内外激励下风电齿轮传动系统的非线性动力学特性

风电齿轮传动系统的动力学研究,对降低齿轮传动系统故障有重要意义。为进一步研究风电齿轮传动系统的非线性动力学特性,采用集中参数模型建立了该系统纯扭转非线性动力学模型。该模型考虑了各齿轮副间时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙非线性因素,以1.5 MW风机额定功率作为传递功率,结合时间历程图、FFT频谱图、相图、Poincaré截面图、分岔图及最大Lyapunov指数图,研究了在激励频率变化下和综合啮合误差变化下系统的动力学特性。结果发现,随着激励频率的不断增大,系统会出现单周期运动、拟周期运动和混沌等动力学行为,且混沌区域会发生改变;随着综合啮合误差的增加,系统由拟周期运动演化为混沌,最终又突变为拟单周期运动,且通过改变综合啮合误差,观察激励频率变化下系统的影响,发现综合啮合误差的减小能够明显的弱化混沌运动。     

支承刚度变化下风电齿轮传动系统的非线性动力学特性

风电齿轮传动系统的动力学研究对降低其振动和噪声、提高系统稳定性和进一步探究其故障机理具有重要意义。为进一步研究其非线性动力学特性,采用集中参数模型建立风电齿轮传动系统平移-扭转动力学模型,该模型考虑了非线性因素如各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙,结合时间历程图、FFT频谱图、相图、Poincaré截面图、分岔图及最大Lyapunov指数图分析了系统在随激励频率变化和随支承刚度变化下的动力学特性。结果发现,系统随着激励频率的不断增大会表现出单周期运动、拟周期运动和混沌等多种非线性动力学行为。随着支承刚度的增加,系统由2周期运动经激变进入混沌运动,最终又回归至周期运动,且通过改变支承刚度观察激励频率变化下系统的影响,发现支承刚度的增加能够弱化混沌,增加周期窗口,并出现混沌运动延后的现象。     

多级齿轮传动系统耦合非线性振动特性分析

以锥-平行轴-行星多级齿轮传动系统为研究对象,建立了包含时变啮合刚度、啮合阻尼、传递误差、齿侧间隙等因素的18自由度弯-扭-轴耦合非线性动力学模型,采用4-5阶变步长Runge-Kutta法对系统的无量纲动力学微分方程进行求解,研究其耦合非线性振动特性。计算结果表明：随着齿侧间隙的增大,系统响应经倍周期分岔进入混沌运动,且侧隙对系统动态特性的影响随着负载的增大逐渐减小;随着负载的增大,系统响应由混沌经逆倍周期分岔进入单周期响应,齿轮副啮合状态由双边冲击、单边冲击过渡到无冲击状态;当输入转速减小时,混沌区域覆盖的负载范围也随之减小。     

受激并车弧齿锥齿轮系统两参量平面上解域界结构

为掌握齿轮系统激振参数对系统动态特性的影响规律,建立了考虑多种激励的并车弧齿锥齿轮系统非线性动力学模型。应用胞映射（CMM）与区域离散分解技术（DDM）构建并数值求解了多组两参量平面上的解域界结构,算法基于吸引子在 Poincaré 截面上的点映射准则。通过分岔图和最大 Lyapunov 指数等分析了系统稳态特性,结果表明,啮合频率分岔路径上外加误差激励可使分岔中的部分周期分支收缩和转变。求解了阻尼比和综合传动误差分别与其他参数配置下的解域界演变,解析出周期域、混沌带与边界胞等分布特征,确定了目标参数域中周期分岔全局覆盖性态,通过最大Lyapunov 指数和 Poincaré 映射验证了解域界算法中各态子域胞集的有效性。     

汇流传动齿轮系统分岔与混沌研究

为研究齿轮系统中侧隙等非线性因素对汇流传动齿轮系统的影响,考虑齿侧间隙、传动误差、时变啮合刚度和布局参数的影响,建立了含有两个齿轮副的三齿轮系统动力学模型。分别从啮合刚度的相位差、激励频率和载荷比三个方面出发,研究了各个参数的变化对齿轮系统动态特性的影响。为了判别周期运动和混沌行为,采用了庞加莱映射、频谱分析和基于混沌时间序列的lyapunov指数分析手段。结果表明,在改变诸如频率比、载荷比等一系列系统参数的情况下,左右齿轮副表现出同周期运动并存、不同周期运动并存、倍周期分岔、混沌等丰富的非线性动力学行为。     

