谐波齿轮传动系统中动力学模型的研究进展

为了提高航天器、机器人等含谐波齿轮传动装置的复杂机械设备的工作精度和运行可靠性,对机械设备中谐波齿轮传动环节的精确建模已成为当前研究的重点。谐波齿轮传动属于柔性传动,其内部存在复杂的非线性动力学行为,而这些动力学行为严重地影响谐波齿轮传动系统在工作中的传动性能。对谐波齿轮传动系统的动力学行为及其建模方法进行了综述:介绍了谐波齿轮传动系统中运动学误差、摩擦和柔性的主要来源、基本性质及其对传动性能的影响规律;总结了描述上述行为常用的动力学模型(运动学误差模型、摩擦模型、非线性刚度模型和滞回刚度模型)的构成、特点及适用范围。指出滞回刚度模型和考虑系统柔性的运动学误差模型是目前谐波齿轮传动系统动力学研究的重点和难点问题,并针对当前谐波齿轮传动系统的动力学建模方面存在的一些不足,提出了该领域需要进一步研究的若干问题。     

筏板与桩基础的竖向动力相互作用

本文考虑了土的成层性和沿深度有变化的特性,将土层沿深度离散形成一系列均质的土层,各土层视为满足平面应变假定,应用传递矩阵法推导出单桩的动力阻抗;借助推求的桩-桩动力相互作用因子,来考虑群桩的桩-桩动力相互作用影响;通常研究承台板与群桩的竖向动力相互作用时假设承台板是刚性的,本文充分考虑了承台板具有一定的刚度、可以变形的柔性特征;并提出承台板-群桩动力相互作用模型,然后推得其动力相互作用方程。通过算例说明了承台板的刚度对承台板的动力作用是有影响的。研究表明,振动频率越低,柔性承台板的振幅与刚性承台板的振幅相差越大;随着频率的增大,两者差别也减小,并逐渐趋于相等。在承台板发生共振时,桩的反力出现明显的峰值,而且柔性承台板比刚形承台板的峰值大得多。     

单人姿态、体重对人-结构耦合系统竖向动力特性影响试验研究

人与结构之间的相互作用被称为人-结构系统的耦合作用。利用自制钢结构简支桥模型,测试了单人站姿、坐姿、蹲姿3种不同姿态下人-结构耦合系统的竖向动力特性,并分析了被测者姿态、体重对人-结构耦合系统竖向动力特性影响规律。分析表明,单人站姿、坐姿会明显降低结构第一阶竖向振动频率,单人蹲姿则会提高结构第一阶竖向振动频率。单人站姿、坐姿、蹲姿3种人体姿态均能提高结构第一阶竖向模态阻尼比,其中站姿提升最大、坐姿其次、蹲姿最小。对于同一结构模型,被测者体重与结构第一阶竖向振动频率、结构第一阶模态阻尼比均呈显著的负相关性,即体重越大,其峰值越小。     

基于ANSYS的高频振动轴有限元分析研究

双钢轮高频振动压路机的振动轴在满足设计要求的情况下需要尽可能地小,以降低振动系统的自重,减少激振系统的转动惯量,但是要考虑振动轴挠性变形对轴承的影响。通过ANSYS有限元分析对高频振动轴进行应力、应变分析,并通过建立精确的高频振动轴子模型证明分析结果收敛。通过振动轴的模态分析获得其前6阶固有频率和相应的振型图,分析得出振动轴的固有频率远大于工作频率,避开了共振区域。     

混合动力汽车动力耦合行星齿轮系动力学模态

以混合动力汽车双排行星齿轮动力耦合机构为例,运用UG建立其三维实体模型,并在ANSYS中对动力耦合机构的两排斜齿行星齿轮系分别进行模态分析。通过对比分析两排行星齿轮系的固有属性,得出两行星齿轮系的振动都以行星轮的扭转或扭摆振动为主,且由于存在重根现象,固有频率相近的模态,其固有振型也相似。两斜齿行星齿轮系的固有频率都远大于混合动力汽车发动机、发电机和电动机对外输出的激振频率。可见,斜齿行星齿轮系作为混合动力汽车动力耦合机构,能够有效地避免与动力输入构件的共振。     

