计及间隙和转矩滞回变化的双质量飞轮冲击特性及动态响应分析EI北大核心CSCD

考虑周向短弹簧双质量飞轮(dual mass flywheel,DMF)中的弹簧座与次级飞轮存在的间隙,基于Winkler弹性基础模型推导了弹簧座与次级飞轮接触刚度,并构建了转矩滞回变化数学模型。为分析汽车启动和正常行驶时DMF冲击特性和动态响应,建立了搭载DMF的汽车传动系统非线性动力学分析模型。分析结果表明:由于存在间隙,在发动机启动阶段,弹簧座与次级飞轮之间存在冲击,其接触产生的转矩和减振弹簧传递的转矩有很大波动;提高摩擦转矩有利于缓解间隙引起的冲击;经过DMF减振后,行驶过程中的次级飞轮振幅比初级飞轮明显减小,DMF传递的转矩局部存在跳跃变化并且有一定的滞后性。     

双螺母预紧滚珠丝杠副摩擦力矩与接触刚度波动关系研究

目前,滚珠丝杠副刚性的一次测量只能测得一个位置处刚度,需进行多次测量才能获得有效行程内的刚度波动情况,且每次测量需要拆卸和调整测量装置,耗时耗力。由于滚珠丝杠副摩擦力矩测量是空载扭矩,在测量行程中,螺旋升角和接触角是基本没有什么变化,同时在刚性测量中,轴向载荷的加载对螺旋升角和接触角的影响非常小,可以简单、快速获得双螺母预紧滚珠丝杠副不同位置处接触刚度值波动情况,对双螺母预紧滚珠丝杠副的滚珠进行动力学分析,建立预紧力与接触刚度的关系式,结合滚珠丝杠副预紧力与摩擦力矩平衡方程,建立关于摩擦力矩的接触刚度数学模型;使用滚珠丝杠副摩擦力矩试验台对两种不同型号的双螺母预紧滚珠丝杠副进行摩擦力矩测量;在滚珠丝杠副静刚度试验台上对以上两件滚珠丝杠副进行静刚度测量。试验结果表明:当双螺母预紧滚珠丝杠副的轴向载荷23/2倍预紧力时,双螺母预紧滚珠丝杠副的接触刚度与摩擦力矩的1/3次方成正比;可通过测量双螺母预紧滚珠丝杠副行程内的摩擦力矩来反映不同位置处接触刚度的波动情况。     

多级非线性双质量飞轮参数设计和优化

在长弧形弹簧双质量飞轮结构的基础上,针对其核心部件——减振弹性结构形式进行创新设计,使得减振器的刚度由单级刚度变成了三级刚度。讨论了多级非线性双质量飞轮的各个参数的选取原则。针对国产某轿车的动力传动系统建立了离散化的整车动力传动系分析模型。对传动系统在行驶工况下和怠速工况下的固有特性进行分析,预测和评价多级非线性双质量飞轮的扭振控制效果。最后基于ADAMS对多级双质量飞轮的减振性能进行仿真和优化分析,得到了设计所需参数的最优值。     

轴向载荷对滚珠丝杠副摩擦力矩波动的影响及测试

根据赫兹接触理论分析预紧力及轴向作用力与丝杠接触刚度的关系,根据滚动丝杆摩擦力矩波动的滚珠进入滚道阻力影响法,分析在轴向载荷下滚动丝杆副摩擦力矩波动影响参数;通过对轴向力作用下的丝杠系统摩擦力矩实验测试,表明预紧力对摩擦力矩的波动起主导作用,轴向载荷下的丝杠系统以单向预紧力的方式加剧了摩擦力矩的波动量。     

四列角接触球轴承振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了四列角接触球轴承的动力学分析模型,并以某型号四列角接触球轴承为例,对不同结构参数与工况参数下的轴承振动特性进行理论分析。结果表明:对于四列角接触球轴承,根据使用工况选择大、小球列不同的内、外沟曲率半径系数与初始接触角更有利于轴承的减振降噪;对轴承施加一定的轴向预紧量可有效减小轴承振动;存在较为合理的轴向载荷、倾覆力矩及内圈转速范围使四列角接触球轴承在使用时的振动较小。     

