封闭差动行星传动系统中心轮动力学浮动量分析

基于集中参数振动理论,建立采用中心轮浮动的封闭差动行星传动系统动力学模型.考虑支撑的弹性变形、啮合齿轮副的时变啮合刚度激励和齿轮误差激励.计算系统两级中心轮的浮动量,获得齿轮误差、支撑刚度与系统两级中心轮浮动量间的关系曲线,分析误差、支撑刚度对系统两级中心轮浮动量的影响.研究结果表明:系统两级中心轮浮动量随误差增大而增大;差动级中心轮的浮动量远比封闭级的浮动量大;差动级齿频误差引起的中心轮浮动量远大于偏心误差引起的浮动量,差动级中心轮浮动量对齿频误差比偏心误差敏感;可以适度减小系统两级中心轮的支撑刚度来提高两级中心轮的浮动能力;为实现差动级中心轮较高的浮动能力,差动级中心轮应采用较小的支撑刚度.     

节点外啮合行星轮系耦合动力学分析及试验验证

考虑太阳轮和行星架支承轴承的时变支承刚度,采用集中参数法建立节点外啮合行星齿轮系统齿轮-轴承耦合动力学模型,运用Rung-Kutta算法求解得到太阳轮和行星架的振动加速度响应;利用某型机械功率封闭试验台开展振动测试试验,基于小波变换获得降噪信号。研究结果表明:支承刚度时变情况下的振动加速度幅值要大于支承刚度为定值时的加速度。横向振动的试验值与理论值的误差为16.27%,在允许范围内,而纵向振动受重力影响存在较大偏差,同时,考虑时变支承刚度求解得到的振动加速度更接近试验结果,即支承刚度的时变性不可忽略。     

耦合箱体振动的行星齿轮传动系统动态响应分析

为获得准确的行星齿轮传动系统动态响应进行精确产品设计,文中建立了耦合箱体振动的2K-H行星传动系统动力学模型.将整个行星传动系统分为传动部分与箱体结构两部分,对传动部分采用集中质量模型而对箱体结构采用有限元法建模,然后根据子结构方法将箱体模型转换到轴承支撑的连接节点,并与传动部分通过界面协调条件进行耦合.文中还引入了时变的啮合刚度、综合啮合误差激励,从而获得了一个时变的、多自由度耦合行星齿轮传动系统动力学模型.耦合箱体前、后的系统动力学分析结果表明:箱体结构的耦合作用使行星传动系统的啮合力与支承力均有较大程度的降低;在系统参数不变的情况下,输入转速变化使啮合力和支承力呈不同趋势变化;有必要进行精确的动力学建模与分析,以实现优化的传动系统轻量化和可靠性设计.     

无谐振隔振原理的理论分析与应用

在经典的隔振传递率分析的基础上，充分注意到隔拓与共振的临界频率点处系统的运动牲特征，利用库仑阻尼与激振频率无关的特性，导出了系统在规定的振级下不出现谐振的振动传递率计算公式，为电子设备所期望的“无谐振”振动隔离提供了理论依据。为使“无谐振”隔振原理有效地应用于工程实践，本文分析和研究了系统固有频率以及不同激励方式对隔振效果的影响，提出了解决措施以及工程中的应用方法。     

高阻尼隔振器对弹性梁动态特性的影响研究

为了研究高阻尼隔振器对弹性梁动态特性的影响,分别建立单层和双层连续弹性支承梁动力学模型.在空间-频率域给出正弦稳态激励下弹性梁的动力学响应.分别定义沿弹性梁垂直方向的力传递率和水平方向的平均振动衰减率,对比高阻尼隔振器对弹性梁动态响应的控制效果.计算结果表明:相比常规线弹性支承,高阻尼隔振器可有效抑制弹性梁的力传递率幅值并增加弯曲波的空间传递衰减率;同时,梁-高阻尼隔振器系统固有频率大于梁-线弹性支承系统固有频率;通过调整高阻尼隔振器的安全系数ε和刚度比α,可优化弹性梁的力传递率和空间衰减率的有效工作频段和响应幅值.     

