基于横向振动的旋转机械扭振信号提取方法

在转子系统中存在横向振动与扭转振动的耦合，扭转振动的信息被调制在横向振动之中。鉴于此，提出一种基于横向振动传感器信号提取微弱扭转振动信息的方法。通过对横向振动信号进行Hilbert振动分解得到单一成分的信号，再通过Hilbert变换从中提取相位角，分解相位角即可获得扭振信号，进而计算出原始扭振信号的幅值与频率。数值仿真和试验结果表明，该方法可以精确地获取扭振信号，具有较高的频率分辨率，试验提取得到的频率相对误差仅为0.38%，并通过工业级离心压缩机试验台验证了其工程应用的可行性。该方法可实现对未安装专门扭振测试仪的机组进行扭振补充监测，提供了一种工程扭振监测的便捷途径。     

中塔对大跨度三塔连跨悬索桥抖振性能的影响

为探讨中塔对大跨度三塔连跨悬索桥抖振性能的影响,以世界第一大跨度三塔连跨悬索桥——泰州大桥为研究对象,通过基于有限元的结构非线性时域分析,研究了中塔型式和中塔纵向刚度对大跨度三塔连跨悬索桥风致抖振响应的影响。实测模态参数与计算模态参数的对比验证了所建立有限元模型的准确性。研究结果表明:相比人型中塔,A型中塔可显著降低主梁扭转抖振位移并削弱竖向与横向位移响应;主梁侧向抖振位移几乎不受中塔纵向刚度的影响,增加中塔纵向刚度可以一定程度上抑制主梁竖向及扭转抖振位移响应;中塔纵向刚度变化对边塔平动抖振位移影响微弱,在一定范围内增加中塔纵向刚度可以显著降低中塔顺桥向平动和扭转抖振位移,同时在略微增加边塔扭转抖振位移的前提下可以一定程度上抑制中塔横桥向平动抖振位移。     

动车组鼓形齿联轴器扭振特性分析

扭转振动是动车组鼓形齿联轴器产品设计必须考虑的重要内容之一,根据动车组鼓形齿联轴器结构特点和运行工况,采用集中参数法建立鼓形齿联轴器扭振系统力学模型,并给出系统扭转振动微分方程。对扭振微分方程进行求解计算,得到系统固有频率和主振型。同时考虑内外齿啮合刚度时变特性,给出齿轮扭转刚度简化计算方法。最后,给出了动车组鼓形齿联轴器扭振分析算例。上述扭振分析计算方法将为动车组鼓形齿联轴器的振动控制和相关设计提供一定的参考依据。     

单点激光连续扫描测振的薄壁圆筒件模态测试

针对薄壁圆筒构件模态测试的需求,提出了基于单点激光连续扫描测振的薄壁圆筒构件模态测试方法。根据纯模态分析理论,在研究两端固定细弦自由振动的基础上,理论上建立了单点激光测振仪在两端固定的自由振动细弦上做连续扫描所得的振动信号和弦的模态振型之间的关系,研究了并提出了激光测振仪输出信号的处理方法。搭建了单点激光连续扫描测振的薄壁圆筒构件模态测试平台,对薄壁圆筒构件进行了模态实测,获得了薄壁圆筒构件前五阶固有频率和相应的模态振型,并对测试结果进行了有限元模态分析验证。结果表明,模态振型一致,固有频率误差在5%以内,证明了提出方法的正确性和有效性。     

循环载荷冲击下滚滑轴承的振动特性

在深入研究其结构和工作机理的基础上,建立一种新型轴承的振动物理模型,运用振动力学的相关理论,建立其数学模型,通过数学模型,得出其固有振动的特征方程及特征解;由系统的固有振动方程得出伴随矩阵,由伴随矩阵求出其主振型,由主振型得出主质量矩阵,由主质量矩阵得出正则振型矩阵,最后得到该新型轴承系统的稳态响应表达式.通过稳态响应表达式分析系统的振型及振幅,并通过计算和试验分析了影响系统振幅的一些因素.研究结果表明:系统的主振型为内圈在x和y方向上作同为正向或同为负向振动和内圈在x和y方向上作正负相反方向振动两种,新型轴承产生共振的影响因素为内圈质量、滚子个数、内圈旋转位置、滚子的横向刚度、滑块与内外圈之间的油楔刚度,当这些因素以一定方式结合且其值等于激振频率时,系统将产生共振,新型轴承产生振动的振幅在内圈转动过程中无变化、与其滚子个数及滚子横向刚度大小成反比.     

