电动车动力总成在机械-电磁激励下的振动分析

以典型集中驱动式电动车的动力总成为研究对象,首先建立综合考虑驱动电机、传动系统、悬置支架以及冷却水套等影响的刚柔耦合模型,进行模态仿真分析与试验验证;然后分析作用于动力总成的电磁激励和机械激励,提出考虑电机控制策略影响的电磁激励仿真方法;最后进行电磁-机械综合激励作用下的电动车动力总成振动特性仿真与试验验证。结果表明,所提出的机-电-磁-控多物理场仿真方法可以有效的揭示多源动态激励对动力总成振动的影响,为电动车动力总成优化设计奠定理论基础。     

电动车动力传动系机电耦合扭转振动分析与控制

对电动车动力传动系统的机电耦合扭转振动进行分析与控制。利用整车转鼓试验测得稳态工况下的电流信号,分析引发传动系统扭转振动的主要电流激励谐次;基于最大转矩电流比控制方法,结合传动系统机械振动模型,搭建综合考虑机械、电气相互影响的机电耦合模型,进行仿真分析;提出能够减小传动系统扭转振动幅值的电流谐波优化方法,阐述其原理并搭建其控制模块。控制前后的仿真结果表明,电流谐波优化方法可以有针对性的抑制电流的5倍、7倍谐波,减小6倍电流频率的转矩波动,降低传动系统在中高频固有频率处的振动幅值。     

瞬态过程中采煤机机电传动系统动态特性分析

为研究采煤机传动系统在复杂工况下的动态性能,采用MATLAB/Simulink搭建了采煤机截割-牵引耦合系统机电动力学模型,模型中考虑了驱动电机电磁特性、煤层截割阻抗变化、传动系统扭振、时变啮合刚度和齿侧间隙等因素。仿真并分析了系统在启动、滚筒负载突变和截割电机堵转等瞬态过程中的机电动态响应特性,并进行了试验验证。结果表明:在截割电机启动和堵转过程中,电机和传动系统之间发生强烈的耦合作用,导致传动系统出现脱啮、反冲等非线性冲击现象,使系统振动加剧;在设计采煤机传动系统时,截割部应比牵引部取更大的使用系数,高速级应比低速级取更大的安全系数。     

考虑滑动轴承的轮毂电机扭转振动特性分析

针对轮毂电机多参数机电耦合振动问题,建立轮毂电机六自由度耦合振动模型,识别了滑动轴承油膜刚度阻尼、广义电磁力、定子轴系刚度和螺栓连接刚度。基于MATLAB/Simulink搭建系统仿真计算模型,求解轮毂电机在电磁力作用下的耦合振动响应,研究结果表明:永磁体磁场和电枢反应磁场相互作用产生的电磁力会导致定子产生新的扭振峰值。通过对比不同转速下电机的扭转振动响应,发现轮毂电机在低速区扭转振动幅值更大,为解决电动车的低速抖动问题提供了新的思路。     

集中驱动式电动车动力总成系统振动特性分析

建立某集中驱动式纯电动车动力总成系统的动态有限元模型,对作用于动力总成的各种激励进行分析和数值模拟。机械激励部分考虑齿轮传动系统的时变刚度、误差激励和齿轮冲击力,电磁激励部分通过永磁同步电机2D有限元电磁仿真得到作用于定子上的径向和切向电磁力波。将各类激励施加于动力总成箱体并进行动态响应求解,通过消声室整车试验验证仿真结果的准确性。结果表明,将动力总成视为整体、综合考虑各类激励的仿真方法能较好的预测电动车动力总成的振动特性。     

考虑电机控制策略影响的电动车动力总成振动分析

针对电动车动力总成存在的结构振动问题,提出机-电-磁-控一体的仿真方法,并在此基础上进行控制策略优化。首先,搭建综合考虑电机控制策略、电机电磁作用及详细机械结构的动力总成模型,体现所研究对象机电一体化的特点;然后进行电机电流、电磁力及总成振动响应的仿真与试验,验证所提多物理场仿真方法的正确性;最后从控制策略优化角度,而非机械结构改变角度,对系统进行了优化。结果表明,基于预测模型控制的直接转矩控制策略,与原有的基于最大转矩电流比的控制策略相比,更有利于降低电动车动力总成表面的振动响应。研究结果可为电动车动力传动系统的匹配、集成以及整体性能的提升提供参考。     

