某型航空发动机控制系统半物理模拟试验用转接座临界转速分析

一、引言 旋转机械在机械制造、航空航天等各个领域都有着广泛应用,特别是在高速传动系统中,转子动力学特性直接影响到整个系统的性能优劣和安全,当系统所受到激励的频率与该系统的某阶固有频率接近时,系统就会发生共振,共振将产生巨大的能量,破坏转子或整个传动系统的结构,因此在进行高速转子设计时要求转子的工作转速应当避开其激励条件下频率对应的临界转速,避免传动系统发生共振.     

多级平行轴齿轮传动系统动力学仿真

为分析多级平行轴齿轮传动系统内部难以直接测量的振动信号,建立了4级齿轮传动系统非线性动力学46自由度仿真模型,并基于势能法对时变啮合刚度进行精确求解,采用4阶Runge-Kutta法对集中参数模型进行Matlab编程,进而分析时变啮合刚度对模型响应结果的影响.基于分析结果,探究了引起多级平行轴齿轮传动系统振动的重要原因.同时,通过模型振动时域响应及频谱分析,发现各级传动齿轮之间存在耦合振动现象,能够为实际多级平行轴齿轮传动系统健康监测与故障诊断提供理论支撑与科学指导.     

三种升速条件下的鱼雷涡轮机转子系统动力学特性

为研究鱼雷涡轮机转子系统的瞬态动力学特性,结合实际启动工况,采用传递矩阵法建立了转子系统的瞬态运动方程,并用Newmark-β数值积分方法进行求解,模拟分析了不同启动过程中转子的瞬态响应历程.结果显示:考虑不同函数形式的(线性、指数、分段)升速过程时,涡轮转子系统各阶临界转速没有显著差异,但共振峰值以及震荡收敛时间差别较大.其中,最符合实际工况的是分段函数形式的升速过程,该过程过二阶临界转速的共振峰值最小.本文的工作可以为鱼雷涡轮转子系统的优化设计提供参考.     

无离合器机械式自动变速器换挡过程的扭矩控制

电动汽车所采用的无离合器机械式自动变速器的降扭和扭矩恢复会引起传动系统的扭振,降扭调节不当还会对后续的换挡控制产生不利影响.为提高换挡品质,对换挡过程的降扭和扭矩恢复两个阶段的动力学机理和控制方法进行了研究.建立了传动系统扭振模型和同步器齿轮啮合模型,分析了换挡过程扭矩变化对扭振的激励规律,揭示了非充分降扭对摘挡过程车...     

基于陀螺力矩的永磁悬浮转子稳定性分析

为了探讨永磁悬浮转子的稳定性,从能量的角度分析了引入动能后存在稳定悬浮的区域。根据陀螺效应的成因建立了陀螺力矩的解析式,分析了自由转子在受迫进动情况下实现稳定的最低临界转速,同时将该结论引申到受外力矩下的转子稳定的最低临界转速。同时得出了转子参数对临界转速影响的规律:转子绕对称轴的转动惯量越大,转子的临界转速越小;转子绕x轴或y轴方向的转动惯量越小,转子的临界转速越小;转子质量-长度系数越小,转子的临界转速越小。转子的临界转速越小,那么转子越容易达到稳定悬浮状态。     

矿用带式输送机双电动机传动同步控制策略研究

针对传统基于电流差闭环的双电动机传动同步控制策略存在转矩、转速不同步,且未考虑双电动机系统受到负载干扰后产生的机械扭振问题,以矿用带式输送机双电动机传动系统为研究对象,提出了一种基于转速差闭环的双电动机传动同步控制策略。利用2台电动机的转速误差对电动机的电流信号进行补偿,当存在转速误差时,通过调整2台电动机的电流(转矩)进而调整转速,确保转速时刻保持同步;针对双电动机传动系统因负载扰动产生的机械轴扭振角,提出了一种扭振抑制策略,通过合理配置扭振角方程以保证扭振角呈现快速衰减振荡趋势,达到良好的扭振抑制效果。Matlab/Simulink仿真结果证明了该控制策略的可靠性。     

基于Euler-Bernoulli 梁理论的微车轴管长度匹配性研究

以某微车传动轴为研究对象,采用Euler-Bernoulli 梁理论分别建立了单根轴管长度系列与不同轴管长度匹配系列的运动微分方程,并计算出其对应的弯曲固有圆频率及一阶临界转速。经计算,研究车型传动轴最高工作转速均低于对应一阶临界转速,可避免发生共振。为了研究确定动力学性能最优的轴管长度匹配,构建了五组传动轴样机模型,对模型进行动力学分析,为轴管长度匹配研究提供理论依据和仿真参考。     