船舶推进轴系扭振模拟实验系统研究

根据船舶扭振的特点,采用模块化设计,开发船舶推进装置的扭振模拟实验平台;以齿盘和光电开关为传感器,NI的信号调理箱、数据采集卡等为主要器件实现扭振信号的采集;基于LabVIEW软件构建扭振监测系统。该系统实时监测推进轴系的振动情况,同时对振动信号做时域分析、频域分析和相位分析等。实验还模拟了激振力、负载等原因引起的扭振情况。实验结果表明,该方案实现了设计的目标,较好地满足了教学及科研需求。     

汽车悬架振动试验台垂向主振动的有效性分析

由于汽车悬架振动试验台垂向主振动的有效性决定了试验台的激振效果,为此通过试验分析了垂向主振动的有效性。在试验台的垂向、横向和纵向3个方向布置振动加速度传感器,检测得到在匀速激振时的平台振动信号,并对测得的振动信号进行功率谱密度分析。结果表明,平台垂向振动具有良好的单频性,平台前、后梁的垂向振动具有良好的一致性,平台垂向振动较之横向振动和纵向振动具有主导性。     

弹性联轴器对车辆动力传动系统扭振特性影响研究

车辆动力传动系统属于多自由度扭转振动系统，其轴系的扭转振动是影响其系统安全的重要因素之一。文中通过建立某车辆动力传动系统的多自由度质量-弹性-阻尼动力学模型，根据振动理论并依托系统扭振实验研究了3种弹性联轴器对该系统扭振特性的影响规律，着重分析联轴器刚度和阻尼对系统固有频率、固有振型、强迫振动响应等模态参数的影响。通过对比研究获得如下结论．匹配的弹性联轴器可以调整系统的低阶固有频率、避免系统发生共振、衰减共振振幅和发动机输出力矩的幅值不均匀性，即改善动力传动系统的扭振特性。     

扭-纵耦合对曲轴系统固有特性的影响

曲轴系统具有特殊的结构和力学特点,因此从动力学耦合的角度研究曲轴系统的振动将更能准确地把握曲轴系统的动力学特性。利用集总参数法建立了曲轴系统扭转-纵向耦合振动力学模型,基于该模型分析了曲轴系统扭转-纵向耦合作用对曲轴系统固有特性的影响。数值计算结果表明:扭转-纵向耦合振动将改变曲轴系统的固有频率,使其系统临界转速降低,并产生一些新的耦合振型。由于系统模态将更加密集,设计中应合理选择曲轴系统的额定工作区以避免发生共振。     

基于并联机构的三维动力吸振器各向同性设计及减振特性研究

针对动力机械设备的多维线谱耦合振动控制问题,提出一种基于并联机构的三维动力吸振器,它具有模块化、附加质量小等优点。构造出采用一组关节坐标刻画的动力学方程,在此基础上推导出该新型动力吸振器的模态解析解,得到动力学各向同性条件,并据此设计出一款可抑制50 Hz线谱振动的动力吸振器。探讨了该动力吸振器在动力机械设备多维线谱耦合振动控制中的有效性及优势。分析结果表明：不同于单向动力吸振器仅能抑制其自由度方向的线谱振动,新型三维动力吸振器在三个垂直方向上对50 Hz附近线谱振动的最大减振效果均高于7 dB。     

振动模式可调压路机的激振动力特性建模分析

目前压路机振动模型大多数是对垂直振动或水平振荡单一模式进行研究,对于多模式振动模型的研究较少．因此针对振动模式可调压路机的特点,提出一种新的压路机振动模型．以YZC12型智能化压路机为例,研究了振动轮在不同振动模式下与地面相互作用的动力学响应特性．     