车辆传动系统非线性平移扭转耦合振动响应灵敏度研究

随着对齿轮传动系统动态品质要求的提高,仅固有特性及其灵敏度的分析已经无法满足车辆传动系统动态特性分析的要求,对强迫振动下响应特性的灵敏度研究可为减振设计提供进一步的指导。本文研究非线性动力学响应对轴段扭转刚度、质量点惯量以及轮齿啮合误差的灵敏度。将某车辆传动系统样机作为研究对象,以发动机激励作为输入,建立平移扭转耦合集中参数动力学模型。模型中考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、轮齿制造、安装误差以及质量偏心等非线性因素,通过直接求导法建立灵敏度方程,利用数值求解的方法获得动力学响应对设计参数的相对灵敏度并进一步将其转化成工程中有实际意义的物理量的灵敏度结果,为齿轮传动系统基于动态响应的参数修改、模型修正和参数优化等方面提供理论依据。     

电动车减/差速器振动特性分析及改进

以某纯电动车的减/差速器为研究对象,首先考虑齿轮啮合刚度、传动误差、齿侧间隙和轴承因素,建立了齿轮传动系模型;然后考虑传动轴、差速器壳体以及减速器壳体的柔性,建立了减/差速器系统综合耦合模型,对其进行动态响应仿真分析及试验验证;最后通过轮齿微观修形减小齿轮传递误差波动的幅值,降低壳体表面阶次振动的峰值。结果表明,所建立的综合耦合模型能较好的预测减/差速器系统的振动特性,揭示各个振动阶次产生的原因,轮齿修形可使齿轮副传递误差波动幅值和壳体表面阶次振动峰值分别降低40%和57%,对减/差速器啸叫问题的解决起到一定的积极作用。     

变载工况下钻机动力头传动系统动态特性

基于弹性力学和接触力学的有关理论,对煤矿瓦斯抽放水平定向长钻孔千米钻机动力头的聚晶金刚石复合片钻头(PDC钻头)压入切削岩石时的接触特性进行分析,通过计算机编程仿真得到钻机在实际运行过程中的负载并作为钻机动力头齿轮传动系统的外部激励;综合考虑钻机动力头齿轮传动系统中各个齿轮副的时变啮合刚度,各个齿轮副综合啮合误差等引起的内部激励;并考虑各个滚动轴承的支撑刚度以及轴的扭转刚度;采用集中参数法建立钻机动力头齿轮传动系统的耦合动力学模型,并基于数值分析方法求解得到钻机动力头切削砂岩时各个齿轮构件和轴承构件的振动速度响应、振动位移响应以及动态啮合力,对动力头齿轮传动系统的动态响应进行研究,研究结果为钻机动力头传动系统的动态性能优化奠定基础。     

基于刚柔耦合建模的齿轮箱动力学仿真与实验研究

运用LMS Virtual.Lab建立了齿轮传动系统多刚体模型,通过仿真计算获得了齿轮副的时变啮合刚度,并与运用有限元法仿真计算得到的齿轮副时变啮合刚度进行了对比。考虑齿轮箱体柔性化,通过对刚柔耦合模型进行动力学仿真分析,在获取箱体Craig-Bampton模态的基础上,建立了箱体-轴承-齿轮耦合动力学模型。计算获取了齿轮副动态啮合力、齿轮箱体表面振动响应云图以及关键点的振动加速度、速度和位移,并开展了台架试验和验证分析。结果表明,运用刚柔耦合法仿真得到的齿轮啮合力以及齿轮箱体动态响应,其能量主要集中在齿轮啮合频率及其倍频处,运用刚柔耦合法仿真结果与实验结果在振动加速度以及振动位移方面有良好的一致性,验证了齿轮系统刚柔耦合模型的正确性。     

电机控制策略对电动车动力总成电磁振动的影响

旨在深入探讨电机控制策略对电动车动力总成电磁振动的影响。给出两类常用电机控制方法,即最大转矩电流比控制方法和直接转矩控制方法,搭建其电机控制模型;建立电机定转子二维电磁分析模型,对两类控制策略下的气隙磁密和电磁力进行仿真分析;并利用电动车动力总成机械结构模型,进一步分析动力总成关键点在两类控制方法下的振动响应。结果表明,所提供的综合考虑电机控制策略、电机本体电磁模型以及动力总成机械模型的联合仿真方法,可以有效预测电机控制策略对振动性能的影响,为从优化控制策略的角度,改善电动车的振动舒适性奠定理论基础。     

