双质体自同步振动系统的动力学耦合特性分析

利用改进小参数平均法,推导出了平面运动双质体振动系统中两偏心转子的无量纲耦合方程,并依据其零解的存在及稳定性,得出了实现同步与同步稳定性运行的条件,给出了系统负载系数及同步能力系数定义。通过数值分析,讨论了系统动力学参数对耦合同步特性的影响,得到了双偏心转子自同步的稳定运行的参数区间。结果表明:随着系统动力学参数的变化,同步极值点既可能是负载系数的极小值点,也可能是负载系数的极大值点。其原因是由于双质体的耦合作用,来自于机体运动的同步力矩,在一定参数范围内驱动两个偏心转子相位差向负载系数最大值点趋近;而在此区域以外,驱动两偏心转子相位差向负载系数极最小值点趋近。通过数值仿真,验证了耦合分析结果的正确。     

三激振器双质体振动系统自同步特性研究

提出了一种三机驱动双质体自同步振动系统,该系统具有有效筛分面积大、占地面积小和地基受动载荷小的优点.首先,依据Lagrange方程推导出双质体振动系统的运动微分方程,并求出了其稳态解.然后,由Hamilton原理推导出系统的同步性条件和稳定性条件;运用控制变量法分析了中间弹簧刚度和电机安装位置对系统同步性以及同步相位差角的影响.研究结果表明:当系统参数满足同步性和稳定性条件时系统可以实现稳定的自同步运动,同步时上质体两电机的相位差角为0°,上质体和下质体电机间的相位差角为180°.最后,用机电耦合仿真结果验证了理论分析的正确性.研究结果为该系统的设计分析提供了理论基础.     

两激振器同一旋转轴线振动系统的自同步理论

对两激振器同一旋转轴线振动系统的自同步理论进行了研究。采用拉格朗日方程建立振动系统的运动微分方程。应用小参数平均法获得两激振器的无量纲耦合方程,进而将该类振动系统的同步问题简化为小参数无量纲耦合方程零解的存在性与稳定性问题。由无量纲耦合方程零解存在的条件得出了两激振器实现同步运动的同步性条件,并根据Routh-Hurwitz判据得到了两激振器同步运动的稳定性条件。分析振动系统选择运动特性可知,在远共振的情况下当激振器的旋转中心距离质心的距离大于机体的当量回转半径时,振动系统实现相位差为0°的空间圆周运动;反之,振动系统实现相位差为180°的空间圆锥运动。最后通过试验验证了理论分析的正确性。     

自同步振动系统的稳定性与分岔

用偏心转子相位差角微分方程代替双激振器反向回转式自同步振动系统的运动方程，讨论了系统的平衡点稳定性和分岔特性。首先，根据振动系统的运动方程推导出关于偏心转子相位差角的微分方程。然后，基于该方程建立了同步运动的必要性条件，应用Lyapunov稳定性理论，讨论系统的平衡点稳定性及其分岔特性，最后，结合仿真，考察了系统质量、刚度参数和激振器参数的影响规律。     

弹性连接直流电机驱动振动系统的自同步研究

由弹性连接的直流电机驱动的振动系统体积更小,其自同步理论对于小型化同步装置的研制具有重要意义,本文基于理论、仿真对这类系统进行研究。使用Lagrange方程建立振动系统的动力学模型,并通过小参数法得到两电机的耦合方程,将此类振动系统的同步问题转化为小参数耦合方程零值解的存在性与稳定性问题。根据耦合方程零解的存在条件推导两直流电机达到同步运动的必要性条件,并应用Routh-Hurwitz准则得到两电机同步运动的稳定性条件。最后通过数值仿真对理论进行验证。结果表明：系统满足一定参数条件时可以实现相位差在0°和180°附近的两种稳定同步运动。     

两机反向旋转的振动同步系统在远共振和亚共振状态下的运动选择特性

针对目前振动同步系统在远共振和近共振情况下稳态运动特性尚不够明确的问题,建立了一类平面两机反向旋转的振动同步系统模型来致力于研究其在亚共振和远共振情况下的稳态运动规律。采用拉格朗日方法建立双机反向旋转的振动同频系统的运动方程并利用小参数法求出其稳态解,利用Hamilton原理推导出系统的同步运转的频率俘获条件、稳定性判据及其运动规律;通过实验研究验证了理论的正确性。研究表明:在远共振工况下,当l_0l_ψ时,两激振器的相位差稳定在0°附近;当l_0~2μ_il_ψ~2时,相位差稳定在180°附近;在亚共振工况下,结论正好与之相反。该研究为工程中双机反向旋转同步机械的设计提供了理论依据和实验参照。     

