合部动态特性研究

以滚动导轨智能组合单元为研究对象,借助赫兹接触理论,分析计算滚动导轨副、滚珠丝杠副和角接触球轴承的刚度,建立了滚动导轨智能组合单元结合部的动力学理论模型.通过对滚动导轨智能组合单元结合部进行相应的简化,采用弹性单元模拟结合部特性,提出结合部特性仿真分析的有限元方法,建立该机构的有限元模型,并对其进行了模态分析和谐响应分析,得到该机构的动态特性.分析结果为滚动导轨智能组合单元的动态特性优化提供了理论依据.     

高速列车齿轮箱箱体结构设计与静、动态分析

为提高高速列车齿轮箱箱体结构强度,避免因强度不足导致失效问题,应用有限元分析方法对某型号高速列车齿轮箱箱体进行静、动态分析,得到高速列车齿轮箱箱体失效的主要原因是高速列车齿轮箱箱体的结构设计不合理.基于变密度法,建立以高速列车齿轮箱箱体的结构柔顺度最小为优化目标,约束齿轮箱箱体应力和体积的拓扑优化模型;对优化后的箱体进...     

基于优化的金属打包机箱体可靠性分析

针对金属打包机箱体结构轻量化问题,对响应面优化后的打包机箱体进行可靠性分析,提出一种将响应面优化理论与可靠性分析相结合的新方法。采用中心复合设计方法拟合出响应面并通过参数灵敏度分析确定设计变量,在满足箱体的强度、刚度条件下,进行响应面优化,得出打包机箱体的最小质量;再以此为基础重新建立箱体三维模型,并根据打包机箱体的强度、刚度可靠性评价标准,获得优化后箱体结构的可靠度和六西格玛水平。结果表明:优化后的箱体质量减轻了9.11%,箱体的可靠度为97.50%,这不仅提高了箱体的强度和静刚度,还减轻了箱体质量,并保证了箱体的可靠性,为其他大型工程机械的设计提供了新思路。