机车车辆截锥螺旋压缩弹簧减振设计与研究

通过对弹簧参数的优化设计,改善了弹簧的动、静特性;由于该截锥螺旋压缩弹簧垂向刚度的非线性,可以改善车辆在轻重2种载荷下的动态性能;优化了弹簧的横向特性,显著减少了机车车辆在横向载荷下的位移偏移量;强度、径向稳定性皆满足设计要求.装车应用结果显示,截锥螺旋压缩弹簧完全可以应用于铁道机车车辆.     

车辆半主动悬架负刚度控制策略研究

通过分析车辆悬架弹簧静挠度和动挠度的功能特性,得到了悬架弹簧的理想刚度特性.这一理想工作特性可以通过在普通弹性元件的平衡点并联具有负刚度特性的元件实现,由此提出了车辆悬架的负刚度控制策略.通过数值仿真,对比分析了悬架负刚度半主动控制策略、天棚阻尼半主动控制策略、理想天棚阻尼控制策略的控制效果.对磁流变液减振器负刚度特性的分析表明,其可以作为具有负刚度特性的半主动作动器使用.讨论了在基于磁流变液减振器的半主动悬架中负刚度控制策略的技术实现方法,通过仿真和实验对负刚度控制策略和天棚阻尼控制策略进行了对比分析,结果表明,负刚度半主动控制能更好的抑制振动对车身加速度和轮胎动位移的影响.     

囊式空气弹簧隔振器动态特性影响因素分析

利用MTS材料试验机测试囊式空气弹簧隔振器的动态特性,并研究了充气气压和振动频率对隔振器动刚度的影响.结果表明,囊式空气弹簧隔振器的动刚度与充气气压基本成线性关系,与振动频率也基本是线性关系.     

振动筛的运动稳定性

本文根据振动筛工作弹簧的实际受载情况,分析了工作弹簧的变形过程,以及筛机振动运动不稳定的原因。研究结果表明:螺旋弹簧的横向刚度具有与纵向刚度完全不问的特性。忽视这一特性,将会导致筛机运动的不稳定性,并带来不良后果。要使筛机运动轨迹保持恒稳,螺旋弹簧的细长比L/D最好是在1.45范围内。     

利用有限元技术获得弹簧参数

针对气门弹簧动力学参数的获取方法展开讨论.在构建气门机构虚拟样机的过程中,气门弹簧采用“多质量 非线性连接”的动力学模型,基于MSC.Nastran和MSC.MARC平台对气门弹簧的模态进行模拟,并分别对各个簧圈的刚度特性进行模拟.通过与整体弹簧模型和物理实验的对比,以及通过气门机构动态实验和仿真分析的对比,证实了本文参数获得方法的可靠性.依据得到的弹簧参数建立了气门机构虚拟样机,并对气门弹簧的动态特性进行了仿真分析.实验证明,本文提供的方法为气门弹簧模型提供一个几乎完全数字化的分析方法.     

