球式自动平衡装置的数值仿真与实验研究

利用拉格朗日方程推导出球式自动平衡装置的运动微分方程,并提出应用MATLAB软件对运动微分方程进行数值分析的仿真方法。建立单自由度振动系统的球式自动平衡装置实验台,配置相应的振动信号测试系统。通过仿真与实验验证球式自动平衡装置的减振性能。     

安装偏心距对球式自动平衡装置减振的影响

过临界转速下,影响球式自动平衡装置减振效果的因素很多。通过建立存在安装偏心距的球式自动平衡装置的数学模型,并依据现有的实验台确定仿真参数进行数值仿真,分析安装偏心距对球式自动平衡装置减振效果的影响。结果表明,安装偏心距越小,球式自动平衡装置的减振效果越好;一定范围内,提高转子的加工精度和安装精度,减小安装偏心距,球式自动平衡装置的减振效果改善明显;但过高的提高转子的加工精度和安装精度,球式自动平衡装置的减振效果改善不明显。分析结果对于球式自动平衡装置的有效减振有一定的应用价值。     

非平面运动球式自动平衡装置稳定性分析

在实际生产工作中,高速运动转子由于受到不平衡力矩作用,会使整个转轴产生空间转动,这种转动使得转子产生非平面运动。采用拉格朗日方程和牛顿定律,建立一种非平面运动球式自动平衡装置数学模型;通过摄动法和劳斯-霍尔维茨判据对其可能使系统稳定的解进行分析,得出该自动平衡装置分别在1个球和2个球的情况下存在能够使系统稳定的解以及系统在不同条件下振动情况。该装置在过临界转速下存在稳定点,在一定条件下能对不平衡力进行平衡,达到减振目的。     

基于Simulink和VRML的球式自动平衡装置虚拟实验平台研究

对球式自动平衡装置虚拟实验进行了研究,建立了球式自动平衡装置虚拟实验平台。该平台采用基于Simulink和VRML的运动仿真和建模方法,通过建立控制转盘和滚球运动的Simulink模型,以及球式自动平衡装置的VR场景,来模拟真实的实验环境。然后在主界面上输入实验参数,以进行虚拟实验。通过可视化观察实验过程中滚球运动状态,以及生成的实验结果曲线,对滚球的平衡过程进行分析,分析结果与自同期理论相符。最后通过搭建真实实验台进行实验验证,实验结果进一步表明了该虚拟实验平台具有良好的有效性及可靠性。     

球式自动平衡装置的动力学特性分析

为研究球式自动平衡装置的抑振特性,利用拉格朗日方程和牛顿定律推导出球式自动平衡装置的运动微分方程,建立平面振动模型;采用旋转坐标变换的方法将振动模型转化为自治形式方程,分析自治系统的平衡点;采用数值分岔软件AUTO完成自治系统的分岔分析,指出平衡过程中的霍夫分岔现象,并分析稳定区与不稳定区;最后采用仿真的方法验证分岔结论的正确性。     

球式自动平衡装置数值仿真系统设计

在球式自动平衡装置的数值仿真中,传统的仿真方法是利用Matlab进行数值仿真,得到的结果不具直观性和交互性。为了解决上述问题,现利用VB平台,采用龙格—库塔法对球式自动平衡装置的数学模型进行数值求解,设计一种能够使仿真结果动态可视化的交互式数值仿真系统。仿真结果表明,该数值仿真系统增加仿真结果的直观性,实现滚球运动状态的动态呈现。得到的仿真结果与自同期理论一致,不平衡转子的振幅得到有效的衰减。     

基于分岔理论的球式自动平衡装置的稳定性研究

提出一种基于分岔理论的球式自动平衡装置稳定性的研究方法。通过分析,得到球式自动平衡装置的稳定区域随滚球质量、偏心距、黏性阻尼以及转子速度等参数变化而改变的规律,为自动平衡装置设计和使用提供一个可行域作为参考。从球式自动平衡装置力学模型出发,对球式自动平衡装置的数学模型进行无量纲化和自治化处理,求出自治系统的平衡解1和平衡解2(±),根据李雅普诺夫原理和劳斯稳定性判据判断平衡解的稳定性变化情况,得到η-λ、η-δ、η-ζ、η-β双参数下的平衡解1和平衡解2(±)的稳定区域分布图,其对球式自动平衡装置的研究和使用具有一定的指导作用。     