基于LS_DYNA的齿轮传动有限元动力学分析仿真

为研究齿轮传动系统的转动惯量和传动轴的扭转振动对齿轮应力变化的影响,对某齿轮传动中的1对渐开线直齿轮进行有限元动力学分析仿真．首先利用Pro／Engineering建立齿轮副的CAD几何模型;然后导入到LS_DYNA中建立齿轮副有限元模型,对齿轮副进行接触一碰撞有限元动力学分析;最后考虑该齿轮副后传动的转动惯量以及传动轴刚度对齿轮传动的影响,将转动惯量等效成质量圆盘,将传动轴等效成实体单元,建立齿轮传动等效模型的有限元动力学模型．通过分析计算得到齿轮副在模拟工况下的接触应力变化,同时获得在考虑齿轮接触、变形等情况下齿轮传动系统输入和输出的关系．结果表明,后传动输出速度和加速度明显滞后于前传动产生的速度和加速度,而且经过系统传递后,输入使得传动更加平稳．研究结果可为进一步研究齿轮传动系统的动力学特性和疲劳寿命计算提供参考．     

弹支-刚性转子系统过共振瞬态响应特性研究

针对结合弹支-刚性转子系统的动力学特点,利用Lagrange能量法建立了考虑变速特性的转子系统瞬态响应动力学方程,模型中区别考虑了非旋转阻尼和旋转阻尼的影响.采用精细积分算法计算获得过临界区的转子瞬态响应特性,进一步对比分析了角加速度和阻尼特性对转子系统瞬态振动响应幅频特性和相频特性的影响规律.研究结果表明：变转速引起系统的刚度矩阵变化并产生附件的激励力;瞬态过共振响应幅值明显小于稳态响应幅值,且过共振越快速、阻尼越大时系统瞬态振动响应幅值越小.针对过瞬态相频特性,在临界转速附近出现一个新的相位角(加速过共振小于90°),此相位不受角加速度值和旋转阻尼比的影响,但随着非旋转阻尼比的增大呈增大趋势.     

舰载直升机舰面共振非线性建模与分析

本文根据舰载直升机自由着舰特点,为准确预测舰面共振稳定性,提出了考虑部件非线性特性的舰面共振建模与分析方法.舰面共振非线性动力学模型中考虑了舰船运动、粘弹减摆器刚度阻尼非线性动力学特性、旋翼桨叶挥舞摆振运动和气动力的影响,起落架系统的缓冲器和机轮刚度阻尼通过试验数据采用最小二乘法插值获得.仿真分析时,模拟舰船的摇晃运动...     

直升机尾传动轴系的非线性刚度参数辨识方法

提出了基于测试数据来识别尾传动轴系非线性刚度参数的方法。首先,对尾传动轴系进行低幅值激励下的模态测试,并建立尾传动轴系的简化模型,与试验结果对比验证模型的准确性。然后,对尾传动轴系开展不同激励水平下的步进正弦扫频测试,基于测试频响函数得到固有频率随位移幅值的变化关系。对建立的尾传动轴系简化模型进行有限元迭代计算,可以识别出固有频率随等效刚度的变化关系。最终建立起尾传动轴系等效刚度与位移幅值的关系,识别出尾传动轴系的非线性刚度参数。     

A new method for calculating time-varying torsional stiffness of RV reducers with variable loads and tooth modifications

Rotate vector (RV) reducers have advantages of high torque ratio, and extremely reliable functioning under dynamic load conditions, and so forth, and they are extensively used in precision transmissions, such as industrial robots. The torsional stiffness of RV reducers is a main parameter affecting the meshing vibration and transmission performance. In addition, the variable loads and tooth modifications have significant influence on the torsional stiffness of RV reducers. In this paper, a new method of calculating torsional stiffness for RV reducers considering variable loads and tooth modifications is presented. The dynamic stress and deformation of meshing teeth are calculated based on Hertz formulation, and the number of meshing teeth is determined by analyzing the dynamic stress of meshing teeth. Then, the torsional stiffness of RV reducers is obtained. Finite element method is applied to calculate the deformation of cycloidal-pin gear in the maximum force position δ_max. The influence of variable applied loads and different tooth modifications of cycloidal-pin gear transmission on torsional stiffness are also studied. The results show that variable applied loads and different tooth modifications influence the torsional stiffness of RV reducers by changing teeth deformation and clearance, respectively.     

考虑齿轮啮合激励的齿轮传动轴系扭振特性分析

在传统齿轮传动轴系扭转振动计算中,将齿轮副简化为单一惯量而忽略齿轮啮合动态激励,会导致轴系扭转振动特性分析的结果不能正确描述轴系实际工作状态.本文以齿轮传动轴系为对象,考虑齿轮啮合的动态特性,建立轴系扭转振动当量模型.对齿轮啮合时变刚度和啮合激励力进行Matlab数值模拟.将Newmark逐步积分法应用于轴系扭转振动强迫振动响应的计算中,计算在齿轮啮合动态激励扭矩和外加负载扭矩的分别作用和共同作用下的轴系扭转振动响应情况,比较分析结果,说明了齿轮啮合动态特性是轴系扭转振动的重要激励源而不可忽视这一事实.     