考虑人-结构耦合作用的室内大跨钢连廊振动舒适度分析

大跨钢结构连廊质量小、结构柔、阻尼低,其动力特性及响应易受行人影响,为此围绕人-结构耦合作用对大跨钢连廊振动舒适度的影响开展研究.首先,引入两类单自由度人体动力模型,建立人-结构耦合动力模型,并确定人体模型关键参数.随后,基于课题组前期获取的谐波参数,模拟了单人步行荷载,进一步结合人群密度和步频关系,对大跨钢连廊的人群荷载进行了模拟.最后,以苏州文博中心观光连廊为例,对比分析了人-结构耦合作用对大跨钢连廊结构动力特性和振动响应的影响.结果表明,在考虑人-结构耦合作用后,结构的峰值加速度有一定程度减小,最大可达22.51％;人群的步行频率与结构的第1阶竖向自振频率接近或成倍频关系时易产生共振响应;人群密度的不同将影响行人步频,从而会导致对人-结构耦合作用效果的影响.     

双行星排混合动力变速箱振动特性仿真

以某双行星排混合动力变速箱为研究对象,利用动力学软件ADMAS建立动力耦合多体动力学模型,进行动力学分析并获得变速箱轴承座处动态约束力。首先,运用Ansys软件对箱体进行模态仿真分析,设计模态试验来验证仿真模型的正确性,运用模态叠加法对箱体进行振动响应分析。然后,运用KISSsoft软件对行星齿轮副进行优化设计,以改善变速箱的振动特性。研究结果表明:在齿轮副优化设计之后,箱体振动加速度降低了40%左右,变速箱振动特性得到了明显改善。     

破碎机振动梁支撑轴安装位置确定探究

本文以水泥混凝土破碎机核心部件共振梁为研究对象,通过简化振动梁模型,采用Workbench有限元软件进行模态分析,初步确定共振梁支撑轴安装位置;随后用基于Adams的动力学仿真软件对振动梁的动力学模型进行仿真,得到支撑轴处振动响应特性,并验证了支撑轴在该安装位置合理性,为振动梁定位孔位置的准确确定提供一种理论设计参考依据。     

后加钢支撑加固铁路既有简支桥梁共振响应分析

为了评价桥梁采用后加钢支撑加固后的效果,本文介绍了车桥发生共振的原理,解释了桥梁消振现象的原因;通过有限元分析软件ANSYS及多体动力学软件Universal Mechanism(UM)对桥梁加固前后共振响应进行了分析,计算了桥梁加固前后发生共振时的临界速度,并与理论结果进行了对比。研究结果表明：通过车桥耦合共振分析验证了桥梁竖向共振以及消振时列车临界速度的理论解,而由于引起横向振动的蛇行运动的复杂性,难以求出准确的理论解,但通过车桥耦合分析得到的横向共振的速度在理论的合理范围内;后加钢支撑加固方法只对桥梁横向动力特性有影响,对桥梁的竖向动力特性没有明显影响,也不会改变桥梁的竖向共振特性;列车运行速度较高,列车荷载频率会接近于桥梁的一阶扭转以及二阶横向自振频率而引起桥梁的横向共振,桥梁加固时也应加强桥梁的抗扭刚度;桥梁发生竖向共振时主要是由于列车的竖向加载频率接近或等于其第一阶竖向自振频率;该加固方法成功避免了列车引起的横向共振,可供既有铁路桥梁加固时参考。     

