含轴向偏载的行星齿轮传动系统动态特性研究EI北大核心CSCD

轴向偏载是影响行星轮传动系统工作状态的重要因素,以行星轮传动系统为研究对象,运用牛顿动力学理论建立了行星传动平移-扭转动力学模型,讨论了轴向偏载对啮合刚度的影响。在考虑轮齿齿面接触特性基础上,揭示了轴向偏载对行星传动系统动态特性的影响。研究表明:太阳轮发生轴向偏载后,齿面接触区域产生偏移,其啮合刚度也随之发生改变。随着偏载的增大,啮合刚度逐渐减小,对行星传动系统的高阶固有频率影响较为明显。太阳轮与行星轮的外啮合动载荷将出现转频成分,并且当偏载增大时,其转频成分将明显增大,但其他频率成分基本保持不变。当存在轴向偏载时,浮动轨迹由圆形分布变为椭圆形分布,浮动轨迹中的变形量增加,从而系统振动更加明显,啮合冲击更激烈,影响系统的使用寿命。     

内激励作用下行星传动系统振动响应研究

基于齿轮系统动力学推导出行星齿轮传动系统的平移-扭转耦合非线性振动微分方程。采用特征值问题求解其固有频率及振型,并进行归类和描述。针对行星齿轮传动系统中内激励频率与转速成正比这一特性,提出一种利用正弦激振扫频模拟其内激励,并通过求解传动系统振动微分方程得到其响应的方法。与传统方法相比,该方法可将系统中复杂的激励分解为若干单一激励,从而量化评价各激励对系统振动响应的影响程度,使各激励与响应形成具体映射关系。研究发现内啮合激励对低阶(1~5阶)与高阶固有频率(16~18阶)影响较小,外啮合激励在低阶固有频率随阶数增加影响递增,并对太阳轮纯扭转振型影响较大,而在中阶固有频率(6~15阶)内外啮合均对行星轮纯扭转振型影响显著,为行星齿轮传动系统固有频率及振型的优化、降振减噪和减小故障发生率提供依据。     

计入箱体轴柔性的主减齿轮系统振动特性研究EI北大核心CSCD

主减齿轮系统是汽车变速器的重要传动部件,也是诱发箱体振动噪声的主要原因。为了准确预测内外动态激励下主减齿轮系统的振动特性,采用有限单元离散化建模方法,将箱体轴离散为轴段单元,建立其与输入、输出轴段单元、齿轮啮合单元和轴承单元耦合后的弯-扭-轴-摆全耦合动力学方程。模型综合考虑了箱体轴柔性、大重合度下斜齿轮时变啮合刚度以及静态传递误差激励的影响,并利用数值算法求解了系统的固有特性和振动响应特性。研究结果表明：计入箱体轴柔性后,系统的低阶固有频率略微降低,但增加了新的固有频率与振型;随着转速的增加,系统在主减齿轮啮合频率的1倍频和2倍频处出现了明显的阶次幅值,但其能量较小,当转速达到4 900 r/min时,系统出现明显的共振响应;外界载荷的增大主要在非共振区导致振动幅值的增加;当选取不同的端面重合度与轴向重合度组合时,或在一定范围内增大轴向重合度时,可有效降低斜齿轮时变啮合刚度的波动,改善共振点附近的振动位移幅值。     

含行星轮局部故障的行星齿轮箱振动仿真及实验研究EI北大核心CSCD

针对现有行星齿轮箱局部故障振动仿真模型使用小波变换和加窗振动分离技术进行故障诊断时效果不明显的问题,提出了一种以齿轮啮合冲击响应和齿轮啮合顺序为基础的行星轮局部故障振动仿真模型。以齿轮啮合冲击响应为基础,仿真正常齿和故障齿的单次啮合冲击振动响应;计算每次齿轮啮合的时间点,按照轮齿啮合顺序使用单次啮合冲击振动响应进行拼接,综合考虑振动信号的时变传递路径和太阳轮、行星轮和行星架转频的调制影响;建立了满足加窗振动分离技术故障特征提取的行星轮局部故障振动仿真模型。通过与行星齿轮箱的试验平台实测振动信号和振动仿真信号的分析对比,验证了所建立模型的正确性。     

高地应力下砂岩隧道围岩爆破振动响应研究EI北大核心CSCD

高地应力对隧道围岩的爆破振动响应具有一定影响。本文通过波动微分方程和分离变量法结合高地应力作用下砂岩类材料参数的变化规律求得适用于高地应力下的爆破地震波传播解析解,并通过实例分析,给出了隧道围岩中质点振动速度、加速度、应变参数随地应力大小变化规律,并借助物理模型试验装置对隧道围岩爆破振动响应随地应力的变化规律进行模型试验研究,最后将试验结果与解析解进行对比。由解析解的计算结果表明,相同围岩质点速度、加速度和应变峰值均随着地应力的增大而逐渐减小,且径向的速度、加速度和应变在低地应力阶段的衰减速率要大于高地应力阶段,随地应力的增加呈现出类似于负指数下降的趋势。在模型试验中,相比于震源附近围岩的振动响应,远离震源处地应力的变化对围岩爆破振动响应影响增大。模型试验测得的结果与解析解计算的结果相吻合。研究成果对地下隧道爆破设计和振动安全预测具有重要参考价值。     