X型准零刚度隔振器的隔振特性分析

将一种X型结构应用于准零刚度隔振器以改善其低频隔振性能.根据牛顿运动定律建立了系统的动力学方程.利用增量谐波平衡法对非线性常微分方程进行求解,得到系统的幅频响应曲线.讨论了等同约化刚度γ值对系统传递率的影响.研究结果表明:水平弹簧的无量纲预压缩长度的合理区间为 (0,2).在共振区时,γ值的增大可以减小力传递率.在较高频率激励下,γ值的变化对系统隔振性能影响较弱.随着γ值减小,共振区的位移传递率急剧减小.此外,γ值的减小也会引起共振频率减小,并且使得跳跃现象消失.因此,X型准零刚度隔振器的等同约化刚度γ值是一个可以有效反映系统低频隔振效果的理想参数.     

变杆长X形结构隔振系统动力学特性研究

针对传统三参数隔振器谐振段与高频段的隔振效果不能同时保证的问题,提出了一种将几何非线性特征变杆长X形结构隔振器的模型.该模型采用谐波平衡法建立动态响应解析模型,并且将解析解与时域数值解和多体动力学软件Adams得到的仿真数据进行对比,证明解析解正确.在此基础上,分析了变杆长X形结构隔振系统的等效刚度系数、等效阻尼系数、力传递率和多频稳态激励条件下传递到基础的动态力以及关键设计参数对隔振系统传递特性的影响.结果表明变杆长X形结构隔振系统等效刚度和等效阻尼呈单调递增变化;变杆长X形结构隔振系统谐振峰值显著减小且频率未发生变化,对应时域力响应也呈现出相同的变化特征.     

余弦形预制双曲梁非线性隔振器的隔振性能

设计了中点固结的余弦形预制双曲梁非线性隔振器,以用于船舶设备的主动与被动隔振.给出了余弦形预制双曲梁隔振器所受横向压力-位移关系解析表达式,分别建立了主动与被动隔振系统的非线性振动微分方程,利用谐波平衡法求得近似解析解,并与龙格-库塔法的数值解进行比较,给出了力传递率与位移传递率的表达式.同时,研究了在不同的非线性刚度系数、激励幅值、阻尼系数条件下,余弦形预制双曲梁隔振器的力传递率与位移传递率的变化规律.结果表明:谐波平衡法的解析解与龙格-库塔法的数值解基本吻合;所设计的非线性隔振器具有优良的低频隔振效果,其响应和隔振性能与激励幅值和阻尼有关.     

屈曲板型准零刚度隔振器的设计和特性分析

设计一款屈曲板型准零刚度隔振器,该隔振器由竖直的橡胶垫和屈曲的弹簧钢板组合而成.为便于分析该隔振器的刚度特性,基于Abaqus软件分析和Matlab拟合给出力与位移的近似表达式.通过理论分析,给出该系统出现准零刚度时,竖直橡胶垫需满足的刚度条件.依据谐波平衡法研究了阻尼对系统动力学特性的影响,得到了系统的力传递率,并对其隔振性能进行了评估.结果表明,屈曲板型准零刚度隔振器能够显著提高低频段的隔振效率;在适当的阻尼情况下,该准零刚度隔振系统没有共振问题.     

