SMA活齿传动系统的设计及受力分析

提出一种集形状记忆合金(SMA)驱动和活齿减速传动于一体的SMA活齿传动系统,它利用SMA丝驱动活齿传动系统,实现转矩的输出;具有体积小、大转矩和低转速的优点。介绍了SMA活齿传动系统的结构及工作原理,给出了系统性能设计的主要过程以及设计参数,分析了系统中活齿传动的受力,得到了活齿受到波发生器、活齿架和中心轮的作用力随输出轴转角的变化。研究结果为SMA活齿传动系统的动力学分析和实验研究奠定了理论基础。     

摆杆活齿传动扭转振动分析与建模研究

根据摆杆活齿传动机构的动力学特点,采用集中参数法建立摆杆活齿减速机的3自由度纯扭转振动动力学模型并进行分析,结合实例计算了摆杆活齿传动系统的固有频率及其对应的模态向量,为摆杆活齿传动的动态性能研究提供了理论基础.     

压电谐波电机驱动系统非线性主共振分析

为了探索压电谐波电机的机械-压电系统的非线性共振特性,设计了一种集压电驱动、谐波传动和活齿传动为一体的机电集成压电谐波电机。在非线性压电和非线性弹性效应的基础上,建立了驱动系统非线性机电耦合动力学方程。利用Linz Ted-Poincaré法推导了驱动系统非线性主共振响应方程,得出了主共振幅频响应曲线,分析了不同非线性效应对主共振响应的影响,最后通过四阶Runge-Kutta数值法验证了解析解的正确性。结果表明:在两种非线性效应中,非线性压电效应对主共振响应的影响是主要的;压电堆主共振出现在偏离固有频率较远处,且随着频率改变响应值出现跳跃现象;数值解与解析解响应曲线吻合较好。     

摆动活齿传动系统的弹性动力学模型的研究

综合考虑了摆动活齿传动系统的输入轴的弹性、输出轴轴承的弹性及活齿与激波器、内齿圈的啮合弹性等的影响,通过对系统的扭转振动、弯曲振动及其耦合效应的分析,建立了摆动活齿传动系统的动力学模型,给出了系统的多自由度时变系数振动微分方程组.应用矩阵迭代摄动法,对摆动活齿传动系统的固有频率进行了求解和分析.     

大传动比微型活齿传动系统非线性共振研究

为了实现活齿传动在精密传动领域的应用,设计了一种大传动比微型活齿传动系统。基于行星齿轮传动的线弹性动力学理论建立了活齿传动系统的动力学模型,考虑啮合齿数变化引起的非线性效应,建立了活齿传动系统非线性动力学方程。运用谐波平衡法和正规摄动法推导出系统的非线性幅频关系及非线性共振响应方程。利用给出的任意两组活齿传动系统算例参数,分析了活齿传动系统幅频曲线随系统参数的变化规律,给出了系统在不同倍频下的共振响应。结果表明:阻尼系数ζ和啮合活齿数f对幅频曲线的影响最大,系统在ωe≈ω1和ωe≈1/2ω1时共振显著。因此,为了减小活齿传动系统振动及提高系统平稳性,应尽量减小活齿数量和波发生器偏心距。研究结果为活齿传动系统结构改进和传动效率的提高奠定理论基础。     

单级放大机电集成压电谐波电机设计与仿真分析

设计了一种单级放大机电集成压电谐波电机,阐述了该种电机的工作原理,给出了其设计方法、连续传动条件及参数选择原则。针对电机中容易发生失效的区域,推导了最大应力公式,通过有限元仿真对比验证了理论公式的正确性。分析了电机的固有频率和振型以及电机在简谐激励下的位移和应力响应。结果表明：电机理论最大应力为45.54MPa,与仿真最大应力相差4.04%;激励作用下,活齿振动位移最大,活齿架应力集中最严重。     

二齿差平面钢球活齿传动的模态分析

二齿差平面钢球活齿传动是一种新型活齿传动。通过Pro/E软件建立了二齿差平面钢球活齿传动系统三维实体模型,在考虑动态激励的情况下,利用ANSYS Workbench软件对二齿差平面钢球活齿传动进行了有限元模态分析。通过ANSYS Workbench有限元协同仿真环境求解出了对系统振动影响较大的各低阶振型及其固有频率。将激励频率与固有频率进行对比,对系统发生共振的可能性进行了考察。对各低阶振型的主要影响因素进行研究,对一种适用于设计阶段的避免机械系统共振的方法进行了探讨。结果表明,结合模态分析与激励分析,通过对系统相关区域的结构或参数进行调整,可以使某阶振型的固有频率发生定向改变,从而避免共振的发生。     