基于非线性动态特性的轴承–转子系统振动分析

随着空气静压主轴在超精密加工过程中的广泛应用,对主轴的运动精度的要求不断提高,如何准确预测和提高主轴运动精度是十分必要的。基于空气静压轴承的非线性动态特性,研究空气静压主轴的振动特性和预测模型,探索非线性动态特性分析对主轴回转精度的影响。首先,对空气静压径向轴承的动态特性进行分析,建立气膜动态流动模型,采用扰动法求解模型得到轴承的非线性动刚度与动阻尼系数。将空气静压轴承内的气膜作为弹簧阻尼系统建立轴承–转子系统,并通过动力学分析建立了轴承–转子的动态振动模型。将轴承的非线性动态特性参数引入振动模型,结合MATLAB对模型进行求解,得出了空气静压主轴径向跳动误差曲线、偏转误差曲线和径向总振动误差曲线,并通过FFT数据处理对振动进行频域分析。通过对比分析得到非线性分析对空气静压主轴径向振动误差的影响。最后,搭建了空气静压主轴径向回转误差测量试验台,得到主轴实时回转误差信号,实现轴承–转子系统的振动动力学模型分析的实验验证。从空气静压径向轴承的动态分析可以看出,轴承的动刚度和动阻尼均呈非线性变化,随着偏心率的增加动刚度不断增加,而动阻尼不断减小。从轴承–转子系统的振动分析可以看出：1）非线性分析对主轴偏角振动误差有明显影响,而对径向跳动误差的影响不明显,说明非线性分析主要通过影响主轴的偏角误差从而影响径向总误差。2）定值分析时偏角误差的最大振幅基本稳定,而非线性分析时偏角误差的最大振幅存在一个增加过程并最终趋于稳定,并且非线性分析时最大振幅明显大于定值分析时的振幅。3）在供气开始一段时间内,非线性分析与定值分析下的径向总误差基本一致,但随着时间的增加,非线性分析下的最大振幅大于定值分析下的最大振幅,说明开始供气时非线性分析对径向跳动误差和偏角误差没有造成明显影响,当供气稳定时非线性的动刚度与动阻尼会对主轴转子振动幅度产生明显影响。4）从频域上看,非线性分析最大振幅处的共振频率为964 Hz,定值分析最大振幅处共振频率为986 Hz,非线性分析使最大振幅处的共振频率有所下降。5） 非线性分析和定值分析在频率高于1 500 Hz时,转子的振幅变化都很小,说明频率大于1 500 Hz之后,转子振动比较稳定,此时气膜的振动频率与固有频率不容易发生共振。空气静压主轴回转误差实验的结果表明,基于非线性分析所得的主轴径向回转误差的误差率比定值分析所得主轴径向回转误差的误差率降低了1.43%～6.54%。因此,将空气静压径向轴承内气膜作为弹簧阻尼系统施加于转子之上可以实现轴承–转子系统的耦合振动分析,轴承非线性动态特征参数的引入实现了轴承动态性能对主轴动态振动的影响,通过基于非线性动态特性的轴承–转子系统的振动分析可以更加准确地研究和预测空气静压主轴的径向振动误差。     

球轴承-转子系统动特性的整体分析方法

针对轴承刚度计算精度不高的问题,求解滚动轴承内圈方程组的雅可比矩阵得到滚动轴承五维刚度,对轴承刚度特性分析表明,刚度随工况变化呈显著非线性变化.考虑转子外力和不平衡力作用于轴承的载荷变化和工况变化对轴承刚度的影响以及轴承刚度对转子系统动特性的影响,提出了滚动轴承-转子系统动态特性计算的整体分析方法,使用最速下降法结合牛顿-拉夫逊法求解系统的特征值,建立了转子失稳门槛的优化模型.对某多圆盘转子的临界转速、失稳门槛计算的结果表明:考虑轴承和转子相互作用对系统动特性的影响较为显著,优化转子直径提高了失稳门槛值.本研究为转子系统动特性的准确计算提供了方法.     

圆锥螺旋弹簧的非线性理论研究

螺旋弹簧是大柔度构件,工作时发生很大变形.工程上沿用的密圈弹簧理论和疏圈弹簧理论均建立在由变形前位形分析内力和变形的基础上,因而发生较大偏差.文中以圆锥螺旋弹簧变形后的平衡位形分析计算其受力和变形,导出了非线性公式.文章详细计算、分析了几个理论的计算结果,并对圆柱螺旋弹簧进行了精确测试,从测试结果出发,对上述理论进行检验,表明文中理论的精确性和优越性.文中通过对经典的等螺旋升角圆锥弹簧理论的修正,给出了非线性理论解析公式.并通过对圆柱螺旋弹簧的精确测量,结果验证了本文的非线性理论是正确的.     

橡胶弹簧隔振特性及其影响因素研究

针对工程机械和轨道交通中的振动隔离问题,以橡胶弹簧隔振系统为研究对象,采用理论推导、仿真分析和试验验证相结合的方法,研究了橡胶弹簧的隔振特性及其影响因素.建立了橡胶弹簧的本构方程,提出了橡胶弹簧隔振特性的理论计算方法,进行了橡胶材料的力学特性试验,并结合橡胶弹簧隔振系统的有限元模型,通过仿真分析得出如下结论:橡胶弹簧的隔振特性随激励频率、隔振系统质量、橡胶弹簧刚度和阻尼的变化而变化,且其绝对传递率随橡胶弹簧刚度和阻尼的增加而增大,随隔振系统质量的增大而减少,当激励频率小于28.3rad/s时,绝对传递率随激励频率的增加而增大,当激励频率为28.3rad/s时,绝对传递率达到最大值,当激励频率大于28.3rad/s时,绝对传递率随激励频率的增大而减少.     

