计电磁不平衡拉力的高速电主轴转子偏心特性研究

针对高速电主轴转子偏心状态产生的两种载荷-电磁不平衡拉力与离心力,据电磁理论建立电磁不平衡拉力载荷模型,理论分析两种偏心载荷幅值及频率特性;应用Timoshenko梁理论,建立耦合入轴承动态支撑刚度矩阵并以两种偏心载荷为外力的转子有限元模型;据动力学方程计算转子系统固有频率、振型,研究电磁不平衡拉力载荷与离心力载荷对转子系统动态特性影响;通过实验验证两种偏心载荷为引起高速电主轴转子振动的主要因素及转子系统一阶固有频率随转速升高而升高,实验结果与理论计算误差较小。     

自同步振动及振动同步传动的机电耦合机理

自同步振动和振动同步传动在机械工程上已获得成功应用 ,但是振动机械实现自同步振动和振动同步传动的过渡过程长期以来却一直不明确 ,利用现有的振动机械模型还不能定量解释系统从不同步到同步、或是从一种同步状态过渡到另一种同步状态的物理过程。本文对此进行了专门的研究 ,在传统的振动机械模型基础上建立了电机 -振动机械系统的机电耦合模型 ,利用该模型进行数值模拟对过渡过程中的一系列实际现象做出了合理的定量解释 ,揭示了自同步振动和振动同步传动的机电耦合机理     

基于内置力执行器的砂轮不平衡振动主动控制

为了有效的控制由砂轮质量不平衡引起的不平衡振动,本文提出了一种新的控制砂轮不平衡振动的主动控制方案,该控制方案中用来抑制振动的电磁力源于无轴承电机径向磁悬浮力产生的原理。本文首先研究了双绕组感应型电主轴的结构及工作原理,径向控制力的模型及砂轮的受力模型,用有限元法建立了感应型柔性电主轴-砂轮的动力学模型,设计了感应型柔性电主轴-砂轮不平衡振动的主动控制系统,用有限元法分析了当电机转子偏心和不偏心时,控制绕组电流加入对电机内部性能的影响,结果表明该控制方案完全可行并且对抑制砂轮端不平衡振动具有显著作用。     

基于转子感应电流影响的轧机主传动机电耦合系统参激振动机理研究

针对交流传动机电耦合模型往往忽略转子磁电转化问题,考虑交流电机转子复杂多变的磁电转化,根据交流电机电磁转矩机械特性,并引入交流电机内部空气摩擦阻力这一非线性因素,建立交流异步电机-轧机主传动系统机电耦合模型。采用多尺度法求解该机电耦合模型在主参数共振情况下的近似解,并利用数值方法研究了定常解的稳定性,同时用Poinacre映射方法分析了转子感应电流频率对于轧机主传动机电耦合系统非线性参数共振的影响。研究结果表明转子感应电流频率是导致系统振动的一个重要因素,当转子感应电流频率变化时,轧机系统的运动形式从混沌运动到周期运动交替变化,最终变为混沌运动。给出了从生产工艺的角度利用变频技术稳定转子感应电机的频率可以有效的避免轧机的混沌运动,为进一步研究、控制轧机主传动系统提供了新思路。     

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。     

电流谐波与轧制力谐波协同诱发主传动多态耦合振动研究

现代大型热连轧机是一种复杂机电系统,轧机振动问题是影响轧机生产稳定的严重问题。利用扭矩遥测系统测试轧机机械传动系统扭振发现轧机主传动扭振波形及频谱中存在典型的强或弱两种振动特征。同时发现轧机在轧制过程中电机电流和轧制力存在谐波,当谐波与传动系统固有频率接近时将诱发较大的振动。为研究其机理,利用仿真技术求解了轧机主传动扭振与电流谐波和轧制力谐波激励的相关性。研究表明:随着谐波激励特征的变化,主传动扭振呈现多态强弱变化,从而为抑制轧机耦合振动提供理论依据。     

三电机激振自同步振动系统的机电耦合机理

提出了一种三电机激振自同步振动系统,根据拉格朗日力学原理推导出了其动力学模型,给出了其机电耦合数学模型,建立了基于Matlab/Simulink的仿真模型.通过对几种典型自同步振动过渡过程的机电耦合行为的仿真分析,揭示了三电机激振振动系统自同步振动和振动同步的机电耦合机理,验证了所建机电耦合模型的正确性,为进一步开发大功率、高效节能的新型振动筛提供了理论基础.     

