电动机-弹性连杆机构系统参激振动的耦合研究

以三相交流电动机-弹性连杆机构系统为研究对象,基于电机转子普遍存在振动偏心这一情形,针对三相交流电机转子振动偏心时不均匀气隙的气隙磁场对系统的影响,利用有限单元法建立了系统的非线性耦合动态方程,采用多尺度法对系统的参激振动和强迫振动的耦合机理进行了研究,分析了该类系统发生参、强共振的条件。研究表明:电机转子振动偏心时不均匀气隙的气隙磁场和自激惯性力的联合作用,是导致该类系统出现参激振动和参、强共振的主要原因。     

两自由度可控连杆机构系统机电耦联动态方程及其响应

针对控制电动机转子偏心时不均匀气隙磁场,分析其实际运行状态的机电耦合关系,建立以电机横振、扭振为节点位移的伺服电机单元,应用有限单元法建立含电机电磁参数和弹性连杆机构结构参数的系统非线性机电耦合动力学模型.通过对算例的数值计算,得出系统弹性振动固有频率和弹性位移响应随时间的变化曲线.结果表明,电机对机构弹性位移的影响不可忽视.文中的工作为此类系统进行动态优化设计提供一定理论依据,也为研究此系统动态特性打下一定的基础.     

电动机--复合材料连杆机构系统的动态响应

以三相交流电机——含三维编织纤维复合材料构件的连杆机构系统为研究对象,根据电机轴存在横振和扭振这种普遍情形以及三维编织复合材料的细观结构及特点,应用有限单元法建立了包含复合材料参数、电磁参数和机构的结构参数的系统动态方程,推导出了系统的自激惯性力,得出了自激惯性力及系统的非线性特性,通过研究发现了该系统的动态响应不仅与复合材料的细观结构参数与组分材料参数、连杆机构的结构参数和电机的电磁参数有关,而且还与电机轴的横振有关。最后通过实例仿真进行了验证。     

电动机-曲柄滑块机构系统的动态分析耦联方程

以三相对称运行的交流电动机和曲柄滑块机构组成的系统作为研究对象,基于功能原理对曲柄滑块机构作等效模型转换,利用Lagrange-Maxwell方程建立了系统的机电耦合动态方程。这些系统动力学方程是时变非线性的,它体现了系统动态特性参数与曲柄滑块机构的结构参数和电机电磁参数之间的内在联系,对分析此类系统的动态特性,探讨高速轻载机电系统的异常工况有较大意义。     

热、力、磁耦合作用下大挠度矩形薄板的分岔与混沌特性

针对大挠度三边简支一边自由矩形薄板,研究其在热、力、磁耦合作用下的分岔与混沌运动特性。在板壳与磁弹性力学理论的基础上,导出薄板在耦合场共同作用下的非线性控制方程,利用伽辽金原理得到薄板的非线性热磁弹性耦合振动方程。由次谐轨道Melnikov函数法,求出该动力系统Smale马蹄变换意义下出现混沌运动的阈值条件,并对该系统振动方程进行数值模拟,得到系统随机械载荷、电磁场以及温度场的参数变化的分岔图及相应的位移波形图、相平面轨迹图及庞加莱截面图。由仿真结果可知,在热、力、磁耦合作用下的大挠度矩形薄板系统的振动方程具有明显的非线性,运动特性比较复杂,呈现出非常丰富的混沌与分岔现象。通过变化机械载荷、电磁场和温度场参数,可以控制系统的振动特性。     

机电非线性振动系统参、强联合激励的分岔

建立机电耦联非线性电机模型的数学方程：利用非线性振动理论中的非固定参数的渐近法，研究由电磁力激发的参数激励、强迫激励联合作用下非线性振动系统的动力学特性，由理论分析、数值计算得到系统的分岔转迁集和四种分岔响应曲线。在实验的基础上揭示各种电磁参数及机械参数对主参数共振的振幅、运动稳定性及共振曲线的拓扑结构的影响，同时显示系统的运动状态及其稳定域，分析结果为有效地控制电机的稳定运行提供依据。     