轴承滚动面的几何误差对微振动的激励机理研究

高速旋转的飞轮转子在输出姿控力矩的同时伴随输出宽频微幅振动,为了分析飞轮微振动的来源并估计其幅值,首先结合轴承零件间的相对运动关系将轴承滚动面的几何误差展开成Fourier级数的形式;其次,基于滚动体和沟道间的点接触本质,运用Hertz接触理论,研究了预紧轴承的滚动面几何误差所导致的预紧力波动量,并建立了轴承组件的动力学模型;最后,进行了试验和仿真结果的对比研究,结果表明:在频率点上吻合良好,在幅值的趋势上保持一致。从而验证了轴承滚动面的几何误差和点接触的非线性是轴承微振动的主要根源,同时也验证了低频激励的幅值是转速的二次函数,为飞轮振源定位奠定理论基础。     

剪式齿轮传动机构非线性动力学特性研究

考虑齿侧间隙、时变啮合刚度和摩擦力等因素,建立7自由度剪式齿轮传动系统非线性动力学模型,采用Runge-Kutta法对转速、啮合齿隙、扭簧刚度、预紧力矩等对系统振动特性的影响进行了研究。结果表明,随着转速的升高系统逐渐进入混沌状态,中等转速区间系统的非线性动力学行为对转速的变化更为敏感;随着齿侧间隙的增大,混沌区间增大,混沌特性加强;扭簧刚度影响系统的非线性运动状态,但对冲击现象的影响较小,较小的扭簧刚度更有利于消除冲击现象;扭簧的预紧力矩影响系统啮合状态,最小预紧力矩的大小受负载力矩的影响且近似呈正比例关系。     

惯性载荷对高速角接触球轴承最优预紧力的影响分析

高速角接触球轴承拟静力学模型是轴承内部载荷分布的有效分析手段,是动力学分析的基础.对受轴向载荷的高速角接触球轴承的具体算例进行了求解计算,得出了不同转速下钢球与沟道接触力随预紧力的变化规律.计算结果表明:在低转速范围内,钢球与外沟道接触力随着轴向预紧力的增大而线性增大;随着转速的升高,该接触力会呈现非线性变化,表现出先减小后增大的变化趋势.对这一变化规律进行了详细的分析,并从接触疲劳寿命和陀螺转动摩擦生热的角度,提出了确定高速角接触球轴承最佳预紧力的双重约束条件,为高速角接触球轴承的设计与使用提供参考依据.     

高速电主轴角接触球轴承刚度及其对电主轴临界转速的影响分析

针对高速电主轴角接触球轴承高转速的特点,建立角接触球轴承的拟静力学模型,分析径向力与电主轴转速对轴承滚珠与轴承沟道的接触角、接触力的影响;根据轴承与滚珠的受力平衡条件,研究角接触球轴承刚度受电主轴转速与预紧力的影响;基于Timoshenko梁理论,建立轴承-主轴的有限元模型,分析不同预紧力下角接触球轴承对电主轴临界转速的影响。结果表明:径向力与电主轴转速将改变轴承滚珠与轴承沟道的接触角与接触力,减小预紧力与升高转速会导致轴承的刚度降低,进而降低电主轴的临界转速;需要综合考虑角接触球轴承离心力、内圈膨胀和预紧力等影响因素,才能有效保障电主轴的安全运行。     

拉杆转子-轴承-密封系统接触刚度矩阵建立及动力学特性分析

周向拉杆转子结构在燃气轮机中非常常见,而转子结构中普遍存在的拉杆及接触层对转子-轴承-密封系统的动力学特性具有非常重要的影响。在本研究中,建立了周向分布拉杆的力学模型和表征轮盘之间接触效应的非线性接触刚度矩阵,该接触刚度矩阵由七个刚度系数组成,这七个刚度系数可以综合表征接触层横向刚度,剪切刚度,弯曲刚度,扭转刚度,并且该矩阵能够考虑转子变形对于刚度系数的影响。结合基于短轴承理论并且经过试验验证的非线性油膜力模型和Muszynska密封力模型建立了周向拉杆转子-轴承-密封系统的动力学模型。采用了Newmark-β法对动力学方程进行了求解,并采用三维频谱图分析了预紧力大小和预紧力不均对周向拉杆转子-轴承-密封系统的非线性动力学特性的影响规律。结果表明,接触刚度以及故障拉杆的相对位置对拉杆转子-轴承-密封系统的稳定性及频率成分影响明显。     