高阶调谐齿轮参数设计及动态响应研究EI北大核心CSCD

提出一种高阶调谐齿轮传动原理,定义了调谐齿轮的错时相位角。基于动态啮合力开展高阶调谐齿轮参数设计研究,推导出调谐齿轮最佳传动参数,验证调谐齿轮错时相位角、调谐阶数对动态响应的影响;结合具体案例,进行高阶调谐齿轮的动力学数值模拟,研究高阶调谐齿轮传动参数对系统动态啮合力以及振动响应的影响。研究结果表明,当调谐阶数为2(二阶调谐齿轮)、错时相位角为1/2个齿距时,调谐齿轮时变啮合刚度和接触力波动最小,振动位移以及振动加速度波动最小,从理论上验证了二阶调谐齿轮具有明显的减振作用。     

内激励作用下的单对齿轮振动噪声分析

综合考虑齿轮时变啮合刚度及齿轮误差等内部激励的影响,建立了单对齿轮扭转振动物理模型,采用龙哥库塔法进行求解,得到了齿轮节点位移。分析齿轮几何参数对齿轮啮合的振动噪声的影响,并采用修正Kato公式法对振动产生的噪声进行了定量计算。结果表明该方法可以较好地对齿轮振动所产生的噪声进行定量计算,为齿轮系统的降噪设计奠定了基础。     

多频激励作用下悬索时滞减振控制研究EI北大核心CSCD

悬索作为一类典型的柔性结构,因其本身质量轻,柔性大,阻尼小等特点,在多频激励的作用下容易产生大幅振动,易造成结构疲劳破坏,从而导致工程灾害的发生。因此,悬索的振动控制是工程实际应用中亟须解决的问题。该研究采用时滞速度反馈控制策略对多频激励下的悬索进行减振控制。基于Hamilton变分原理,建立多频激励下受控悬索的非线性振动控制模型。利用Galerkin法得到离散后的时滞微分方程,通过多尺度法求解受控悬索发生超谐波与亚谐波联合共振时的幅频响应方程,并判断稳态解的稳定性,分析了受控悬索的非线性动力学行为,以及控制系统参数对共振响应的影响。研究结果表明,多频激励时悬索系统同时出现超谐共振和亚谐共振响应的特性,随着时滞值的增大不同分枝之间距离减小,随着控制增益减小分枝的稳定和不稳定解的相位趋于接近。通过调节控制增益和时滞值的大小可以改变共振范围、响应幅值及其相位,达到最优控制效果。     

列车动力荷载作用下大跨度斜拉桥局部振动响应研究EI北大核心CSCD

为研究列车动力荷载引起的大跨度斜拉桥主梁和桥面板局部动力响应,基于车-桥耦合动力学理论建立了列车-轨道-斜拉桥空间耦合动力学模型。采用固定界面模态综合法和等效正交异性板法建立大跨度斜拉桥精细化三维有限元模型,车辆简化为具有二系悬挂的31自由度弹簧-质量模型,轮轨关系采用可分离的三维轮轨滚动接触模型。以主跨为1 092 m的沪通长江大桥为例,研究了轨道不平顺激励条件下高速列车行驶引起的桥面板和主桁架梁的动力响应特征及分布规律。研究结果表明:固定界面模态综合法既可以有效减少模型自由度数目,又可以反映桥梁局部动力响应;等效正交异性板法虽能较好地反映桥面板的局部振动,但由于没有考虑等效前后主梁整体刚度的一致性,故所计算的主梁振动位移偏差较大;由于桥面板局部竖向刚度较小,桥梁行车线正下方的桥面板竖向加速度远大于主梁桁架节点竖向加速度,建议我国相关铁路桥梁规范在评估大跨度板桁斜拉桥振动加速度时,考虑桥面板局部振动的影响;列车动力荷载作用下主梁桁架杆件应力冲击系数较小,动力效应不显著。     