基于齿面摩擦的人字齿轮副动力学特性分析

建立了考虑齿面摩擦、时变啮合刚度、齿侧间隙和综合传递误差的16自由度人字齿轮副三维空间弯曲-扭转-轴向耦合的非线性动力学模型,应用牛顿第二运动定律,建立系统的振动微分方程。根据人字齿轮副的啮合特性,通过数值积分方法分析了轮齿的啮合力,时变摩擦力和摩擦力矩,并采用基于弹流润滑理论(EHL)的摩擦因数计算模型计算了齿面摩擦因数。为了分析齿面摩擦对人字齿轮副周期振动及分岔特性的影响规律,比较了有无考虑齿面摩擦时系统的周期振动时域响应、振动位移分岔图及最大lyapunov指数变化图。结果表明,齿面摩擦导致齿轮副垂直于啮合平面方向的振动位移加剧,且减弱了齿轮副沿啮合线方向的振动。同时,齿面摩擦的存在使得系统提前进入混沌,且抑制了系统的混沌运动。文章的研究成果有助于进一步认识齿面摩擦对人字齿轮传动周期振动及非线性振动特性的影响,为人字齿轮传动设计提供技术依据。     

风电齿轮箱两级行星齿轮传动系统的非线性动力学特性

考虑风电齿轮箱两级行星轮系传动系统各齿轮副的时变啮合刚度、综合啮合误差和齿侧间隙等非线性因素的基础上,建立了广义坐标下增速齿轮箱两级行星齿轮传动系统的动力学模型,采用变步长Gill积分法对该模型进行求解;采用分岔图、相图、FFT频谱图、poincaré截面图及最大Lyapunov指数图分析了激励频率和啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明:系统在多种非线性因素的耦合作用下会表现出丰富的非线性动力学行为,随着激励频率的增大,系统在混沌运动、拟周期运动和倍周期运动之间切换和变化,且退出混沌的方式多为倒分岔;在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比,能够明显弱化和抑制系统的混沌运动,减小其振动幅度,对提高系统的稳定性具有一定的作用。     

含磨损故障的齿轮传动系统非线性动力学特性

为揭示磨损故障对于齿轮传动系统非线性动态特性的影响,利用Archard和Weber-Banaschek公式分别计算了齿面动态累积磨损量和磨损齿轮对的时变啮合刚度。建立含有非线性齿侧间隙、内部误差激励和含磨损故障的时变啮合刚度的三自由度齿轮传动系统平移-扭转耦合动力学方程。采用变步长Gill积分方法对动力学模型进行了数值仿真分析,以系统的激励频率为分岔参数,计算系统的对应的分岔图;引入GRAM-SCHMIDT方法对系统的Jacobi矩阵进行正交化处理,计算系统的李雅普诺夫指数谱,同时结合Poincaré映射图和功率谱验证了李雅普诺夫指数谱和分岔图计算结果的正确性。通过研究发现了系统内部存在的丰富非线性现象,包括倍周期分岔途径、阵发性途径和多种拟周期通过锁相进入混沌的现象;在系统经由拟周期进入混沌的过程中发现了交替出现的拟周期与锁相现象以及拟周期运动时功率谱分量存在的Farey序列现象。研究结果表明含有磨损故障的齿轮传动系统具有非常复杂的动力学特性,而系统由周期运动进入混沌运动的途径也是丰富多样的。     

两挡AMT斜齿轮弯扭轴耦合非线性振动特性分析

纯电动汽车两挡机械式自动变速器(automated mechanical transmission, AMT)中,斜齿轮传动系统的非线性振动会引起变速器的振动和噪声。为研究两挡AMT斜齿轮系统的非线性振动特性,结合实际变速器结构,考虑齿轮系统的时变啮合刚度、齿侧间隙、静态传递误差以及轴承支撑刚度等因素,建立两挡AMT斜齿轮系统"弯-扭-轴"耦合动力学模型,分析了耦合振动特性的分岔图及其相图特性。结果表明:变速器工作在一挡时,随着转速增加,啮合频率不断增大,系统出现周期运动和混沌等现象;当承载齿轮副为单倍周期运动时,空载齿轮副扭转振动剧烈程度随着转速升高而增大;适当增大齿轮啮合阻尼比和啮合刚度,有利于减小承载齿轮最大扭振点的振幅。研究结果对纯电动汽车两挡AMT结构设计、动力学分析和换挡应用提供了技术支撑。     