基于频响函数综合法的飞轮-轴承-壳体耦合系统扰动力特性研究

为获取飞轮-轴承-壳体耦合系统的动力学特性及工作时由不平衡质量激励传递给壳体的扰动力,采用三维实体单元建立旋转状态下系统的动力学模型,获得考虑陀螺效应、预应力时的模态特性。采用基于频响函数子结构综合方法建立飞轮-轴承-壳体耦合系统的动力学模型,获得不同转速工况下单位简谐力激励时的扰动力输出特性。研究表明,研究飞轮系统的动力学特性应考虑陀螺效应和预应力的影响。利用频响函数子结构综合法可获得飞轮在简谐力作用下的扰动力特性。扰动力特性包含飞轮的刚体模态、弹性体模态以及其与轴承组件、壳体相互作用的耦合模态。飞轮径向模态对飞轮的径向扰动力影响显著,飞轮以轴向变形为主的弹性模态对轴向扰动力影响显著。     

轴承的轴向预紧力

轴承预紧可以减少轴承的偏移和增加疲劳寿命,此外预紧还可提高轴承的刚度和增加轴承的摩擦力,因此确定适当的预紧力是提高轴承寿命的关键。用传统方法确定轴承部位的轴向载荷和预紧轴承装置的稳定性是冗长的而且很费时。新的使用近似值的方法只需从现有的轴承样本中查取最少的数据即可。此方法还适用于计算机辅助分析和选择预紧力是在轴承装置固定的同时对其施     

考虑紧固螺栓的三排滚柱式转盘轴承载荷分布计算

螺栓是转盘轴承的关键紧固件。为考察紧固螺栓工作参数对转盘轴承载荷分布的影响,提出了一种针对三排滚柱式转盘轴承的有限元等效建模方法。首先,基于三排滚柱式转盘轴承的结构特点和受力情况,建立考虑紧固螺栓的转盘轴承有限元模型,并从减少计算量和保证计算效率等方面考虑,采用非线性弹簧单元模拟滚子,通过有限元仿真快速获取了该转盘轴承的载荷分布。然后,设计并开展三排滚柱式转盘轴承静态加载试验,通过有限元仿真结果和试验结果的对比验证了所构建有限元模型的准确性。最后,基于构建的有限元模型,分析了螺栓预紧力和螺栓结合面处摩擦系数对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响。仿真结果表明：螺栓预紧力对三排滚柱式转盘轴承载荷分布的影响显著,而螺栓结合面处摩擦系数的影响微弱,其中上排滚子承受的最大载荷随螺栓预紧力的增大而增大,下排滚子承受的最大载荷随预紧力的增大而减小;在轴向力和倾覆力矩的联合作用下,三排滚柱式转盘轴承下排滚子承受的载荷总体上高于上排滚子,充足的螺栓预紧力可以提高转盘轴承的承载能力,而螺栓预紧力不足则会使下排滚子承受更大的载荷,导致转盘轴承提前失效。研究结果可为转盘轴承的安装和后期维护提供参考。     

基于离心力和陀螺力矩效应的“主轴-轴承”系统动力学特性研究

研究“主轴-轴承”系统在高转速场中受离心力和陀螺力矩影响的动力学特性对于提高主轴系统运行稳定性有重要的作用。在扩展Harris滚动轴承非线性分析模型、建立滚动轴承耦合刚度矩阵的基础上,建立了一种综合考虑主轴离心力效应和陀螺力矩效应的“主轴-轴承”系统动力学数字模型,并借助锤击模态实验验证了其准确性;分析论述了主轴离心力效应、主轴陀螺力矩效应及滚动轴承运行刚度对“主轴-轴承”系统在高转速场中的动力学特性的影响规律。通过模型分析计算表明：当轴承处于超轻预紧（EL）工况时,主轴的高速效应比轴承运行刚度对“主轴-轴承”系统动力学特性的影响更大,尤以主轴陀螺力矩效应的影响最为突出。     

基于LS-DYNA的包带式星箭连接装置分离过程和冲击响应分析

采用显式非线性动力学分析方法来研究包带式星箭连接装置的分离过程和冲击响应,给出了有限元建模和预紧力施加方法,采用LS-DYNA软件计算得到了某包带式星箭连接装置的包带动态包络和冲击响应;分析了对接框刚度、抗剪凸台、分离弹簧和拉伸弹簧刚度系数等参数对分离冲击的影响,并采用单自由度“弹簧-质量”系统模拟缓释过程,讨论了缓释过程对分离冲击的影响。结果表明：（1）采用显式非线性动力学分析方法能够同时解决星箭分离过程仿真和冲击响应分析问题;（2）增加对接框刚度,合理设计抗剪凸台高度,适当减小分离弹簧推力和拉伸弹簧拉力均可降低分离冲击响应;（3）延长解锁装置释放时间能够同时降低最大冲击响应峰值及其对应频率。     