基于最大Lyapunov指数的行星齿轮传动系统混沌特性分析

为了分析行星齿轮系统的混沌特性,基于集中参数理论,考虑时变啮合刚度、齿隙和综合啮合误差等非线性因素,建立行星齿轮系统扭转振动模型.采用Runge-Kutta数值解法求解振动方程,利用分岔图和最大Lyapunov指数图分析系统随各种参数变化的分岔与混沌特性.数值仿真得出:随激励频率的增加,系统首先从周期运动进入阵发性混沌,再通过逆倍化分岔由混沌回到周期运动,之后再次通过跳跃激变和倍化分岔由周期运动进入混沌运动,最后通过逆倍化分岔稳定到1周期运动.随阻尼比的增加,系统通过逆倍化分岔由混沌运动进入周期运动.随综合啮合误差幅值、齿隙和刚度幅值分别增加的三种情况下,系统都是通过倍化分岔由周期运动进入混沌运动.随荷载的增加,系统通过跳跃激变和逆倍化分岔由混沌运动进入周期运动.以上分析结果可为行星齿轮系统参数设计提供理论依据.     

锥齿轮传动系统的非线性动力学行为

主要研究了锥齿轮传动转子系统的非线性动力学行为.在滑动轴承或挤压油膜阻尼器中,油膜力是齿轮传动转子系统非线性的一个重要来源,并且与轴承的结构参数、转子的转速和作用力等多个因素有关.首先在刚性转子、齿轮不脱啮等假设条件下,考虑了锥齿轮间的广义位移约束关系,建立在非线性油膜力作用下锥齿轮传动的多转子耦合系统动力学模型.由于油膜力具有强非线性特性,因此采用数值分析方法,结合系统的稳态响应、Poincaré映射和分叉图等多种手段分析系统的动力学行为.通过初步研究得到如下结论:对于不平衡锥齿轮传动的转子系统,在低转速时转子轴心的运动与转速同步;随着转速的增加系统出现2倍周期运动等复杂的分叉现象.这些振动特征可以为这类系统的动力学设计、结构参数优化和运动状态监测等提供必要的理论依据.     

带有星型齿轮传动结构的转子系统不平衡耦合振动分析

齿轮传动风扇发动机(GTF)的低压转子系统由于带有星型齿轮传动结构,使得其具有有别于传统发动机的动力学特性,因此由于这种齿轮柔性转子耦合系统而产生的振动问题更为复杂.本文基于该低压转子的结构特点,建立了具有星型齿轮传动结构的三支点转子系统有限元模型,通过对高速转子轮盘施加偏心质量,研究不平衡矢量激励下转子系统的耦合振动特性,并进行了相关试验分析.结果表明：在双盘不平衡激励下,由于不平衡之间耦合效应,转子系统各轴段均存在振动减弱的情况.并且与中心齿轮相比,环形齿圈与游星齿轮之间的啮合力更大,且受不平衡初始相位的影响更显著.此外,当相位差为180°时,不平衡对转子系统的危害较大.     

基于接触有限元法的齿轮多齿时变啮合刚度数值分析

针对传统齿轮刚度计算中,无法准确考虑齿轮啮合时由接触和惯性因素引起变形的问题,采用接触有限元法计算齿轮的多齿时变啮合刚度,并将计算结果分别与石川法和改进石川法的计算结果进行比较.在计算中采用参考单元辅助解决动态分析时无法提取各子步接触变形的问题.结果表明,接触有限元法与石川法的计算结果较吻合,最大值相差12.4%;与考虑轮体变形的改进石川法相比更加吻合,最大值相差10.2%;该方法计算的刚度曲线反映出由接触变形而导致齿轮实际重合度小于理论重合度的现象,计算结果较石川法和改进石川法更能反映真实情况。     

鼠笼局部断裂的刚度特性及其转子动力学特性分析

本文针对带有局部断裂的鼠笼刚度特性以及其支承的转子系统动力学特性开展研究.首先基于力学分析推导了鼠笼局部断裂刚度理论计算公式.其次,基于带有局部断裂的鼠笼有限元模型进行其刚度计算,并采用最小二乘法对有限元刚度计算结果进行分析,提出了鼠笼局部断裂后的拟合经验刚度公式,通过对比分析得出局部断裂对鼠笼刚度特性的影响.最后,建立带有鼠笼局部断裂的两支点弹性支承转子系统的动力学模型,并仿真获得了带有鼠笼局部断裂转子系统的固有特性和振动响应的变化规律.结果表明:鼠笼局部断裂导致其刚度下降以及支承刚度不对称,引起转子系统临界转速下降,且水平、垂直振动有差异,轴心轨迹呈椭圆形.