支承刚度和啮合间隙变化时弧齿锥齿轮传动系统的分岔与混沌行为

建立了弧齿锥齿轮传动系统的8自由度间隙非线性动力学模型,考虑了齿轮副的时变啮合刚度、传动误差和啮合间隙.以支承刚度和啮合间隙为分岔参数,计算得到了系统的动力学分岔特性和混沌形态,分析了参数变化时系统响应在周期运动与混沌运动之间的转化过程及啮合间隙变化对系统动态传递误差和传动平稳性的影响.研究结果表明,在支承刚度较小时,系统随支承刚度的变化经倍周期分岔由周期进入混沌,经倍周期或拟周期倒分岔由混沌进入周期.支承刚度较大时,系统随支承刚度的变化经倍周期或者拟周期分岔由周期进入混沌,经拟周期倒分岔由混沌进入周期.随着啮合间隙的变化系统经倍周期分岔由周期进入混沌,经倍周期倒分岔由混沌进入周期.     

一类非线性相对转动系统的动力学行为及其机理分析

研究了一类具有非线性刚度的相对转动系统的动力学行为。应用Routh-Hurwitz稳定性理论判断了相对转动系统平衡点的稳定性。应用分岔理论研究了平衡点失稳时的分岔行为,推导了平衡点产生fold分岔的条件,进而通过仿真得到了平衡点在双参数平面上的分岔集及单参数分岔曲线,研究了不同参数区域内平衡点的个数以及稳定性问题。应用分岔图研究了相对转动系统随平方非线性刚度系数及激励角频率变化的全局动力学行为,获得了周期三以及混沌等动力学行为。通过调整平方非线性刚度系数得到了慢变外激励下相对转动系统中的对称式和不对称式fold/fold簇发行为。     

两自由度非线性隔振系统线谱混沌化控制技术研究

线谱混沌化是提高潜艇声隐身性能的主要手段,但难以实现小振幅下的持续混沌化;同时,非线性隔振系统由于多个吸引子共存,混沌化品质依赖于初始条件和系统参数。为此,利用开环加非线性闭环方法研究两自由度非线性隔振系统的吸引子迁移和线谱混沌化。建立两自由度非线性隔振系统的动力学方程并分析其全局性态,得到系统的全局分岔特性及吸引子共存规律;通过开环加非线性闭环方法实现不同吸引子之间的迁移控制,使系统在不同初始条件下始终运行于基础振动最小的混沌吸引子上;利用开环加非线性闭环耦合方法实现驱动系统和响应系统之间的广义混沌同步,使系统在不同参数下始终处于小振幅持续混沌运动。仿真结果表明该方法具有可行性和稳定性,能实现隐匿线谱信息和保持隔振性能的双重功能。     

滚动轴承转子系统不对中-碰摩耦合故障非线性动力学分析

为了获取转子系统不对中-碰摩耦合故障下的动力学特性,通过拉格朗日待定乘子法建立了在完整约束下滚动轴承转子系统非线性动力学微分方程,采用龙格库塔数值法研究了不对中-碰摩耦合故障下系统的动力学响应,采用时域图、轴心轨迹图、分叉图、Poincare截面图和FFT谱图分析了不对中度、碰摩刚度和碰摩间隙对转子振动响应的影响。分析结果表明:不对中度的增大会使系统1倍频振动响应增大,也会产生2倍、4倍等偶数倍频,同时出现与VC(Varying Compliance)频率之间的组合频率响应。在低转速下,碰摩刚度和碰摩间隙对转子系统的影响较小;在高转速下,较小的碰摩刚度和较大的碰摩间隙会缓解系统的非线性行为。     