站桥合一式复杂结构的动力特性及抗震分析

文章以某站桥合一式的综合交通枢纽为依托,采用桥梁有限元软件Midas/Civil对此复杂结构的动力特性进行分析,根据动力特性分析结果,采用修正EL-Centro_t波对结构进行时程分析,分析了结构在五种地震激励工况下的内力响应。分析结果表明,站桥合一结构基频为1.312 4 Hz,前五阶振动模态均为边跨振动,边跨振动幅度较大,中跨振动幅度较小,站桥合一结构的动力特性主要由地铁车站控制;受地铁车站影响,上方桥梁的振动模态随地铁车站的振动模态发生相应改变;与下部车站合建之后,受地铁车站的影响钢箱梁桥的基频变小,横桥向和纵桥向刚度均变小;不同方向地震激励下,主梁跨中支座处3号截面轴力、弯矩最大,为桥梁抗震设计中承载力的控制截面;分析主梁控制截面的轴力时,纵向+竖向工况下的轴力最大,纵向地震波对主梁控制截面的轴力影响较大,表现为纵向地震水平力对主梁轴力的参与效应,与结构动力学理论相吻合;站桥合一结构在地震作用下,最大正弯矩出现在中跨跨中4号截面说明桥梁弯矩的分配模式发生相应改变。     

Hierarchical modeling method and dynamic characteristics of cutter head driving system in tunneling boring machine

Traditional modeling method is difficult to establish the fully coupled model of the cutter head driving system in tunneling boring machine (TBM) owing to the structural complexity. In this paper, a generalized hierarchical modeling method is proposed to establish the entirely dynamic model of the TBM cutter head driving system. The components are equivalent to beam element with the same mass and stiffness characteristics, and the nonlinear coupling factors such as time-varying mesh stiffness, transmission error and gear backlash of both the multiple pinions driving and planetary gearbox are considered. The overall dynamic equation is formed by assembling the unit matrixes of basic finite elements according to the coupling relationships. Based on the proposed model, the vibration modes of driving system are classified into axial modes, rotational modes and lateral modes with distinct characteristics. The effects of coupling parameters on the natural frequency of driving system are investigated as well. The dynamic model is also simulated to analyze the dynamic response of driving system under two load conditions, cyclic external loads and simulated external loads. The main response frequency components and the effect of damping coefficients on vibration amplitudes are investigated. The proposed modeling method can be generalized to other complex driving system, and the obtained results provide data support for the dynamic design of driving system in TBM.     

钢结构输煤栈桥的防振设计

用结构分析软件SAP2000分析了某典型钢结构栈桥的动力特性,并对可能引起栈桥振动的原因进行了讨论,认为除了栈桥自身的特性外,皮带传输速度、托辊间距是影响栈桥振动的主要原因,同时在分析的基础上给出了控制栈桥振动的措施,即适当调整结构的刚度,从而使得结构的自振频率避开激励荷载的频率。     

基于频率禁区约束准则的耐久性分析

对在设计基准期内可能承受动力荷载作用的结构,避免结构产生共振或类共振现象,是结构设计的一个重要内容。针对承受动力荷载作用的化工结构物,考虑外部侵蚀介质对结构自振频率的影响,讨论了结构服役若干年后承受动力荷载的结构基于频率约束条件的耐久度衰减规律,对结构设计及评估具有一定的参考价值。     

Experimental and theoretical investigations of the lateral vibrations of an unbalanced Jeffcott rotor

The current work experimentally explores and then theoretically examines the lateral vibrations of an unbalanced Jeffcott rotor-system working at several unbalance conditions. To this end, three conditions of eccentric masses are considered by using a Bently Nevada RK-4 rotor kit. Measurements of the steady-state as well as the startup data at rigid and flexible rotor states are captured by conducting a setup that mimics the vibration monitoring industrial practices. The linear governing equation of the considered rotor is extracted by adopting the Lagrange method on the basis of rigid rotor assumptions to theoretically predict the lateral vibrations. The dynamic features of the rotor system such as the linearized bearing induced stiffness are exclusively acquired from startup data. It is demonstrated that, with an error of less than 5%, the proposed two-degrees-of-freedom model can predict the flexural vibrations at rigid condition. While at flexible condition, it fails to accurately predict the dynamic response. In contrast to the other works where nonlinear mathematical models with some complexities are proposed to mathematically model the real systems, the present study illustrates the applicability of employing simple models to predict the dynamic response of a real rotor-system with an acceptable accuracy.     

