高速卷绕机筒管夹头系统动力学建模与临界转速分析

对高速卷绕机筒管夹头参数慢变转子系统进行建模分析,介绍了转子、支撑等结构的建模过程及慢变参数卷装的处理方式。按照转子动力学方法计算筒管夹头在三种卷装直径状态下考虑陀螺效应和不考虑陀螺效应时的临界转速。随着变卷装直径增大,筒管夹头转速降低,转子各阶临界转速都在减小,不能将筒管夹头看成是定常系统而运用结构动力学的方法处理;陀螺效应对其高阶临界转速有明显影响,在分析筒管夹头的动力学特性时应该考虑转子陀螺效应的影响。     

高速卷绕头筒管夹头的虚拟样机建模与动态仿真

高速卷绕头筒管夹头是结构复杂的细长悬臂高速旋转系统,其设计和动态性能问题是研发新型高速卷绕头的关键。采用SolidWorks、ADAMS、ANSYS软件的协同建模和仿真技术,研究建立了刚性和柔性体耦合、具有多处柔性支承、可以变质量和变转速仿真的筒管夹头系统虚拟样机模型,实现不同操作工况和设计参数下的高速卷绕头筒管夹头系统动态仿真实验和分析,为设计研究新型高速卷绕头提供了有效手段。     

滚动轴承-转子系统动力学特性分析

在滚动轴承动力学和转子动力学基础上,建立滚动轴承-转子系统非线性动力学分析模型,采用New-mark-β积分法和Newton-Raphson迭代法对轴承-转子系统非线性动力学微分方程进行求解,对轴承结构参数和工况参数与轴承-转子系统动力学特性关系进行分析,分析结果表明:系统中转子的转动频率始终存在,支承轴承的变刚度频率随着轴承结构参数和系统工况参数的不同而出现或消失;支承轴承内、外沟曲率半径系数的变化不改变系统中已存在的振动频率成分;系统的非线性特性随轴承钢球个数、预紧力的增加而减弱,随径向载荷的增大而增强;存在一个最佳转速区间,在此区间内,系统的非线性特性较弱。     

一种化纤长丝高速卷绕机恒线速卷绕的测控方法

通过对化纤长丝高速卷绕机锭轴传动方式的原理分析,论述了一种以恒线速卷绕测控方法实现锭轴传动的卷取机构,并介绍了在化纤长丝高速卷绕机上实现恒线速卷绕的单片机测控系统。     

最优控制规律

研究采用变刚度阻尼支承系统,实现挠性转子振动最优主动控制的一些理论问题。首先研究了在结构受迫振动最优主动控制规律的作用下,变刚度阻尼支承系统的动刚度子矩阵输出响应最优反馈矩阵的关系。由此可以确定转子的变刚度阻尼支承系统的各个动力学参数。然后,进一步分析了采用变刚度阻尼支承系统,实现振动最优主动控制的必要条件和有效频率范围。     

瓦块固有频率对可倾瓦轴承频变刚度的影响

为研究轻载工况下可倾瓦块固有频率和振动频率对轴承刚度的影响,基于长轴承理论建立求解可倾瓦推力轴承瓦块固有频率和频变刚度的润滑和动力学耦合模型,推导润滑模型的解析解和频变动力学特性的表达式,并通过实例计算分析载荷、支点系数(瓦进油边到支点的距离与瓦长的比值)、瓦块转动惯量等结构参数对瓦块固有频率和频变刚度的影响。结果表明:瓦块的惯性、油膜的刚度和阻尼共同决定瓦块振动的固有频率,瓦块在固有频率附近振动可以使轴承的频变刚度出现负值,甚至正负无穷大;小载荷的瓦(如非承载瓦)容易出现瓦块振动频率接近其固有频率的状况,使瓦发生共振;可倾瓦轴承设计中有必要考虑瓦块的固有频率和频变刚度来设计非承载瓦的支点系数和转动惯量,使瓦块的振动频率跨过固有频率而产生大的刚度。     

重型卧式数控车床主轴系统动力学分析

通过对重型卧式数控车床主轴-滚动轴承系统的研究,建立了前支承为双列圆锥滚子轴承,后支承为单列圆锥滚子轴承的主轴系统的动力学微分方程。通过改变圆锥滚子轴承内滚道接触角、圆锥滚子的半锥角、主轴系统角频率和滚子数量,在考虑与轴承性能参数有关的变刚度和变阻尼系数的基础上,得到这些参数对主轴—轴承系统的影响。为机床主轴系统的优化设计提供理论依据。     