轴承摩擦力作用下弹性支承轴系自激振动特性研究EI北大核心CSCD

以重力式水洞中的弹性支承轴系为研究对象,研究其在水润滑橡胶轴承摩擦力作用下的自激振动特性及其机理。实验结果表明,系统于某一确定转速产生自激振动,并随转速下降维持不变直到一个较低转速由于驱动力不足而消失,各个转速下的自激振动均表现为转速调制下的单阶模态失稳。为了研究自激振动机理,建立了弹性支承轴系动力学模型。在建模时,将轴系分为弹性支承和转轴两个子结构,分别获取固有振动频率和模态振型,建立在轴承界面摩擦力作用下的支承-转轴耦合动力学模型,并采用模态叠加法对模型进行降阶处理。采用四阶Runge-Kutta方法求解动力学方程,分析主要物理参数对系统的影响。分析结果表明,失稳模态为支承的小阻尼扭转振动模态,支承振动与轴承摩擦耦合作用是系统失稳的主要原因。     

冲击载荷下航空发动机转子振动特性试验方法EI北大核心CSCD

以某舰载涡桨发动机动力涡轮转子为研究对象,基于动力学相似设计原则设计了与真实转子动力特性一致的模拟转子,并验证了动力学相似设计的正确性。提出一种冲击载荷下转子振动特性试验方法,在振动台上开展高速电机抗冲击性能和转子在冲击载荷下的振动特性试验研究,验证了高速电机具备不低于10 g的垂向抗冲击性能,提取了转子在冲击载荷下的瞬态振动响应,获取了冲击时振动响应主要频率成分。研究表明,模拟转子动力特性与真实转子具有良好一致性,冲击时振动响应基频不变,但存在较复杂的其他频率成分。研究为某舰载涡桨发动机的研制提供了技术支持,为转子在冲击载荷下的动力学试验提供了方法。     

面齿轮副齿面磨损动态响应及其典型特征分析EI北大核心CSCD

为了揭示齿面磨损对面齿轮传动的影响,提出了一种结合黏着磨损公式的面齿轮副齿面接触分析方法。通过齿面接触分析得到面齿轮副接触椭圆离散点上的相对位移及接触应力,再根据黏着磨损公式可以定量得到齿轮的磨损深度;编写了含磨损的面齿轮副齿面坐标,并在ABAQUS软件中计算了不同磨损下系统的啮合刚度;将齿面磨损等效为齿面偏差,讨论了不同磨损对静态传递误差的影响;对比了面齿轮副在正常和磨损时的动态响应,分析了转矩对磨损的影响。结果表明:齿面磨损主要影响啮合刚度和静态传递误差的幅值,并且会导致加速度与啮合力幅值的快速增长;转矩的增大会引起磨损加重;相比于无量纲统计指标,加速度均方根对于磨损故障更敏感。     

多轴向与单轴向随机激励下结构动力学响应对比研究EI北大核心CSCD

为了分析结构在多轴向与单轴向振动环境下疲劳失效行为存在的差异,从理论分析、数值仿真以及试验研究三个方面,对典型结构开展了多轴向与单轴向随机振动环境下动力学响应对比研究。研究结果表明:多轴向振动环境能够同时激发结构不同方向的模态振型,在三个轴向互不相关的振动环境下,结构的动力学响应为各个方向单轴向振动时引起的动力学响应的叠加;若各轴向载荷间存在相关性,则其相关性对结构动力学响应存在明显影响,且影响是有规律的。对以上结论产生的原因进行了分析研究,为两种工况下结构振动疲劳失效行为的研究奠定了基础。     

行星轮不均载的行星齿轮箱振动信号模型EI北大核心CSCD

行星齿轮箱有多个行星轮构成的平行传动路径可以分担输入的扭矩负载。行星轮之间的载荷分布不均会降低效率和加速疲劳。为了充分揭示行星轮载荷分布不均的故障特征,建立了行星轮不同载荷分布情况下的振动信号模型;推导出傅里叶频谱,说明行星轮载荷的不均匀分布会引起附加的信号频率成分,并可能导致系统固有频率的偏移;总结了输入扭矩和行星轮位置误差的严重程度对信号频谱结构的影响。仿真和实验结果与理论模型较好吻合。     

阶跃激励下网架结构的动力响应扩展及其误差分析EI北大核心CSCD

为了增加单次动力测试的可用测试信息,提出一种考虑阶跃激励作用的网架结构动力响应扩展方法。由阶跃激励引起的结构自由振动响应在任意时刻均可近似表达为少数贡献模态的线性组合。在此基础上,构造一种优选测点位置的迭代策略,以无偏估计各个时刻的贡献模态组合系数(即广义坐标),从而实现动力响应由少数测点向全自由度空间的扩展。解释了动力响应扩展的误差机理,并提出一种相关系数指标来筛选高精度非测点。以某560杆的网架结构为例进行数值分析。结果表明,该方法能方便地实现网架结构的动力响应扩展,并筛选出较多数量的高精度非测点,有利于提高网架结构动力测试的效率。     