磁浮车辆空气弹簧垂向刚度特性分析

对磁浮车辆上采用的自由模式空气弹簧,在对其结构特点进行详细分析的基础上,通过有限元软件实现了空气弹簧的建模.在充分考虑了空气弹簧的几何非线性、材料非线性,以及状态非线性等特性的基础上,对影响空气弹簧刚度特性的主要参数进行了分析,并以垂向刚度为例,准确计算出空气弹簧在静态工况下的垂向刚度,为磁浮车辆的国产化设计提供相关的技术支持.     

Modeling and simulation of the static characteristics of diaphragm spring clutches

The diaphragm spring clutch static characteristics to improve the starting quality for cars equipped with automated mechanical transmission (AMT) were modeled and simulated. First, axial stiffness of clutch cushion spring and characteristic curves of diaphragm spring were theoretically and experimentally studied. Then, model of transfer characteristics of the normal force was built, with special conscen on the abrasion of friction discs and the influence of temperature to diaphragm spring. Finally, the model was tested in practical starting for cars equipped with AMT, which showed that the starting quality was significantly improved. The experimental results showed that the proposed model was precise enough to be implemented conveniently.     

基于液固耦合有限元分析的驾驶室液压悬置结构参数

通过材料试验确定了所研究驾驶室液压悬置橡胶材料的本构模型。分别建立了液压悬置的固体模型和液体模型,将其导入有限元分析软件中建立了液固耦合模型。利用准静态分析方法计算了液压悬置的静刚度,并与试验数据进行了比较。在动刚度分析中,液体流动参数采用K-Epsilon RNG紊流模型,计算了液压悬置的动刚度和相位角,并与试验数据比较。经过试验验证,表明所建立的驾驶室悬置液固耦合有限元模型是正确的。利用所建立的有限元模型分析了悬置主要结构参数对其动特性的影响。     

耐高压双向旋转比例电磁铁的静态力矩特性

针对传统旋转比例电磁铁不具备耐高压能力的不足，设计了一种新型耐高压双向驱动旋转比例电磁铁.永磁体产生的偏置磁通与线圈产生的控制磁通形成差动磁场作用于衔铁转子，使电磁铁输出与控制电流成比例的双向转矩.通过建立二维有限元模型，仿真分析了该旋转比例电磁铁在不同控制电流和转角下的磁场分布，探讨了其双向驱动机理，并结合转角－力矩特性分析了该电磁铁的静态性能.试验结果与仿真结果基本吻合，该比例电磁铁具有正磁弹簧刚度、良好的线性度以及较小的滞环，静态力矩特性的非线性误差小于3％，滞环小于4.5％.     

板簧刚度及迟滞特性的非线性有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件的接触非线性求解功能对钢板弹簧的刚度及动力学特性进行分析,讨论了摩擦和大变形对钢板弹簧刚度的影响及摩擦对钢板弹簧迟滞特性和阻尼特性的影响.结果表明,摩擦对板簧刚度影响较小,对板簧的阻尼特性影响较大,为进行板簧的精益设计提供了参考.     

Contact analysis and modeling of standing wave linear ultrasonic motor

A contact model for describing the contact mechanics between the stator and slider of the standing wave linear ultrasonic motor was presented. The proposed model starts from the assumption that the vibration characteristics of the stator is not affected by the contact process. A modified friction models was used to analyze the contact problems. Firstly, the dynamic normal contact force, interface friction force, and steady-state characteristics were analyzed. Secondly, the influences of the contact layer material, the dynamic characteristics of the stator, and the pre-load on motor performance were simulated. Finally, to validate the contact model, a linear ultrasonic motor based on in-plane modes was used as an example. The corresponding results show that a set of simulation of motor performances based on the proposed contact mechanism is in good agreement with experimental results. This model is helpful to understanding the operation principle of the standing wave linear motor and thus contributes to the design of these types of motor.     