基于Adams的传动轴-后桥系统耦合振动研究

以"十字轴万向节-传动轴-准双曲面齿轮副-圆锥滚子轴承-半轴"组成的传动轴-后桥系统为研究对象,基于动力学分析软件Adams,考虑中间支承的影响,建立仿真模型,得到了中间支承、后桥输入处以及半轴轮端在不同输入转速下的2阶(角)加速度幅值变化曲线,并确定了2阶幅值曲线的峰值位置。采用基于阶次追踪的台架实验研究,得到系统的1阶扭转振动固有频率为57 Hz,此结果与仿真分析结果吻合,证明了传动轴-后桥系统Adams仿真计算结果的正确性,解决了动力学仿真在研究柔性传动系统耦合振动特性尤其是模态参数获取时精度不高的问题。     

高速卷绕机锭轴夹头动态特性测试方法研究

为解决高速卷绕机锭轴夹头筒管位移难以实测的难题,根据高速卷绕机锭轴夹头的结构和工况,提出了一种利用新型激光传感器测量锭轴夹头筒管振动位移的方法。结果表明:该方法的测量数据精确、可靠,可有效防止高频特性的丢失。采用此方法实地测试了高速卷绕机空管时锭轴夹头的稳态响应,验证了此方法用于高速卷绕机锭轴夹头动态特性测试的可行性。     

基于传递矩阵法的电主轴动力学特性分析

研究了电主轴主要的结构参数对电主轴动力学特性的影响。运用传递矩阵法,考虑了陀螺力矩、剪切、变截面等影响因素,建立了电主轴"转子—轴承"系统的多圆盘转子动力学模型,编程并计算了电主轴的前三阶临界转速、振型等动力学特性参数,分析了电主轴轴承轴向预紧力、支承跨距及前、后端悬伸量的变化对电主轴"转子—轴承"系统临界转速的影响和变化规律。结果表明:支承跨距和悬伸量在一定范围内对临界转速有显著的影响,通过研究为电主轴的结构设计和性能优化提供依据和指导。     

支承松动的质量慢变转子系统混沌特性研究

建立了带有支承松动故障的质量慢变转子系统的动力学模型，利用数值积分和Poincare映射方法，对该转子系统由于支承松动故障而导致的动力学行为进行了数值仿真研究。给出了系统响应随转子转动频率变化的分岔图、最大Lyapunov指数曲线图、典型的Poincare截面图和幅值谱图等，以及质量慢变系数对系统响应影响的分岔图。结论表明：转子的横向均为多周期运动，纵向响应几乎均为混沌运动；随着转动频率的增加，转子的振动幅度出现波动，而在2倍固有频率处达到极小值；质量变化幅值系数的增加致使混沌运动的频率区间增大等。     

弹性支承下三瓣波滚道圆柱滚子轴承振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了弹性支承下三瓣波滚道圆柱滚子轴承动力学微分方程组,采用预估-校正变步长积分算法对其进行求解,研究了弹性支承件的结构参数和轴承工况参数对三瓣波滚道圆柱滚子轴承径向振动的影响。结果表明:弹性支承件的沟槽数、梁厚及过渡角对该轴承径向振动的影响较为显著,而沟槽间隙对其径向振动的影响较小;在一定的载荷和转速范围内,弹性支承件可有效降低轴承的径向振动,选用沟槽数较少的弹性支承件可实现在较大转速和载荷范围内降低该轴承振动的目的;在定冲击载荷范围内,弹性支承能有效降低轴承振动。     

电磁力参数快速寻优的转子多频振动抑制研究

针对转子-轴承系统中的转子多频振动问题,以转子-轴承-电磁作动器系统为研究对象,建立装有电磁作动器的转子系统动力学模型,提出了一种基于电磁力参数快速寻优的转子系统多频振动主动抑制方法。采用变步长寻优策略,快速获取电磁作动器的电流最佳参数,通过向转子施加具有多个频率成分的旋转电磁力来抑制转子的多频振动。实验结果表明,快速寻优策略比整周寻优用时短,能够实现转子系统多个频率振动成分的主动抑制。     

非线性Jeffcott转子-滚动轴承系统动力学分析

为了研究Jeffcott转子-滚动轴承系统的非线性动力特性,建立了其非线性动力学方程,并用自适应Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解。利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析了参数、强迫联合激励的Jeffcott转子-滚动轴承系统的响应、分岔和混沌等非线性动力特性。结果表明,Jeffcott转子-滚动轴承系统有多种周期和混沌响应形式,其振动频率不仅有参数振动频率成分和强迫振动频率成分,而且有二者的倍频成分和组合频率成分;Jeffcott转子-滚动轴承系统的非线性特性随着径向游隙的增大而加剧。     