Time-dependent vibration frequency reliability analysis of blade vibration of compressor wheel of turbocharger for vehicle application

Blade vibration failure is one of the main failure modes of compressor wheel of turbocharger for vehicle application. The existing models for evaluating the reliability of blade vibration of compressor wheel are static, and can not reflect the relationship between the reliability of compressor wheel with blade vibration failure mode and the life parameter. For the blade vibration failure mode of compressor wheel of turbocharger, the reliability evaluation method is studied. Taking a compressor wheel of turbocharger for vehicle application as an example, the blade vibration characteristics and how they change with the operating parameters of turbocharger are analyzed. The failure criterion for blade vibration mode of compressor wheel is built with the Campbell diagram, and taking the effect of the dispersity of blade natural vibration frequency and randomness of turbocharger operating speed into account, time-dependent reliability models of compressor wheel with blade vibration failure mode are derived, which embody the parameters of blade natural vibration frequency, turbocharger operating speed, the blade number of compressor wheel, life index and minimum number of resonance, etc. Finally, the rule governing the reliability and failure rate of compressor wheel and the method for determining the reliable life of compressor with blade vibration is presented. A method is proposed to evaluate the reliability of compressor wheel with blade vibration failure mode time-dependently.     

风电叶片三维参数建模及振动分析

利用目前风力机叶片设计普遍采用的优化设计方法Wilson设计方法,通过MATLAB编程,开发了小型叶片气动设计的应用程序,并利用该程序设计了一台3kW小型水平轴风力机叶片.采用MATLAB和ANSYS共同建立了风力机叶片三维有限元参数模型,MATLAB编制的建模程序提高了初期设计效率,缩短了ANSYS分析前处理时间.在此基础上进行了叶片固有振动特性计算,分析了叶片的振动特性及其与结构参数之间的关系,分析方法和结果对风电叶片的结构设计和动力分析有一定的参考价值.     

降噪减振结构金刚石圆锯片的有限元模态分析模型

建立了金刚石圆锯片降噪减振结构模态分析模型 ,采用ANSYS软件对多种阻尼细缝结构金刚石圆锯片的固有频率和模态振型进行了计算 ,研究了阻尼细缝的形状、宽度等参数在锯片降噪减振中的影响并与普通圆锯片进行了比较 ,提出了合理的减振降噪锯片结构的设计途径和措施     

旋转锯片空气动力学噪声特性计算与分析

为分析旋转刀具在气流作用下的声学特性,基于多场耦合计算方程建立了流场-结构-声场联合仿真模型,通过弹性体与流场的动力学计算得到了结构强迫振动响应,利用边界元法将振动响应信息作为声学边界,获取了锯片的声场辐射信息,噪声预估值与实测结果吻合良好。研究了锯片旋转过程中周围流场媒介的层流、湍流特性对锯片振动的影响规律;揭示了流-固耦合作用对声场时域、频域影响作用机制;确定了锯片空载噪声辐射的方向特性;分析了锯片尺寸结构对噪声的影响规律,为低噪声锯片的设计提供了参考依据。     

Active robust vibration control of flexible composite beams with parameter perturbations

In this paper, a time domain approach is presented to treat the problem of active controlling simultaneously the bending and torsional vibration of flexible composite beams under both mode truncations and parameter perturbations. In the proposed approach, the residual model, which is known as unstructured uncertainty, is viewed as an additive perturbation to the controlled model. Based on a state space model, which incorporates both bending and torsional deformation effects, of the flexible composite beam with piezoelectric sensors and actuators, a robust stability condition is derived to guarantee that both bending and torsional vibration of the flexible composite beam, which is subject to both mode truncation and linear time-varying parameter perturbations, can be actively controlled by an observer-based controller. The proposed robust stability condition gives an insight into the relationship between the stability margins of the controlled and residual mode subsystems, spillover effects and additive time-varying parameter perturbations. Finally, an active robust vibration control problem of a cantilevered flexible composite beam with piezoelectric sensors and actuators is provided for illustration.     