基于流固热耦合的油气两相动压密封追随动态特性

为提升油气两相动压密封的运转稳定性和抗干扰能力,研究其密封补偿环的响应运动,揭示油气两相动压密封的追随动态特性, 考虑温度、变形对密封环和流体膜的综合作用,采用MATLAB软件建立密封环与流体膜的流固热耦合有限元分析模型. 计算流体膜的动态刚度和阻尼系数,求解油气两相动压密封的受迫振动模型,分析补偿环的响应运动. 讨论转速、压差、油气比、弹簧刚度和O形圈阻尼对密封补偿环响应运动角向振幅和轴向振幅的影响,分析密封的追随动态特性. 结果表明:提高转速和油气比有利于提高密封的追随动态特性;压差、弹簧刚度和O形圈阻尼的增大不利于密封补偿环的追随响应运动,其中弹簧刚度和O形圈阻尼增大前期,补偿环响应振幅变化不敏感,增大后期,补偿环响应振幅急剧降低. 研究结果为油气两相动压密封的补偿机构优化和动态性能研究提供理论支撑,并得到基于流固热耦合的油气两相动压密封追随动态特性求解方法.     

玉雕机刀具系统多股螺旋弹簧结构设计

针对玉器雕铣机刀具系统工作过程中由于换刀速度快、多股螺旋弹簧存在着变形严重和并圈现象等问题,提出了一种将弹簧的动态性能和静态性能同时纳入到优化设计的约束条件中去的静态与动态相结合的设计模式。在基于动态分析的基础上对多目标函数的处理,构建了设计模型。生产实践结果证明:玉器雕铣机刀具系统多股螺旋弹簧的设计简单有效,较好地解决了弹簧变形严重和并圈现象等问题。     

玻璃刚度及节点约束对点支式玻璃单层索网动力特性的影响

目的研究玻璃质量和刚度及节点约束对单层索网动力特性影响.方法编写了有限元程序求解索网的自振频率.通过单层索网安装玻璃前后频率的比较,分析了玻璃的质量和刚度对自振特性的贡献大小,并研究玻璃和索网节点之间4种节点约束对自振频率的影响.结合北京新保利大厦二期单层索网体系模型的动力特性试验与有限元计算值进行对比分析.结果玻璃质量和刚度对频率变化影响趋势相反,同时节点约束对自振频率具有一定影响,有限元模型与试验结果吻合良好.结论一般情况下,玻璃质量影响大于其刚度影响.玻璃较厚时,其质量和刚度对频率影响的变化幅度大于较薄的情况;对于单层平面索网,节点的平动约束模式对自振频率影响不大,而考虑玻璃胶的扭转约束则对其有一定影响.拉压弹簧的节点约束模式计算结果与试验值较吻合.     

斜齿轮传动的啮合刚度计算及其主共振分析

斜齿轮是机械装备的重要传动元件,其啮合刚度的准确计算和传动系统的稳定性分析具有重要的实际意义。根据斜齿轮轮齿接触线的变化规律,结合斜齿轮单对齿单位长度啮合刚度变化规律和ISO刚度计算准则,提出一种斜齿轮啮合刚度计算方法,分析了不同参数下斜齿轮传动的啮合刚度波动特性;基于分析所得的啮合刚度变化规律建立了斜齿轮传动的动力学模型,并利用多尺度法对动力学模型进行了求解,研究了外加载荷和啮合刚度波动对斜齿轮传动主共振的影响。结果表明：给出的斜齿轮啮合刚度计算方法能够较快速、准确地获取啮合刚度波动变化规律,将其引入斜齿轮动态特性分析中,能够更加准确地反映斜齿轮啮合刚度波动和载荷波动对系统主共振稳定性的影响规律;在其他条件不变时,斜齿轮主共振稳定性随静载荷和啮合刚度波动增加而增加,但较大静载荷会导致主共振频率增大,而且在高频激励下,即使较小的啮合刚度波动也会触发主共振的不稳定;载荷波动增加会使斜齿轮主共振幅值增大,使系统稳定性变差。     

Development of a Composite Suspension with a Coil and Hydro-Pneumatic Spring

A new composite suspension is developed, where a coil spring and a hydro-pneumatic spring are used in order to improve the poor reliability of off-road vehicle with pure hydro-pneumatic suspension. According to road conditions, the two springs play different roles. The method for matching the composite suspension stiffness and distributing the load is proposed. The working pressure of hydro-pneumatic spring as well as the load and stiffness characteristics of composite suspension is compared with a pure hydro-pneumatic suspension. In addition, the ISO weighted vehicle body acceleration, suspension travel and relative dynamic load of the wheels between two kinds of suspension are analyzed with a quarter vehicle mode. The simulation result shows that the developed composite suspension is more suitable for off-road vehicle than the one hydro-pneumatic suspension, because the composite suspension can reduce the working pressure, improve the reliability and keep a similar ride comfort with hydro-pneumatic suspension.