磁气负载比对箔片-磁力混合轴承支承特性及转子动力学特性的影响

箔片-磁力混合轴承是一种能降低箔片轴承起飞前的摩擦损耗且可改善磁轴承高速时的承载和动力学性能的新型高性能主动控制型轴承。提出了一种箔片-磁力混合轴承的设计方法,设计并搭建箔片-磁力混合轴承支承特性实验台和箔片-磁力混合轴承转子实验台,实验探究了磁气负载比(即气体箔片轴承和主动磁轴承之间的载荷分配比)对箔片-磁力混合轴承支承特性和转子动力学特性的影响。实验结果表明：箔片-磁力混合轴承比箔片轴承的总体静态刚度和刚度变化率有所提高。箔片-磁力混合轴承结构刚度随频率的提高而增大,等效黏性阻尼随频率的提高呈现先降后增的趋势。此外,合适的负载比可以降低起飞转速,改善摩擦损耗,抑制次频振,有利于提高转子的高速稳定性。     

软式非线性同步振动沉桩系统的动力学分析

对软式非线性同步振动沉桩系统进行动力学特性研究。首先,建立同步振动沉桩系统的软式非线性振动模型,采用一次近似解的幅频特性方程判定系统周期解稳定性问题;然后,利用选取的参数分析系统幅频特性关系,并且根据幅频特性曲线确定系统多解处的稳定解问题,以及讨论沉桩系统参数(激振频率、土的刚度和阻尼、激振器的偏心距等)对系统动力学特性的影响;最后,基于Matlab/Simulink采用四阶龙格-库塔法运算程序进行数值仿真确定系统周期解稳定性。通过理论和仿真系统地分析了系统周期解的稳定性特性,以及系统各参数对系统周期解的影响。     

正弦位移激励对编织-嵌槽型金属橡胶隔振系统动态特性的影响

设计、制作了编织-嵌槽型金属橡胶隔振器,并对其进行动态特性试验。通过建立非线性恢复力模型,考察该隔振系统线性刚度系数、三次非线性刚度系数以及一次粘性阻尼系数随正弦位移激励的变化情况,分析振幅和频率对编织-嵌槽型金属橡胶隔振系统动态特性的影响。结果表明:随着振幅或频率的增大,编织-嵌槽型金属橡胶隔振器的刚度逐渐减小,阻尼略有降低,且振幅或频率的增大会使该隔振系统振动响应幅频特性曲线的带宽变窄。     

转子-气体轴承-弹性支承系统研究综述

随着旋转机械向高转速、高参数方向发展,气体轴承支承旋转机械的稳定性问题越来越突出。为提高系统的稳定性,人们在单一的、简单结构的静、动压气体轴承的基础上,开发了具有弹性支承、较大阻尼的复杂结构气体轴承。箔片、橡胶圈、金属丝网阻尼器等弹性支撑单元的出现,使得系统在运行过程中出现复杂的静、动态不对中状态,系统的动力学特性也呈现出非线性现象。因此,气体轴承支承旋转机械的稳定性问题不再局限于气体轴承本身,而是由气膜力、弹性支撑力、转子动态激励等相互耦合作用的结果。从气体轴承支撑结构的角度,对气体轴承进行分类,并总结各类轴承的优缺点;对气体轴承、转子-气体轴承系统、转子-气体轴承-弹性支承系统研究现状进行总结;并介绍转子-气体轴承-弹性支承系统中不对中问题;对国内外研究现状进行分析和发展预测。     

振动台固频调谐的弹性支承变刚度装置结构设计计算

介绍了振动台固频调谐的弹性支承变刚度装置结构设计及传动计算。采用阿线盘传动特性实现三个移动支座定心同步径向移动,以同步改变三根弹性支承梁悬伸量而达到调频的目的。通过变刚度装置结构方案、弹性支承梁尺寸和阿线盘传动动力等设计计算和样机试验,固频调谐效果显著;弹性支承调节为50-300mm时,能保证系统固频在10-120Hz内调谐,具有较好的实用价值。     

滚动轴承-转子系统非线性参数、强迫联合振动

建立考虑非线性轴承力、径向游隙、变柔度等非线性因素和不平衡力的滚动轴承-转子系统动力学方程,并用自适应Runge-Kutta-Felhberg算法对其求解,利用分岔图、Poincaré映射图和频谱图,分析参数、强迫联合激励的滚动轴承-转子系统的响应、分岔和混沌等非线性动力特性.结果表明,滚动轴承-转子系统有多种周期和混沌响应形式,其振动频率不仅有参数振动频率成分和强迫振动频率成分,而且有二者的倍频成分和组合频率成分;随着径向游隙的增大,转子系统的非线性特性增强;不平衡力较小时,系统中参数振动占主导地位,增大不平衡力有利于抑制转子系统的不稳定振动.随不平衡力的增大,强迫振动逐渐增强,大的不平衡力会诱发系统产生混沌振动;转子系统进入混沌的主要途径是倍周期分岔.