平方非线性对屈曲薄板振动性能影响的研究

分析研究参数激励简支矩形薄板非线性振动中的超谐振动。依据Karman方程的动态比拟，运用Galeerkin法将控制薄板振动的微微分方程转化参数激励Duffing型方程。针对该方程进行的变换表明，屈曲薄板振动系统为带有平方和立方非线性的参数激励非线性动力系统。应用摄动分析研究系统中平方非线性因素对系统的调节机理以及平方非线性导致的2倍超谐振动。分析结果表明，由于平方非线性对系统的调节作用，在一定的参数域响应中自由振动项的幅值不会因阻尼的存在而衰减，自由振动以激励频率2倍的频率参与系统的响应。基于理论分析的试验研究证明，所讨论的参数激励屈曲薄板振动系统在一定的参数条件下将出现2倍超谐振动。由2倍超谐振动参与的系统的振动状态是稳定的周期运动。     

含对称叠层复合材料构件机构非线性动态特性分析

对含对称叠层复合材料构件的弹性连杆机构的动力学问题进行了研究.应用有限元法建立了考虑层合板构件大变形影响的机构非线性动态方程,在机构动态方程的基础上,利用多尺度法对机构的非线性特性进行了研究,得到了机构在同时满足内共振和超谐共振条件下弹性位移的时域和频域响应曲线.研究结果表明,机构的固有频率、非线性振动等宏观动态特性与复合材料的材料参数有关,可以通过合理调节材料参数来改善机构的动态性能.     

机电系统在电磁力作用下的主共振分析

建立了三相交流电动机-弹性连杆机构系统的耦合动态方程,用多尺度法分析了该系统在电磁力作用下的主共振现象,得到了该系统的主共振特性与电磁力之间的内在联系。最后通过实验证明了理论分析结论与实验结果相符。     

大挠度四边固定矩形薄板的磁弹性混沌运动

针对大挠度四边固定矩形薄板,研究其在机械载荷、电磁场耦合作用下的混沌运动。在板壳与磁弹性力学理论的基础上,推导出薄板在横向稳恒磁场和机械载荷共同作用下的非线性磁弹性耦合振动方程。利用Melnikov函数法,求出该动力系统Smale马蹄变换意义下出现混沌运动的条件,并对该系统振动方程进行数值模拟。通过具体算例,得到系统的分岔图、位移波形图、相图以及庞加莱截面图。讨论机械载荷、电磁场参数对系统混沌运动的影响,由仿真结果可知,通过变化机械载荷、电磁场参数,可以控制系统的振动特性。     

一类迟滞非线性振动系统建模新方法

用理论和试验相结合的手段研究一类迟滞非线性振动系统的动力建模, 提出一种新的建模方法, 用此方法建立非线性模型用来描述这类系统的动态特性。该模型用非线性刚度和非线性阻尼机理构造, 刚度和阻尼机理由理论和试验推出, 模型中的参数由试验数据辨识。用所建模型重构恢复力——位移迟滞环, 结果表明, 该模型能很好描述这类非线性振动系统的特性, 模型中各参数的重要性得到展示, 提出的建模方法实用且有效。     

康复机器人准零刚度隔振特性分析与实验

为了解决康复机器人低频振动对人体的影响问题,提出并设计一种具有准零刚度特性的新型被动隔振机构,它由两个对称的具有负刚度特性的拉伸弹簧并联一个线性正刚度弹簧实现。首先,通过静力学特性,建立此隔振机构的力-位移和刚度-位移关系式,得出机构在静态平衡位置处具有准零刚度特性的参数条件;其次,通过动力学特性,建立其分别在简谐力和简谐位移激励下的非线性微分动力学方程,采用谐波平衡法分析机构参数与激励对系统力传递率、位移传递率的影响;最后,通过实验验证在有、无负刚度情况下,输入与输出的曲线。结果表明,在有负刚度机构的情况下,隔振系统具有一定范围的准零刚度特性,且低频隔振性能较好,达到了高静态、低动态刚度的效果。本研究对机器人低频隔振具有创新性和指导意义。     