球式自动平衡装置在二倍频激励下的动态特性

高速旋转机械是应用较多的一种机械设备,一旦发生故障造成的损失十分严重。解决的办法之一就是对其转子进行自动平衡。生产中转子除了受到偏心激振力之外,还会受到高次倍频激振力和分数倍频激振力,特别是二倍频激振力。研究这些激振力对球式自动平衡装置的影响有非常重要的意义。由此,构建球式自动平衡装置在二倍频激振力作用下的平衡方程,应用Matlab软件研究和通过实验验证其动态特性。     

基于DIC实验的自同步振动系统研究

自同步振动机械通过简化传统的刚性连接实现同步运动，在工业上得到广泛应用。受限于测量手段，目前对自同步机械的研究主要集中在理论建模与数值仿真环节，鲜有对实验数据的分析。为了解真实自同步装置的动力学特性，通过高速相机对基于直流电机的自同步实验装置的运动过程进行记录，并使用数字图像相关方法(Digital Image Correlation，DIC)得到实验结果。通过经验模态分解(Empirical Mode Decomposition，EMD)等手段对不同工况下的实验数据进行处理。结果显示：实验装置在进入同步状态后，在不同工况下表现出的同步特征有所不同；装置同步后的运动数据依然存在波动，且波动频率与转子转速、实验装置的参数都有一定相关性。研究结果可为自同步现象的实验测量提供参考，同时也丰富了自同步现象实验分析的研究资料。     

基于蠕动泵的注排液式转子自动平衡实验研究

自动平衡可以有效的延长转子系统的运行周期.针对常规注液式自动平衡装置在工作一段时间后会由于腔内液体注满无法排出而失去平衡能力以及在首次注液时可能"错调"将导致振动增大的问题,提出一种可连续注排液式自动平衡系统并研究其关键技术.在转子运行过程中,控制系统根据预先测得的转子的影响系数,运用实时测得的振动信号直接计算消除振动所需要的平衡量,从而避免了首次注液振动量可能增大的问题,而不受控的排液可以保持平衡盘的平衡能力.在流量控制方面本论文创新性地提出了一种蠕动泵组流量控制系统,可以实现流量的精确控制.同时针对不同应用环境,将该平衡系统设计成具备注排液式和单注液式两种工作方式.通过在立式悬臂转子实验台上进行实验研究,结果表明,连续注排液式自动平衡装置能有效降低转子振动,并能在振动发生瞬时变化时快速反应.     

不平衡磁拉力及对偏心转子系统振动的影响

研究了电机中由于相对偏心引起的不平衡磁拉力对转子系统振动的影响.首先把气隙磁导展开为Fourier级数的形式,通过转子或定子表面的Maxwell应力积分得到非线性不平衡磁拉力的解析表达式.然后代入到转子系统的运动方程中,采用隐式非线性NEWMARK积分法计算系统在不平衡磁拉力和质量偏心力作用下的动力响应,详细分析了电机参数对偏心转子系统振动的影响.研究结果为旋转机械轴系的动力分析及设计提供了理论依据.     

计电磁不平衡拉力的高速电主轴转子偏心特性研究

针对高速电主轴转子偏心状态产生的两种载荷-电磁不平衡拉力与离心力,据电磁理论建立电磁不平衡拉力载荷模型,理论分析两种偏心载荷幅值及频率特性;应用Timoshenko梁理论,建立耦合入轴承动态支撑刚度矩阵并以两种偏心载荷为外力的转子有限元模型;据动力学方程计算转子系统固有频率、振型,研究电磁不平衡拉力载荷与离心力载荷对转子系统动态特性影响;通过实验验证两种偏心载荷为引起高速电主轴转子振动的主要因素及转子系统一阶固有频率随转速升高而升高,实验结果与理论计算误差较小。     

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。     

偏心有限长大间隙环流的动特性研究

基于作者建立的大间隙环流中转子运动的三维力学模型,用摄动法推导了有限长大间隙环流流场非线性控制方程的零阶摄动方程组.该方程组是一个复杂的三维非线性偏微分方程组,其求解有一定的困难. 为此, 提出了一种简化数值方法. 该简化方法是采用作者以前获得的同心有限长大间隙环流的动特性系数来计算三维偏心有限长大间隙环流的动特性系数. 与已有的数值计算结果和实验结果比较, 该简化方法具有较好的实用性和精度. 数值计算结果表明与同心有限长大间隙环流相比, 偏心有限长大间隙环流的动特性系数不再具有主项相等, 耦合项大小相等、符号相反的特点, 动特性系数主项随着偏心率的增加而呈不同程度的指数增加, 这意味着在大偏心情况下有限长大间隙环流的动特性系数将增大.     