含转轴裂纹的离心叶轮转子非线性动力学特性研究

建立了带有裂纹故障的的不平衡离心叶轮转子在非线性横向流体激振力和非线性轴承油膜力作用下的横向振动力学模型,并推导了系统的无量纲运动微分方程。运用数值积分法对系统的分岔特性进行了仿真。最后分析了横向流体激振力以及裂纹深度对离心叶轮系统动力学性能的影响。     

考虑间隙运动副耦合作用的车辆摆振动力学行为分析

车辆转向机构中各间隙运动副之间的动力学耦合会对其动力学响应产生重要影响。以考虑转向机构中间隙运动副耦合作用的非独立悬架车辆为例,基于分析力学建立了六自由度车辆摆振分析模型。应用数值方法分析了车辆摆振系统的动力学响应特性,对其中出现的Naimark-Sacker分岔、混沌等现象做了分析,并从能量传递角度对其摆振机理进行了解释,相关分析结论可为更好地实现车辆摆振控制提供理论支持。     

脉动流下两端简支细长圆柱动力学行为分析

在考虑由附加轴向力引起非线性项基础上,建立了轴向脉动流下两端简支圆柱的非线性动力学模型。为了研究该描述系统的动力学特性,进一步讨论关键参数脉动频率对系统动力学行为的影响。从分岔图可以看出系统在一定的频率范围内可能存在混沌,并且通过三个特定脉动频率下的相图、庞加莱映射、功率谱、以及最大Lyapunov指数等统计特征来分析该系统的动力学特性。该研究结果对反应堆中脉动流引起燃料棒流致振动的安全评估具有指导意义。     

汽轮机非线性间隙气流激振力作用下含裂纹转子的振动特性研究

建立了在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下裂纹转子-轴承系统的动力学分析模型,并采用数值积分方法研究此类裂纹转子系统的分岔与混沌特性。利用Poincare截面和分岔图的变化分析汽轮机非线性间隙气流激振力和裂纹深度对系统振动响应特性的影响。分析结果表明：汽轮机非线性间隙气流激振力会使得系统的周期性运动状态提前,且混沌区域发生明显的减小;在浅裂纹时,汽轮机非线性间隙气流激振力对系统的响应起主导作用,且在超临界转速区域出现周期8运动;随着裂纹深度的增加,系统运动的混沌区域逐渐减小几乎消失,在超临界转速区域的逆周期运动演变为较长的周期3运动。研究结果可以作为含裂纹转子在汽轮机非线性间隙气流激振力作用下耦合故障发生的典型特征,也可作为此类耦合故障诊断的依据。     

具有多种平衡点类型的大范围混沌系统及其拓扑马蹄

提出了一个新的三维混沌系统。通过调节系统中的参数,使系统在保持混沌动力学行为的同时分别具有多种类型的平衡点,即一个不稳定平衡点、无平衡点、无穷平衡点和一个稳定平衡点。此外,随着参数和初始值的变化,发现系统是一个大范围的混沌系统,且在无对称性条件下具有共存吸引子。分析了系统的基本动力学行为,包括系统的相图、Lyapunov指数谱和分岔图。利用拓扑马蹄理论和数值计算,找到了系统的拓扑马蹄,并获得拓扑熵,进一步从理论上证明系统的混沌特性。     

齿轮非线性动力系统的振动功率流分析

针对一对含侧隙、具有时变啮合刚度的非线性齿轮系统动力学模型,通过对该系统的振源功率进行分析,推导了系统振动功率流的时域仿真算法,探讨了决定系统功率流水平的主要因素。并综合运用点映射和胞映射方法,分析比较了系统对不同参数连续变化的分岔图和功率流图谱,研究了参数变化对功率流的影响,以期为将功率流理论应用于非线性齿轮啮合系统提供参考。     

非线性弹性直杆纵振时的混沌行为

研究了S形本构关系的弹性直杆纵振时的混沌行为.用Galerkin原理将杆纵振时的动力控制方程转化为二阶三次非线性微分动力系统;给出了其产生同宿轨道和异宿轨道的条件,得到了同宿轨道的参数方程;借助Melnikov函数给出了系统发生混沌的临界条件;数值计算给出了混沌运动区域随β和γ的变化规律,用分岔图、位移时程曲线、相平面图和Poincaré映射判断了系统的运动行为即定常还是混沌.进一步的研究还表明本构关系中的二次非线性项对系统的动力响应具有很大的影响.