面向机电耦合振动抑制的电主轴系统匹配特性研究

电主轴系统存在复杂的机电耦合作用,若系统机电参数匹配不当,将引起机电耦合振动,导致系统稳定性下降,工件加工表面质量降低。利用将电动机与主轴系统机械特性分离的动力学分析方法难以对系统的机电耦合振动进行有效的分析评价,也难以实现系统机电特性的优化匹配。提出基于机电耦合动力学模型的电主轴系统匹配特性分析方法,利用所提出的方法研究磨削电主轴系统逆变器工作参数、电主轴电动机电磁设计参数和砂轮机械参数对脉动转矩及定子电流频谱特性的影响,并在凸轮轴磨床上进行试验。揭示系统机电耦合振动的物理机制,提出通过优化逆变器工作参数、电主轴电动机电磁设计参数和砂轮参数抑制机电耦合振动的方法。经理论与试验分析证实,通过优化逆变器工作参数可有效抑制机电耦合振动,提高系统匹配特性和磨削质量,从而证实所提出的基于机电耦合动力学模型的电主轴系统匹配特性分析方法是有效可行的。     

被驱动机构对电动机轴扭振固有频率的影响

以三相交流电机——弹性连杆机构系统为研究对象,基于功能原理将连杆机构向电机输出端作等效转换,研究了连杆机构时电动机轴扭振固有频率的影响,分析了电动机轴扭振固有频率与连杆机构结构参数以及旋转位置参数之间的内在关系,实验研究表明,理论分析结论与实验结果相符。     

基于动态轧制力的冷轧机两自由度垂直振动特性

考虑冷轧机轧辊在垂直方向上振动位移动态变化的影响,建立了一种动态轧制力模型,在此基础上考虑轧机机械结构振动的影响,推导出含有动态轧制力的轧机辊系两自由度非线性垂直振动方程,采用多尺度法求解该系统的主共振及内共振幅频特性方程。对轧机实际参数进行仿真,分析了轧机中非线性刚度、阻尼、外扰力等参数变化时的轧机主共振幅频特性以及内共振幅频特性,并研究了轧机工作辊与支承辊的动态分岔特性,发现随着外扰力的变化,轧机辊系均会出现周期、倍周期、混沌运动等一系列复杂的运动状态,并得到了各轧辊出现不同运动状态的条件,为研究抑制轧机振动问题提供了有效的理论参考。     

受轧件水平振动影响的板带轧机非线性振动特性

基于Roberts摩擦因数公式和Hill轧制力公式,建立能够表征不同摩擦状态下的动态轧制力模型;在此基础上进一步考虑轧机结构的振动和轧件振动之间的相互影响,提出轧件-轧辊耦合振动模型。根据广义耗散的Lagrange原理,分别沿轧制方向和垂直于轧制方向建立动力学平衡方程;采用多尺度法求解出考虑系统内共振的幅频特性方程,并仿真分析不同外部激励和非线性参数作用下的轧机振动规律。研究结果表明：滑动摩擦状态下耦合系统对内部非线性参数变化和外部扰动变化的敏感程度远远高于静摩擦状态下的情况;适当选取耦合三次项非线性参数,可以将系统不稳定振动的出现控制在一个较小的频率区间,削弱轧件-轧辊耦合振动对板带轧机振动的影响。     

基于位移加载控制的金属橡胶弹性元件试验建模研究

基于电液材料试验机精确的位移加载控制,对圆环形金属橡胶弹性元件进行了动态力学试验,结果表明,金属橡胶材料具有明显的迟滞非线性性质,其阻尼由多种成分组成。根据动态试验结果建立迟滞回线拟和分解的高次弹性复合阻尼模型,该模型用非线性刚度和非线性复合阻尼机理构造,模型中的参数由试验数据辨识。用所建模型重构恢复力一位移迟滞回线．结果表明,该模型能很好描述这类非线性振动系统的特性,为进一步理论分析提供了依据。