双异步电机驱动双质体振动系统同步滑模控制

针对2个异步电机安装在2个不同质体上的振动系统在部分参数条件下不能同步运转或同步相位差不满足设计要求的问题，提出采用主从控制结构和滑模控制算法对异步电机进行矢量控制，以使振动系统实现0或π相位差的同步运转。首先，基于拉格朗日方程建立了振动系统的运动微分方程，并推导了其固有频率的表达式。然后，设计了振动系统异步电机的控制器，并分别证明了其稳定性。最后，在MATLAB/Simulink环境中建立了振动系统的机电-控制仿真模型，开展了自同步和控制同步仿真并进行了对比。结果表明：所设计的控制器可使振动系统实现0或π相位差的同步运转。研究结果可为双异步电机驱动双质体振动系统的研制提供参考。     

风电叶片单点疲劳加载试验振动自同步特性研究

针对风电叶片单点疲劳加载试验过程中的振动自同步现象,基于拉格朗日方程推导出单加载源与风电叶片振动过程中的数学模型,得到振动自同步现象的影响因素,并利用相平面法将其转化为自治系统。利用Matlab/Simulink建立仿真模型对振动自同步过程进行数值仿真,得到不同初始相位差作用下的振动自同步规律。最后搭建了一套风电叶片单点疲劳加载试验系统,以此来检验数学模型与仿真模型的正确性。试验结果表明,在加载源回转驱动频率与叶片固有频率一致前提下,当两者的初始相位差小于π/20时,两者能产生振动自同步现象,表现为叶片振幅最大且稳定;初始相位差为π/8时,两者能产生较弱的振动自同步现象,叶片振幅在波动一段时间后逐渐趋于稳定,但是幅值较小;初始相位差为π时,两者不能产生振动自同步,表现为叶片振幅不稳定且出现絮乱。以上结论为后续的疲劳加载试验的控制算法制定提供了理论依据。     

双转子自同步系统的振动分析

同步现象广泛存在于许多工程领域中，尤其在振动机械中，同步理论得到了广泛应用，如自同步振动筛、振动输送机等。由双偏心回转式激振器驱动的平面同步振动筛可以简化为一个双转子自同步系统。本文以某典型的振动筛（ZZS4-70型）为对象，考虑两个激振器转子的驱动电机的机械特性，推导了一组双转子同步系统的动力学方程。在此基础上，定义了一个同步系数，用它来定量描述双转子回转的同步程度。对上述系统动力学模型进行仿真，采用了该型振动筛的实际参数，重点分析了其振动规律及其同步运动特征，并与实测结果进行了对比。     

超共振振动转子系统振动同步及同步传动

针对安装于不同耦合机体上转子的同步问题,提出了简化的双振动转子系统物理模型。利用平均积分法以及Lyapunov稳定性原理讨论了系统的耦合机理,分析了转子的同步条件与稳定性以及实现振动同步传动的条件。以系统耦合最大振动力矩为切入点,论述了系统耦合弹簧刚度对系统同步性能的影响。引入系统特征频率的概念,阐明了系统产生强耦合的原理。研究表明,当耦合频率在特征频率附近时,系统的振动力矩大,耦合作用强。当双转子耦合作用较小,可通过调节耦合弹簧的大小,增强耦合性能实现自同步,这对设计高稳定性以及高容差度的振动系统具有显著的参考意义。最后,分别仿真系统在特定参数条件下的振动情况,验证了理论分析结果。     

双机驱动双质体振动机械系统的同步及其稳定性

对双机驱动双质体振动机械系统的同步及其稳定性进行研究.基于拉格朗日方程求得系统运动微分方程,应用平均法和Hamilton原理分别推导出系统实现同步运行及其同步状态稳定性条件的理论判据.数值上,对理论研究结果进行定性分析,得到系统同步稳定区域及相对运动幅频特性曲线.在此基础上给出满足工程实际需求的系统最佳参数匹配规则.最...     

异步两点激励振动试验系统相位差校准的实现

异步两点激励振动试验系统相位差控制的准确度直接影响台面振动条件的输出,对其进行相位差的校准是非常必要的。本文基于LabVIEW,以多重相关法和频谱分析法为理论基础,开发相位差校准软件,并对两种方法进行评估。搭建用于进行同频正弦振动信号相位差测量的相位差校准平台,采用该相位差校准平台实现某型号异步两点激励振动试验系统相位差校准,验证了相位差校准平台具有较高的准确度以及有效性。     

反向回转双激振器振动机控制同步的理论研究

本文对两激振器作反向回转的振动机控制同步进行了理论研究和计算机仿真。推导出了考虑质心偏移时两主轴的转矩差方程，在此基础上建立了控制系统的数学模型，设计了具有鲁棒性的非线性变结构滑模控制器．仿真结果表明，控制同步不仅可以消除由质心偏移、电机特性差等原因引起的稳态相位差，同时还能大大降低瞬态相位差，从而使机体的振动方向保持不变，减小起、制动过程中机体的摇摆振动．     