浮置板轨道动力学性能分析

对浮置板轨道进行了车辆—轨道耦合动力学分析,详细分析了浮置板轨道板下支座动刚度、扣件动刚度和车辆运行速度对浮置板轨道系统各参数的影响,分析结果可为浮置板轨道结构的优化隔振设计提供一定的理论依据。     

端面谐波齿轮传动减速器

本文从理论上提出了一种适用于低速重载条件下工作的较为理想的传动装置——端面谐波齿轮传动减速器,阐明了该装置的传动原理及其正确啮合条件,导出了能使其正确啮合所相应的凸轮理论廓线及其方程,分析了这种新型传动技术的传动特点,说明了这是一种比较先进的新型传动技术。     

小型风力机塔筒减振环减振控制的研究

小型风力机在风轮起动至额定转速或者由额定转速降至起动状态的过渡区间有共振点,如果共振持续较长的时间,就会造成严重的事故。本文依据小型风力机塔筒的结构形式和共振特点,研制了小型风力机防共振的减振装置—减振环,对小型风力机塔筒进行减振控制。在无减振环和有减振环两种情况下,分别对一小型风力机塔筒进行了水平正弦荷载作用下的时程分析,以考察减振环对小型风力机塔筒的减振效果。结果表明,减振环的减振效果达到70%以上,减振效果明显。减振环的研制填补了小型风力机减振装置的空白,为小型风力机塔筒振动控制的理论研究和工程设计提供有价值的参考。     

叉车液力变速器噪声源识别的试验研究

液力变速器的噪声水平是衡量内燃叉车质量的重要因素之一.对某型内燃叉车液力变速器进行分解试验,采集3种拆卸状况下液力变速器的振动、噪声信号,通过振动噪声频谱对比分析和噪声边频分析,验证了与液力变矩器同轴的齿轮的啮合激励是液力变速器的主要噪声源,为降低该系列内燃叉车液力变速器的表面辐射噪声提供有效的依据.     

串联式压缩型橡胶隔振器的力学性能及设计建议

串联式压缩型橡胶隔振器是一种新型橡胶隔振器,由橡胶与钢板分层叠合而成,具有较高的竖向承载力和竖向刚度,较低的水平刚度,适用于以水平振动为主的重型机器的隔振,得到广泛应用,但其动力力学参数的计算,目前尚没有明确的算式。结合现有的相关研究成果,提出其动力力学参数的计算确定方法,并对此类隔振器的设计提出了建议。     

饱和土中大直径缺陷桩水平振动响应研究

为了研究成层饱和土中存在缺陷的大直径灌注桩的水平振动响应问题,基于Boit理论和严格的平面应变假设建立缺陷桩-饱和土横向耦合振动简化模型。引入势函数并利用算子分解法、分离变量法得到桩周饱和土对桩的水平作用力,再利用桩土接触面耦合条件及刚度矩阵传递法得到桩顶复阻抗;最后,通过模型对比与退化对比验证本文解的合理性。研究结果表明:(1)扩径对提高桩顶复阻抗起到的作用相对较小,但是缩径的出现将明显降低桩顶复阻抗;(2)桩顶动刚度和动阻尼对桩身缺陷大小和长度的敏感度不同,动刚度较动阻尼更为敏感;(3)桩顶附近缩径缺陷会导致桩顶复阻抗显著降低,而桩中部和端部附近缩径缺陷对桩顶复阻抗的影响相对较小。