硅油-橡胶复合阻尼式扭转减振器的设计方法及实验分析

降低发动机扭转振动的方法之一是加装曲轴扭转减振器。而传统的纯橡胶阻尼式曲轴扭转减振器由于其橡胶材料的滞后角普遍较小,因此不能在较宽的频域范围内提供适当的阻尼,导致其减振、隔振的效果较差。介绍了硅油-橡胶复合阻尼式扭转减振器的结构,建立了该扭转减振器的力学模型并提出了基于粒子群优化方法的设计参数优化方法。计算结果表明,优化后的系统中曲轴的扭转振动幅值降低,并通过实验验证了硅油-橡胶复合阻尼式扭转减振器控制发动机曲轴扭转振动的有效性。     

Non-linear torsional vibration characteristics of an internal combustion engine crankshaft assembly

Crankshaft assembly failure is one of the main factors that affects the reliability and service life of engines.The linear lumped mass method,which has been universally applied to the dynamic modeling of engine crankshaft assembly,reveals obvious simulation errors.The nonlinear dynamic characteristics of a crankshaft assembly are instructionally significant to the improvement of modeling correctness.In this paper,a general expression for the non-constant inertia of a crankshaft assembly is derived based on the instantaneous kinetic energy equivalence method.The nonlinear dynamic equations of a multi-cylinder crankshaft assembly are established using the Lagrange rule considering nonlinear factors such as the non-constant inertia of reciprocating components and the structural damping of shaft segments.The natural frequency and mode shapes of a crankshaft assembly are investigated employing the eigenvector method.The forced vibration response of a diesel engine crankshaft assembly taking into account the non-constant inertia is studied using the numerical integral method.The simulation results are compared with a lumped mass model and a detailed model using the system matrix method.Results of non-linear torsional vibration analysis indicate that the additional excitation torque created by non-constant inertia activates the 2nd order rolling vibration,and the additional damping torque resulting from the non-constant inertia is the main nonlinear factor.The increased torsional angular displacement evoked by the high order excitation torque relates to the non-constant inertia.This research project is aimed at improving nonlinear dynamics theory,and the confirmed nonlinear parameters can be used for the structure design of a crankshaft assembly.     

旋转机械不平衡振动自愈调控原理与方法

针对旋转机械不平衡振动故障,搭建基于电磁驱动式自动平衡的不平衡故障模拟试验台,研究电磁驱动式自动平衡装置实现稳定的配重块自锁、配重块驱动原理及设计方法,根据设计条件分析控制极限影响因素,计算自动平衡系统的最大平衡能力、最小平衡能力和平衡精度。依此设计出一套可稳定工作的电磁驱动式自动平衡装置。通过建立不平衡振动故障转子诊断模型,从理论上分析不平衡振动产生机理,提出用轴心轨迹重构法进行不平衡振动辨识,分别采用水平方向、垂直方向和椭圆长轴方向振动矢量作为自动平衡控制输入信号,并在模拟试验台上进行试验验证。结果表明在相同条件下,三种信号输入方式均能实现降振,重构法提出的椭圆长轴矢量的控制相比较传统的单通道水平方向或者垂直方向控制输入,可以使自动平衡后的控制效果更好,降幅为74.84%,同比其他两种方式多下降约5%。     

扭振对轴承受力及整机噪声影响的研究

针对曲轴扭转振动与整机辐射噪声问题,以某直列四缸发动机曲轴系统为研究对象,基于AVL Excite软件,在匹配扭振减振器(torsional vibration damper,TVD)与不匹配TVD两种情况下,采用弹性流体动力学模型轴承计算模型研究了曲轴扭振对机体所受激励与轴瓦表面压力分布的影响;并且在两种情况下,分别对曲轴扭振与车内噪声进行了试验测试,测试与主观评价表明,匹配TVD情况下曲轴扭振幅值降低,车内原有异响声明显改善。研究分析结果表明,扭振会使得曲轴模态频率附近范围内机体所受激励幅值增加,改变轴瓦表面载荷的幅值与分布规律,导致发动机乃至整车产生异响。