多根平行轴齿轮转子系统的弯曲耦合振动分析

本文通过研究多根平行轴齿轮转子系统的弯曲耦合振动，给出了齿轮副弯曲耦合运动的约束条件，推导出多根平行轴齿轮转子系统弯曲耦合振动方程，并以ＤＨＰ４５－１型压缩机中的齿轮转子系统为例，分析和计算了多根平行轴齿轮子系统弯曲耦合振动性能。     

基于干涉条纹移动量的非接触振动测量研究

为了实现大振幅、高带宽振动的非接触精密测量,本文提出了一种全新的光学测量系统.两束相干光的远场干涉条纹位置与两束光之间相位差有关,相位差的变化将引起干涉条纹移动.获取主条纹的位置,可以计算两束光之间的相位差,基于此可以还原物体的振动位移量.对振幅为10μm的单频余弦信号以及频率为44.1 kHz的声音信号仿真还原结果表明,本文所提光学系统和还原算法可以还原出亚微米级的振动信号,并能准确还原出音频信息.     

负载激励下采煤机永磁电机转子系统弯扭耦合振动分析

为分析不同负载激励对电机转子-轴承系统弯扭耦合振动特性的影响,以采煤机永磁电机转子系统为例建立电磁激励下的电机转子-轴承系统,并将负载激励考虑到偏心转子模型中。利用Lagrange方程推导了负载激励条件下转子系统的弯扭耦合动力学方程并基于Runge-Kutta法进行数值仿真,重点分析了不同负载激励下电机转子系统的弯扭耦合振动特性。仿真结果表明,负载激励会加剧转子偏心程度,但对转子弯曲振动的频率响应影响较小,振动响应主要由转频分量决定;而负载扰动对转子系统扭转振动响应具有不同的效果,不仅在扭振响应中激发出相应的频率成分形成多周期运动,还会明显增加扭振角幅值(0.001 rad),振动响应主要由扰动频率和二倍转频分量决定。此外,负载激励中的低频成分将激发出较大的扭转振动响应(0.03 rad),加速传动系统的疲劳损坏,影响转子系统的安全稳定运行。研究结果可为采煤机转子系统主动减振策略研究提供参考。     

交角不对中转子-轴承系统非线性动力学行为研究

考虑转子交角不对中和质量不平衡等因素,研究了在滑动轴承支承下柔性转子-轴承耦合系统的非线性动力学行为。首先,基于转子间交角不对中的约束关系,利用第二类Lagrange方程推导了具有交角不对中故障的柔性多转子系统运动微分方程。采用数值方法,分析系统的非线性振动特性,例如,系统的轴心轨迹、响应频谱和最大Lyapunov指数等。结果表明:在较低转速时,系统主要呈现出与转速同步的周期运动特性。随着转速的提高,稳态响应在某些参数下出现分叉、跳跃以及混沌等非线性现象。最后讨论了交角不对中量以及质量不平衡对系统动力学特性的影响。     

非对称双激振器振动同步传动

在振动同步理论研究中,存在着一种特殊现象,无直接驱动源的激振器仍能跟随其他有源驱动的激振器进行同步运转,称之为振动同步传动。对同向回转且非对称布置的双激振器振动系统的振动同步传动理论进行了研究。采用拉格朗日方程建立振动系统的运动微分方程。应用小参数平均法获得振动系统的频率俘获方程,进而获得系统实现振动同步传动的同步性判据及振动同步传动状态的稳定性判据。根据理论结果对系统进行数值分析与讨论,得到振动系统的运动选择特性;最后,对该振动系统样机进行试验,验证了理论分析的正确性。     

转子系统瞬态不平衡响应的有限元分析

推导了简单Jeffcott转子几何中心运动的解析表达式及转子系统瞬态振动的幅值，详细讨论了转子系统通过临界转速时初始条件引起的瞬态振动、同频振动和伴随自由振动的特性以及阻尼和启动加速度对系统瞬态响应的影响。此外建立了弹性转子系统的有限元模型，通过直接积分法求得系统的瞬态响应．得到系统通过临界转速时的共振幅值，并与试验取得一致的结果。本文的分析对工程中合理地进行转子系统参数设计，考虑共振区的迟滞现象。尽可能错开转子系统固有频率和工作转速频率提供一定的理论参考。     

桩锤同步振动系统的机电耦合数值仿真分析与试验

针对多桩锤控制同步时出现机电耦合作用影响控制效果的问题,对两桩锤间的机电耦合规律进行了研究。建立了打桩过程中"锤-桩-土"系统的动力学方程及两桩锤同步振动系统的机电耦合数学模型,据此建立了Matlab/Simulink仿真模型,对影响机电耦合的主要参数(电机转速差、初始相位差、土壤参数、安装位置与安装距离等)分别进行了数值仿真,发现机电耦合的结果是在一定的条件下可出现自同步现象(相位差收敛于零或某固定值),通过仿真研究得出了基本的耦合规律。最后通过试验验证了数学模型与仿真结果的正确性。电机耦合规律分析结论为桩锤控制同步的控制策略的制定提供了理论依据。