某双质量飞轮怠速异响问题的分析与改善

某乘用车搭载1.0T三缸发动机,匹配湿式双离合（DCT）变速箱,在怠速工况存在敲击异响问题。通过研究分析推测该怠速异响可能是由双质量飞轮内部产生。为进一步解决该怠速异响问题,采集整车怠速工况下的转速波动信号作为双质量飞轮仿真模型的激励源。基于AMESim软件搭建双质量飞轮的怠速工况下的多自由度动力学仿真模型,通过仿真分析确定双质量飞轮的次级质量转动惯量、扭转刚度、基础阻尼力矩及自由转角对发动机扭振衰减效果的影响,得到该异响问题的解决方案并进行试验验证。结果表明,在一定的基础阻尼范围内,增大双质量飞轮的自由转角可以有效降低双质量飞轮的怠速敲击异响。     

减振镗杆系统非线性动态特性与吸振能量研究

内置式减振镗杆系统的振动与噪声一直是国内外研究的热点问题。为研究减振镗杆系统非线性振动与内部减振块吸振能量变化特性,引入考虑镗杆内部阻尼液和橡胶圈耦合作用的非线性阻尼和时变刚度,建立两自由度减振镗杆系统非线性动力学模型;基于减振块与镗杆杆体之间的相对运动分析,构建减振块吸振能量模型。研究减振块质量和外激励频率对系统动力学响应以及减振块最大吸振能量的影响特性,探讨非线性振动特征如分岔、准周期运动和混沌等与吸振能量变化之间的内在规律。考虑减振块质量与外激励频率关联作用或匹配关系的影响,分析参数平面上系统非线性动力学行为和减振块最大吸振能量的分布特性,研究结果可为减振镗杆系统结构优化设计和动态性能改善提供科学依据。     

磁力预紧缓冲器的力学特性及缓冲性能研究

在冲击作用下,传统预紧缓冲器能够为设备提供良好的缓冲效果,但是当外界冲击大于缓冲器预紧力并发生变形时,会产生大于预紧力的冲击力响应,从而影响缓冲性能。为降低预紧缓冲器的冲击力响应,提高缓冲性能,提出一种磁力预紧缓冲器。利用谐波平衡法对磁力预紧缓冲器的非线性微分方程求解,获得该系统的方程解;通过数值计算获得磁力预紧缓冲器的冲击响应规律,将磁力预紧缓冲器与传统预紧缓冲器的冲击响应进行对比分析。上述计算结果说明,在具有相同预紧力的情况下,磁力预紧缓冲器的冲击响应受到磁力预紧力和线性刚度的影响;与其它预紧缓冲器相比,通过选择合适线性刚度的磁力预紧缓冲器,传递力响应以及速度响应都能够明显地降低,而位移响应基本保持不变。利用跌落冲击机对原理样机进行冲击试验,试验结果与理论结果基本一致,验证理论计算结果的准确性。     

多层圆柱结构接触预紧力失效分析

多层圆柱结构的接触预紧问题,涉及到几何非线性和材料非线性以及接触面上摩擦力的影响。当材料间的刚度差别较大时,刚度低的材料呈现大变形特征,加大了几何非线性的程度。结构内部的预紧力的大小和分布与结构的整体刚度、结合部位的局部刚度、过盈配合间隙、接触面积等因素有关。本文对三层壳体在集中力作用下的应力和变形状态进行了数值分析。在模型建立中,接触面采用直接约束模型,摩擦力的模拟选用库仑摩擦模型,在施加预紧力时,采用了虚拟温度方法。根据数值计算结果,得到预紧力失效载荷与外壳厚度、垫块厚度和宽度、过盈配合间隙等参数的非线性关系。     

航天器非火工分离装置接触建模与仿真分析

为保证航天器发射过程中分离装置的可靠连接与分离，对某型非火工分离装置的接触动力学及分离释放过程进行研究。该非火工分离装置采用记忆合金弹簧作为驱动源，分析接触碰撞模型并根据接触理论计算接触参数，建立其动力学仿真模型并进行仿真计算，结果显示分离冲击不超过300g,与试验结果相符。研究分离装置中记忆合金弹簧回复时间、预紧力及弹簧刚度等因素对分离过程的影响，结果表明回复时间和预紧力对分离装置的冲击响应的影响效果相反，应综合考虑取值，弹簧参数中分离顶推弹簧刚度和螺栓弹簧刚度对分离冲击的影响最大。