电机无速度传感器控制技术在包装生产线中的应用

目的 为提高自动化包装生产线的产品效率和质量,简化传动系统结构,改善永磁同步电机控制系统性能。方法 提出一种基于滑模观测器的无速度传感器控制技术,建立永磁同步电机数学模型。在此基础上,设计一种滑模自适应观测器,可用于观测定子电流和转子磁链,同时给出一种I/F启动策略。通过仿真和实验对系统性能进行验证。结果 仿真和实验结果表明,所述控制方法不仅可以解决电机启动问题,而且采用滑模观测器能够较好地实现转速跟踪,进而确保转子位置准确性。在实际应用中,可将横封横切机构的切点偏差控制在0.4mm以内,平均偏差只有0.2mm。结论 无速度传感器控制系统具有响应速度快、调速性能好、鲁棒性强等特点,可以确保电机速度、位置控制精度,进而降低整个控制系统的冗余性、不稳定性,适合包装、仿真、印刷等场合使用。     

基于虚拟现实的视频跟踪仿真系统设计与实现

本文介绍了一种由三维虚拟环境作为目标系统的视频跟踪仿真系统，描述了该仿真系统的设计方案和软件研发过程。该仿真系统已经成功应用于两栖战车的目标自动跟踪技术预研项目，为视频跟踪系统相关算法的实验验证和技术改进提供了一个方便、实用的实验平台。     

考虑导线偏心覆冰对四分裂导线舞动的影响

采用风洞试验获得典型新月形覆冰四分裂导线的升力、阻力和扭矩系数随风攻角的变化规律。基于ABAQUS有限元软件提出一种考虑偏心覆冰作用的导线数值模拟方法,并利用算例验证了该方法的正确性。在此基础上,利用ABAQUS用户自定义子程序UEL编写气动载荷单元,实现考虑偏心覆冰作用的导线舞动数值模拟方法。采用该方法与传统数值模拟方法对典型新月形覆冰四分裂导线的舞动特征进行对比分析。结果表明,该方法能准确反映覆冰导线运动过程的扭转特性。考虑偏心覆冰作用后,覆冰四分裂导线的位移和扭转角幅值明显增大,振动形态更为复杂。因此,在研究覆冰导线舞动时,有必要考虑偏心覆冰作用的影响。     

基于二分法-PSO的碰摩转子有限元模型修正

根据模型修正理论,基于有限元模型模态分析结果与试验结果,采用二分法–PSO优化算法,进行模型修正。该方法提高了有限元模型修正的速度与精度,且避免了在PSO迭代寻优过程中陷入局部最优的问题。结果表明,采用基于二分法–PSO的模型修正方法得到的有限元模型的精度有了大幅度的提高,且更为准确地反映了试验模型的结构特征。将修正后的模型用于碰摩故障的研究,研究转速变化对转子碰摩动力学特性的影响,研究结果表明：仿真结果与试验结果一致性较高,为实际工程中转子系统的安全稳定运行提供一定的实际参考价值。     

转轴上裂纹在通过临界转速过程中的呼吸特征

为了研究复杂涡动引起的裂纹非线性呼吸行为对转子临界转速的影响,在恒速裂纹转子运动方程的基础上构建带横向裂纹Jeffcott转子的通用运动方程,对裂纹转子加速通过临界转速的过程进行了数值研究。结果表明:不平衡量方位角对临界转速有较大影响;在临界转速附近,裂纹的呼吸减弱;在恒加速过程中裂纹转子的最大响应滞后于重心转向。在转子实验台上进行裂纹转子通过临界转速的实验验证,观察数据支持理论研究结果。