机电集成设备的力学特征谐波传动系统研究

传统的机电集成设备力学特征传动系统,由于传动过程中精度低,导致力学特征传动效果存在较大误差。因此,提出关于机电集成设备的力学特征谐波传动系统研究,实现对设备力学特征的准确传递。硬件方面,对谐波传动齿轮与步进电机进行设置。软件方面,首先构建一个力学特征模型,完成对设备力学特征变化的输出。随后,设置谐波传动啮合参数,再加上对步距角的计算,完成高精度力学特征传动系统的驱动。实验分析结果:同样的驱动频率变化条件下,随着驱动频率增加,三种系统关于力学特征传动误差情况都出现了向下降后上升的趋势,传动效果最优的是在驱动频率为5Hz时。和两种传统系统传动结果相比,文中系统传递误差明显更低。     

机电集成超环面传动集成原理和磁力分析

机电集成超环面传动是一新型传动机构,给出了该传动系统的机构组成原理、机电集成原理、完成了传动系统的受力及磁路分析,介绍了该传动的优点及应用前景。     

双级正弦活齿传动系统效率计算与实验研究

通过对双级正弦活齿传动活齿啮合副进行受力分析,推导出了活齿传动系统输出力矩表达式,进而建立了系统传动效率计算公式。运用效率公式对系统传动效率进行分析,得到了参数变化时系统传动效率的变化规律。结果表明：为了提高传动效率,应增大正弦滚道幅值、活齿中心圆周方向旋转半径以及合理分配传动比。研制出了双级正弦活齿传动样机,并进行了传动效率实验,测得实验效率与计算效率接近,验证了理论分析的正确性。     

Bifurcation and chaotic vibration for an electromechanical integrated harmonic piezodrive system

In this paper, the nonlinear coupled dynamics equations of the electromechanical integrated harmonic piezodrive system are proposed. Using these equations, the bifurcation and chaotic vibrations of the drive system are investigated. The results show that chaotic vibrations occur in the drive system under some parameters. The voltage on the piezoelectric actuator, the stiffness factor and the length of the piezoelectric actuator significantly affect the nonlinear vibrations of the drive system. The ranges for the system parameters that lead to a drive system with bad dynamics are shown. These results can be used to predict the dynamic load in a drive system and are useful for maximizing the power density of a drive system.     

Characteristic of torsional vibration of mill main drive excited by electromechanical coupling

In the study of electromechanical coupling vibration of mill main drive system, the influence of electrical system on the mechanical transmission is considered generally, however the research for the mechanism of electromechanical interaction is lacked. In order to research the electromechanical coupling resonance of main drive system on the F3 mill in a plant, the cycloconverter and synchronous motor are modeled and simulated by the MTLAB/SIMULINK firstly, simulation result show that the current harmonic of the cycloconverter can lead to the pulsating torque of motor output. Then the natural characteristics of the mechanical drive system are calculated by ANSYS, the result show that the modal frequency contains the component which is close to the coupling vibration frequency of 42Hz. According to the simulation result of the mechanical and electrical system, the closed loop feedback model including the two systems are built, and the mechanism analysis of electromechanical coupling presents that there is the interaction between the current harmonic of electrical system and the speed of the mechanical drive system. At last, by building and computing the equivalent nonlinear dynamics model of the mechanical drive system, the dynamic characteristics of system changing with the stiffness, damping coefficient and the electromagnetic torque are obtained. Such electromechanical interaction process is suggested to consider in research of mill vibration, which can induce strong coupling vibration behavior in the rolling mill drive system.     

Dynamic optimization of an electromechanical integrated harmonic piezoelectric motor

The coupled dynamic equations for an electromechanical integrated harmonic piezoelectric motor are proposed in this study. The vibration responses of the proposed motor are then determined using these equations. The mathematical models of dynamic optimization are established using the multi-objective optimization method. The optimal parameters are obtained through optimization. The vibration displacements are compared with the initial values. The effects of the parameters on the optimized amplitudes are also investigated. Results show that the vibration displacements of the piezoelectric motor decrease by over 89 % after dynamic optimization. These results can be used to improve the performance and decrease the vibration of the piezoelectric motor.     