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。     

高速电主轴轴向振动研究

针对高速电主轴轴向振动直接影响立式加工件品质高低问题,用有限元法建立高速电主轴转子-轴承动力学模型,分析系统固有特性。轴向一阶固有振型为转子刚体振动振形,固有频率远低于一阶径向振动,理论计算固有频率结果与实验结果误差较小;据线性二次型最优控制理论对高速电主轴轴向振动的主动抑制进行理论分析,设计输出反馈控制系统,建立闭环动力学模型。实例计算结果表明,闭环系统能有效抑制高速电主轴轴向振动。     

汽轮机-行星齿轮减速器耦合动力学特性分析

大功率齿轮箱是船舶轮机系统的重要设备之一,汽轮机通过齿轮箱将动力输出,齿轮系统与转子系统耦合在一起。为研究齿轮的啮合与振动对转子系统动力学特性的影响,针对某船舶动力系统,利用有限元法分别建立转子系统与转子-齿轮耦合系统的动力学方程,考虑齿轮系统的时变啮合刚度,求解并对比两种模型的振动特性。计算结果表明,齿轮的振动会降低转子系统的支撑刚度,使转子系统的临界转速降低,并增大振动响应幅值。另外,齿轮啮合刚度的时变性引起的振动属于参激振动,这种高频激励会传递到转子上。为了更精确计算整个轮机转子轴系动力学特性,需要考虑与转子相耦合的齿轮系统的振动。     

磁流变阻尼器控制砂轮振动实验

砂轮振动是磨床磨削过程中产生工件加工表面振纹,影响加工质量的重要因素。针对砂轮不平衡引起主轴振动,搭建砂轮振动控制实验台,模拟磨床工作状态。在砂轮主轴上安装磁流变阻尼器,实验研究阻尼器对砂轮振动控制影响规律。结果表明,在砂轮机工作转速下,阻尼器通入电流,砂轮主轴振动峰峰值及转频振动幅值均有明显下降,降幅随电流增大而增大。通过分析时域及频域波形,可知阻尼器能有效抑制砂轮主轴振动,使砂轮振动保持在较低水平。     

非对称截面的两自由度非线性振动

在大扭转变形条件下,本文建立了新的非对称截面扭转和垂向运动耦合的两自由度动力学方程组.该微分方程组描述了截面在大扭转变形时的动力学行为.在忽略方程组中的平方非线性项,保留线性耦合及立方非线性项情况下,采用多尺度法求解了结构在垂向载荷及扭矩均为简谐载荷并发生主共振时的动力学行为.结果显示,当扭矩诱发低频主共振时,系统的立方非线性项呈现硬弹簧性质.当垂向简谐载荷诱发高频主共振时,立方非线性项呈现软弹簧性质.同时由于非线性的影响,结构的振动幅值会随激励的幅值及激励频率的变化而发生跳跃.这是仅考虑小扭转变形的数学模型所不能揭示的.     

压电体的混合变分原理及叠层板的自由振动分析

建立了具有机一电耦合效应的压电材料修正后的Hellinger—Reissner(H—R)混合变分原理，并推导了压电材料的Hamilton正则方程，即压电材料自由振动的控制微分方程；根据矩阵分析理论给出了带有压电材料层的叠层矩形板自由振动的精确求解方法，文中没有引入任何位移模式或应力模式假设，实例分析得到了压电混合叠层板正逆效应两种情况自由振动的低阶频率，并与已有文献结果进行了比较。本文提出的压电材料修正后的H—R混合变分原理将有利于压电材料动力问题的有限元法或半解析法的推导。     