冲击载荷下电机-多级齿轮系统动态特性研究

为研究非稳态工况下电机-齿轮耦合作用机理,考虑电机电磁特性和齿轮系统扭转振动,将时变啮合刚度和啮合误差表示为齿轮转角的周期函数,建立了一个电机拖动多级齿轮系统的机电耦合模型。求得了系统的固有频率、模态振型及模态能量分布,仿真分析了受冲击载荷激励时齿轮系统的扭振特性和电机电流的频谱特征,比较了不同齿轮副的使用系数和动载系数,并进行了试验验证。结果表明:冲击引发该系统产生由一阶模态主导的瞬时自由振动,电机轴、太阳轮轴和齿圈支承处的扭转变形能量较大,为系统的薄弱环节;多级齿轮耦合振动对该系统高速级影响较大,导致载荷系数呈现出从高速级向低速级逐渐减小的趋势。在稳态运行阶段和瞬态冲击阶段,齿轮系统扭振特征频率在电机电流信号中均有所体现。     

永磁交流伺服精密驱动系统机电耦合振动特性分析

为了研究永磁交流伺服精密驱动系统中存在的多物理过程、多参量复杂耦合关系,提出了对该系统进行机电耦合振动特性分析的观点。从全局机电耦合的角度,对永磁交流伺服精密驱动系统进行了机电耦合分析,将该系统归纳为三质量两轴系统,建立了三质量两轴系统的机电耦合振动数学模型和仿真模型,仿真分析了由于电流调节器参数、阻尼、谐波扰动、间隙以及负载扰动等因素引起的系统机电耦合振动动态过程,并通过实验验证了机电耦合振动仿真模型的正确性。该机电耦合振动特性分析对提高系统的动态性能具有重要的意义。     

直线定位平台扰动激励下柔性操作臂的耦合振动特性研究

以直线定位平台柔性操作臂为对象,根据能量方法建立了系统的耦合动力学模型,考虑驱动过程中存在的运动波动,对直线定位平台的运动特性进行表征,结合建立的耦合动力学模型,得到柔性操作臂的耦合振动特性。通过理论分析和仿真实验,对不同运动特性下运动波动的扰动激励的作用机理进行研究。结果表明:运动波动对柔性操作臂的振动特性具有明显的影响,对于匀速运动情形,在起始阶段随着速度取值的增大,柔性操作臂的振动幅值有所增大,随着响应时间的增加,影响逐渐减小;对于匀加速运动情形,随着加速度取值的增大,柔性操作臂的振动幅值逐渐减小,且较大的加速度对波动的影响起到一定的抑制作用;理论与实验结果一致,验证了所建模型的正确性。研究结果对柔性操作臂的动态特性分析及振动控制具有一定的指导意义。     

柔性平面3-RRR并联机器人耦合动力学及模态特性研究

为了有效抑制柔性平面3-RRR并联机器人柔性杆件的弹性变形,针对现有动力学模型复杂,不易求解,控制器设计困难等问题。考虑刚柔耦合效应及两端集中转动惯量对柔性中间连杆的作用,确定柔性中间连杆的边界条件为两端铰支并计算其振型函数。考虑柔性中间连杆的主要振动模态及系统惯性力和耦合力的影响,在保证精度的基础上建立系统简单实用的动力学模型。将所建动力学模型分析结果与有限元分析软件(ANSYS)及模态试验结果对比,结果表明,所建立动力学模型能够有效反映柔性平面3-RRR并联机器人的主要振动模态,并能充分反映惯性力和耦合力对柔性中间连杆动力学模型及模态特性的影响,同时此模型由于动态参数较少,方便依托动力学模型为基础的控制方案实施。     

负载激励下采煤机永磁电机转子系统弯扭耦合振动分析

为分析不同负载激励对电机转子-轴承系统弯扭耦合振动特性的影响,以采煤机永磁电机转子系统为例建立电磁激励下的电机转子-轴承系统,并将负载激励考虑到偏心转子模型中。利用Lagrange方程推导了负载激励条件下转子系统的弯扭耦合动力学方程并基于Runge-Kutta法进行数值仿真,重点分析了不同负载激励下电机转子系统的弯扭耦合振动特性。仿真结果表明,负载激励会加剧转子偏心程度,但对转子弯曲振动的频率响应影响较小,振动响应主要由转频分量决定;而负载扰动对转子系统扭转振动响应具有不同的效果,不仅在扭振响应中激发出相应的频率成分形成多周期运动,还会明显增加扭振角幅值(0.001 rad),振动响应主要由扰动频率和二倍转频分量决定。此外,负载激励中的低频成分将激发出较大的扭转振动响应(0.03 rad),加速传动系统的疲劳损坏,影响转子系统的安全稳定运行。研究结果可为采煤机转子系统主动减振策略研究提供参考。     