Effects of eccentricity on dynamic behavior of electromechanical integrated electrostatic harmonic actuator

The authors earlier invented an electromechanical integrated electrostatic harmonic actuator consisting of a flexible ring and segmented stator. As the dimension of the actuator decreases, the effect of ring eccentricity on the dynamic behavior of the actuator becomes significant. In this paper, the equations for the displacements of the flexible ring and the electromechanical coupled dynamic equations under eccentricity are deduced. Using these equations, changes of the natural frequencies and vibrating modes as a function of the eccentric center distance are analyzed. For different eccentric center distances, changes of the forced response along with the system parameters are given. Results show that the ring eccentricity causes significant changes of the natural frequencies and vibrating amplitudes of the flexible ring, which could cause loss of the load-carrying ability for the actuator. The flexible ring radius, thickness, and clearance and voltage between the flexible ring and stator influence the relationship between the eccentricity and the dynamic behavior of the actuator.     

风机叶片疲劳加载振动频率特性分析与试验

针对风机叶片疲劳加载过程振动特性,建立旋转偏心块驱动的叶片疲劳加载系统动力学模型。基于拉格朗日方程推导出系统的数学模型,利用平均法近似解析系统动力学方程,得出振动过程中电机转矩平衡方程。分析振动频率的变化规律,建立仿真模型,对系统频率捕获过程进行数值仿真,揭示系统的自同步振动特性。风机叶片疲劳加载试验表明:叶片在受迫振动时,叶片振动频率并不总等于驱动频率;驱动频率与叶片固有频率偏差较大时,叶片振动幅值及频率波动明显;频率偏差在较小区间范围(0.47~0.62Hz)时,偏心块驱动系统与叶片容易发生频率捕获,振幅较小并趋于稳定;在负载转矩较大而电机功率不足时,偏心块会发生转速跳变。     

机电集成电磁蜗杆传动系统参数振动响应

针对机电集成电磁蜗杆传动系统中啮合磁极数的周期性变化规律,推导了电磁啮合刚度傅里叶级数形式的表达式,建立了该机电耦合系统参数振动模型及其相应的线性时变微分方程。采用多尺度法推导了该系统自由振动近似解析解,给出了系统包含固有频率及固有频率与啮合频率的组合频率成分的自由振动、主共振、组合共振时域及频域响应曲线。结果表明：系统发生组合共振时的主导频率为系统的固有频率,系统的组合共振振幅随谐波次数增大而递减。     

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。     

功率二分支齿轮传动系统动载特性与模态分析

为了分析功率二分支齿轮传动系统的动力学特性,构建由斜齿分扭传动级与人字齿并车传动级构成的分扭 并车纯扭转动力学模型;通过高斯消元去除状态方程中的冗余变量,解决了系统动力学方程的奇异性并采用 4 阶 Runge-Kutta 法数值求解;分析了无量纲时间下不同齿型构成的 2 级传动动载特性,采用模态分析法,确定该系统的固有频率与固有振型,并结合三维瀑布图分析激振频率对系统共振特性的影响。研究结果表明:该齿轮传动系统由人字齿构成的并车传动级动力学特性优于由斜齿构成的分扭传动级;系统啮合位移与动态啮合力响应瀑布图表明,在该系统激振频率为 1820 Hz 时,系统出现超谐波共振。     

多锤联动系统的振动耦合理论及试验研究

针对多锤联动时出现耦合问题,对"锤—桩—土"系统进行合理简化,在此基础上以两台桩锤联动为对象建立打桩过程中的动力学数学模型,并由此构建系统的机电耦合方程,然后利用小参数周期平均法对机电耦合过程中电动机的负载转矩进行近似解析,得出系统运行过程中电动机负载转矩的影响因素、平衡方程及机电耦合强度表达式,揭示系统出现耦合现象的机理。利用Matlab/Simulink建立仿真模型并对系统机电耦合过程进行数值仿真,得到系统在不同电动机转速、初始相位差及土壤参数下的机电耦合过程及基本规律。最后通过实际打桩试验验证数学模型、理论推导及仿真结果的正确性。这些结论为电控联动方式的控制策略制定提供理论依据,也为机械联动结构设计及"机械—电控"复合联动方式的工程应用提供参考。