热声载荷作用下金属薄壁结构的振动响应与试验验证EI北大核心CSCD

针对航空航天薄壁结构在热声载荷作用下的非线性振动响应问题,基于声振耦合理论,采用耦合的有限元/边界元法对四边固支高温合金矩形薄壁结构进行了动力学响应计算。重点研究了薄壁结构在行波加载与扩散场加载条件下的振动应力/应变响应规律,讨论了温升对结构振动响应的影响规律,分析了薄壁结构热屈曲(Thermal-buckling)和跳变(Snap-through)响应特性。通过将薄壁结构在不同温度条件下的振动模态以及动态应变响应的仿真结果与热环境下的声激振试验结果进行对比,表明计算的基频量值及随温度的变化关系与试验结果获得较好的一致性,计算的应变响应与试验测试结果量值相当,验证了热声响应计算方法与模型的有效性。该研究提出的金属薄壁结构在热声载荷作用下的非线性振动响应计算方法及分析结论对进一步开展热声疲劳寿命预测及动强度设计提供依据。     

局部瞬时激励下架空导线微风振动波的传播演化EI北大核心CSCD

微风振动是架空导线疲劳断股、断线的重要原因。为分析局部锁定后导线的微风振动过程,将架空导线简化为张力主导的无限长连续弦模型,考虑局部锁定的随机性和瞬时性,将导线在任意时刻任意位置形成的局部锁定简化为瞬时脉冲激励,采用积分变换法获得了系统在时间和空间上的双格林函数解,分析了脉冲波在弦模型中的传播过程和固定约束边界的反射规律。进而采用局部脉冲激励法对导线内行波的传播演化特性进行试验研究,采用高清摄像机对振动波进行捕捉,基于自编程序进行视频图像处理及分析。结果表明:自编程序能够提取标记测点的瞬时位移,脉冲波在传播过程中波速恒定、波面轮廓能够保持较好的形态不变形。局部瞬时激励形成的脉冲波沿导线向两侧档端传播,在经过档端约束后形成反射波沿导线传播,两侧形成的反射波相遇后相互叠加引起导线持续振动。试验现象与理论分析一致。     

半球谐振子固有刚性轴方位角测量方法与仿真研究EI北大核心CSCD

半球谐振子固有刚性轴方位角测量是谐振子制造及调平等工艺过程的重要基础。首先对半球谐振子固有刚性轴方位角的测定方法进行了理论分析,其次开展了基于位置激励的半球谐振子谐响应仿真研究,模拟了固有刚性轴位置的测定过程,最后通过设计试验,采用非接触式声波激励,激光多普勒测振仪采集唇缘不同位置的振动信号,完成了半球谐振子固有刚性轴方位角的测定。该方法的角度分辨率优于1°,结果表明:其固有频率主轴方位角的辨识误差约为4.4%,具有良好的可行性,该方法装置简单、便于操作,对半球谐振子初期研制过程中固有刚性轴方位角的精确定位具有重要的参考意义。     

复合运动激励下吊装多体系统振动分析与联合控制EI北大核心CSCD

建立了针对吊装系统在复合运动激励下的多体动力学模型,并给出了系统振动抑制的联合控制方法。以回转和变幅角速度为系统输入,分别利用做大范围运动的弹簧质量阻尼系统和空间悬吊系统描述吊臂弹性振动和吊物摆动,基于拉格朗日方程,采用递推列式法推导并给出了吊装多体系统5自由度空间运动方程。分别采用输入整形法和比例微分反馈控制法对吊物空间摆动及吊臂弹性振动进行振动控制,根据系统耦合振动特性,设计了能同时抑制吊臂振动和吊物摆动的联合控制器。系统振动分析及联合控制结果表明,所构建的动力学模型能有效分析回转和变幅复合运动激励下吊装多体系统的动力学特征,相比传统输入整形控制法,所设计的联合控制器对吊装多体系统的振动抑制效果得到较大提升。     

接地棒辅助钻机振动特性分析EI北大核心CSCD

为分析接地棒辅助钻机工作过程中的振动并对其改进。建立接地棒辅助钻机的仿真模型,进行参数设置,对接地棒辅助钻机进行整机模态分析,得到整机的固有频率及振型,使用有限元分析法对接地棒辅助钻机进行瞬态动力学分析,得到不同电机转速、不同载荷下机器的振动加速度与频谱。通过整机动态信号测试,得出各个测点的振动加速度与频谱。仿真结果与试验结果对比,吻合度较高。仿真与试验结果表明电机转速对接地棒辅助钻机振动特性影响较大,载荷对其影响较小。对接地棒辅助钻机进行减振优化,对比优化前后的接地棒辅助钻机的振动加速度幅值与应力应变,结果表明,该优化方案对机器的减振是有效的,提高了接地棒辅助钻机工作的稳定性与使用寿命。