裂纹故障对行星齿轮传动系统动力学特性的影响

针对行星传动装置动态特性复杂、故障率高的问题,拟从动力学角度探索行星传动系统的故障机理。采用改进能量法,仿真分析正常与含裂纹齿轮时变啮合刚度,考虑时变啮合参数影响,运用集中参数法建立了行星齿轮传动系统动力学模型;求解得到了正常与含故障齿轮传动系统动态响应,并对比分析了裂纹故障对动力学特性的影响;通过台架实验,分析了裂纹故障对齿轮动态响应的影响,结合小波分析与EEMD方法对齿轮振动信号进行频谱分析,并对比分析了正常与故障齿轮的频域特性差异,揭示了行星齿轮传动系统的故障机理。研究表明:所建立的动力学模型精度较高,能够很好地描述含故障齿轮传动系统的动力学特性;由于裂纹故障引起传动系统振动的调制效应,导致在齿轮啮合频率附近出现明显边频带,故障齿轮箱的振动能量主要集中在高频段。     

考虑误差的三齿差摆杆活齿动态特性研究

以三齿差摆杆活齿传动系统为研究对象,考虑主要构件误差、啮合刚度因素,建立三齿差摆杆活齿传动系统的等价误差模型。根据牛顿第二定律构建系统的动力学方程,分析各单项误差作用下活齿架的振动响应,确定对活齿架振动响应影响较大的关键误差,并通过对考虑主要构件全部误差和只考虑主要构件关键误差的活齿架振动响应对比分析,证明关键误差是影响活齿架振动响应的主要因素,再利用ADAMS软件进行振动仿真验证理论分析结果,最后加工两组不同精度的激波器、中心轮,试验分析改善关键误差后活齿架的振动响应变化。结果表明,通过控制关键误差可有效改善传动系统的动态特性。研究结果可为合理设计分配三齿差摆杆活齿传动系统各零件加工误差提供理论依据。     

考虑误差的三齿差摆杆活齿动态特性研究EI北大核心CSCD

以三齿差摆杆活齿传动系统为研究对象,考虑主要构件误差、啮合刚度因素,建立三齿差摆杆活齿传动系统的等价误差模型。根据牛顿第二定律构建系统的动力学方程,分析各单项误差作用下活齿架的振动响应,确定对活齿架振动响应影响较大的关键误差,并通过对考虑主要构件全部误差和只考虑主要构件关键误差的活齿架振动响应对比分析,证明关键误差是影响活齿架振动响应的主要因素,再利用ADAMS软件进行振动仿真验证理论分析结果,最后加工两组不同精度的激波器、中心轮,试验分析改善关键误差后活齿架的振动响应变化。结果表明,通过控制关键误差可有效改善传动系统的动态特性。研究结果可为合理设计分配三齿差摆杆活齿传动系统各零件加工误差提供理论依据。     

伺服关节驱动的柔性臂系统耦合动力学模型辨识与实验

针对整个伺服关节驱动的柔性机械臂系统,在考虑其机电、刚柔耦合特性的基础上,理论上进行了动力学建模。分析了包含直流伺服电机、谐波减速器以及伺服驱动器的伺服关节的驱动及摩擦特性,对实验中测到的电机匀速正反转数据进行线性拟合,得到了关节驱动模型中的库伦摩擦力常数和黏滞摩擦力系数。分别建立了从伺服电机驱动电压到光电编码器检测的电机转角、从伺服驱动电压到代表柔性臂振动的应变桥路输出之间的理论传递函数,以伪随机二进制序列为激励信号,通过实验辨识得到了此对应伺服关节柔性臂转动与振动耦合以及机电耦合的两个传递函数,在伪随机和正弦信号激励下,辨识得到的传递函数模型与实际结构的转动位移和振动响应具有较高的一致性。从而得到了伺服关节驱动的柔性臂系统刚柔耦合、机电耦合的动力学模型。