准1-3复合型压电换能器的研制

水声高频换能器在水声领域具有广泛运用,然而常规厚度振动高频换能器在高频段存在强烈的高次径向耦合振动,制作出的换能器出现了阻抗曲线杂乱,相位一致性差,电声效率低的问题。设计制作了一种单一振动模态的换能器,通过将常规厚度振动换能器陶瓷片切割成密排矩形颗粒,再用环氧树脂将切缝填充满。制作两片直径为55mm的准1-3复合材料,由该材料制作的换能器谐振频率为293kHz,谐振点阻抗50,3dB阻抗带宽23.5 kHz,3dB开角为5.75°,50W电功率输出声源级达到217.5dB。通过该工艺可以消除高频厚度振动换能器的高次径向耦合振动,提高高频厚度振动换能器的电声转换效率和一致性,并能实现批量制作,为高频换能器在水声领域的广泛运用提供了新的手段。     

基于等效线性化方法的非线性振动能量采集器功率分析

输出功率分析是振动能量采集器结构设计、参数选择的重要依据.有鉴于传统功率分析方法比较复杂,以一类电磁式振动能量采集器为对象,提出了一种新的非线性振动能量采集器功率分析方法,其核心是将非线性振动方程进行等效线性化处理,并借助传递函数开展功率优化分析.首先,考虑非线性磁力以及基尔霍夫电流定律,建立了通用化的采集器1.5自由...     

抛光机磨头结构改进及其对振动的影响实验研究

为了降低摆动式抛光机磨头振动,对现有磨头的结构进行了改进。建立了改进后磨头的激振力方程,分析了改进后磨头的减振机理。由一系列的改进前与改进后磨头振动加速度的对比实验表明,改进后磨头振动性能优于改进前的磨头,有显著的减振作用。     

基于希尔伯特-黄变换提取车辆轨道耦合系统时频特性

为研究各种激扰对车辆轨道耦合系统动力学响应时频特性影响,将基于改进经验模态分解（EMD）的希尔伯特-黄变换（Hilbert-Huang Transform）应用于车辆轨道耦合动力学振动信号分析中。运用改进EMD方法提取耦合系统振动响应的固有模态函数（IMF）,并对其进行希尔伯特-黄变换,得到振动响应的希尔伯特时频幅值谱和边缘谱。分析表明：希尔伯特-黄变换较傅里叶变换的分辨率与精度高,能有效捕捉车轮缺陷及轨道谐波不平顺激励下车辆轨道耦合系统的调制信号;车体垂向振动加速度随轨道不平顺波长、幅值非线性变化,振动信号的轮周激励成分为调制信号,且随轨道不平顺幅值增大而减小,随轨道不平顺波长增大非线性变化。     

The effect of harmonic torque to torsional vibration of induction machines

Abstract

An increasing number of industrial control applications and home appliances employ power electronic devices which cause large concomitant harmonic currents. These harmonic currents distort the waveform of the voltage source and, in doing so, the distorted voltage can induce harmonic pulsating torque in the air gap and rotor harmonic torque of an induction machine. This harmonic pulsating torque generally causes torsional vibration. In addition, when the natural frequency of the mechanical system is in the proximity to the frequency of the rotor harmonic torque, the magnitude of the vibration becomes amplified and deteriorates rapidly; the torsional resonance occurs as well. In this investigation, we analyze the phenomena of torsional resonance caused by rotor harmonic torque and torsional vibration caused by harmonic pulsating torque.     

Stepwise current oscillations in tunnel and high-frequency semiconductor diodes

The response of tunnel and high-frequency diodes to an external harmonic signal of large amplitude has been studied. Stepwise current oscillations have been found on the current-voltage characteristics measured at a direct current when an external high-frequency signal is imposed simultaneously on the sample. The frequency of these oscillations decreases with increasing frequency of the external signal. Analogs of the appearance of stepwise current oscillations in semiconductor and other systems are indicated.     

恒撞击力轻敲模式AFM的设计及研究

在轻敲模式AFM中,利用DMT模型与光探针点衍射理论结合来检测微探针的振动,并对振动信号进行频率域分析,通过检测和控制信号中高次谐波分量使针尖-样品间撞击力保持恒定。测试实验表明,该系统具有结构简单、可测不同材料的样品和对软质材料样品损伤小的优点,其测量重复性可达1%,分辩力可达1~5nm。