盾构机刀盘驱动多级行星轮系的动力学特性

为揭示盾构机刀盘驱动多级行星轮系的动力学特性,考虑到各级之间由于初始啮合位置的不同使啮合刚度和啮合误差均产生相位差,以及各构件支承刚度、时变啮合刚度、啮合误差等影响因素,建立了盾构机刀盘驱动多级行星轮系纯扭转动力学模型并进行了动力学特性分析。固有特性分析表明,多级行星传动系统较单级传动系统呈现出独特多样的振动模态;通过动态响应分析,获得了各级传动动态啮合力的时域及频域响应。结果表明,中、高速级传动的激振力频率较系统的固有频率相近,易引起系统的谐振,应在设计中特别注意。并求得各级传动的动载系数,为该行星轮系的动态优化设计奠定了基础。     

风电增速箱结合部刚度分析及振动噪声预估

为了研究风电增速箱的振动特性和辐射噪声,基于轴承支承刚度及齿轮副啮合刚度分析,建立了风电增速箱轴系扭转振动模型,运用Matlab求解振动微分方程,得出轴系扭振频率及对应振型;综合考虑刚度激励、误差激励及冲击激励,建立了风电增速箱动力学有限元模型,仿真得出增速箱的动态响应。以箱体表面节点振动位移为边界条件,建立了增速箱声学边界元模型,采用直接边界元法求解得到箱体表面声压及场点的辐射噪声。结果表明,风电增速箱扭振频率与激励频率及其倍频相差较大,不会出现共振现象;增速箱结构噪声和辐射噪声的峰值主要出现在高速级齿轮啮合频率的二倍频附近。     

ZW-3/7无油压缩机基础支承的隔振器设计

针对ZW—3/7无油压缩机在工作过程中基础振动剧烈,同时伴有较大环境噪声问题,在振动原因分析的基础上,利用主动隔振理论建立压缩机隔振系统动力学模型,进行隔振系统绝对传递率计算和阻尼系数确定。利用组合刚度设计思想,将弹簧和弹性多孔金属橡胶材料组合作为弹性元件进行隔振器参数设计,并借助Solidworks有限元软件仿真计算,结果符合强度、稳定性设计要求,且满足了ZW—3/7无油压缩机基础支承的隔振需求。     

一种几何非线性低刚度高阻尼隔振器动态特性研究

为了实现隔振器低动态刚度和高阻尼的设计目标,利用两层变杆长X型机构,提出一种新型隔振器.首先,采用谐波平衡法获得所建隔振系统动力学模型的稳态解析解,并分别给出隔振系统的幅频响应、相频响应、等效刚度、等效阻尼和力传递率.然后,根据力传递率,将新型隔振器与常规线性隔振器和准零刚度隔振器进行对比分析.同时,采用有限元方法对获得的解析解进行了有效性验证.最后,分析并给出系统参数对新型隔振器隔振性能的影响规律.结果表明：与常规线性隔振器相比,新型隔振器具备更小的动态刚度和更高的阻尼输出;与准零刚度隔振器相比,本新型隔振器除了能保证低刚度和高阻尼输出之外,还具有较好的稳定性与静承载能力;隔振系统设计参数对隔振性能均有较大影响,可通过灵活调整隔振系统各设计参数满足不同的隔振需求.     

非扭矩载荷下风电齿轮传动 系统动力学响应特性分析

风电机组叶轮承受风载产生的推力和弯矩等非扭矩载荷传递到齿轮箱内部,会引起关键部件振动加剧、动载增大,将加速齿轮、轴承等部件的过早失效.本文针对某5 MW风电齿轮传动系统,考虑行星架和太阳轮轴的柔性,计算了各对齿轮间的啮合刚度和阻尼以及轴承的支承刚度,采用ADAMS软件建立其刚柔耦合动力学模型,分析了非扭转载荷对关键部件振动和动载荷特性的影响,结合理论分析与对比验证,掌握了非扭矩载荷引起低、中和高速级齿轮振动位移和动态啮合力以及轴承动载增大的变化规律,将为齿轮传动系统动态性能评估及其可靠性优化设计提供重要的理论依据.     

含齿根早期裂纹损伤的行星齿轮箱故障机理研究

行星齿轮箱中齿根早期裂纹损伤的故障特征微弱,导致其难以被识别.为揭示齿根早期裂纹的故障机理,采用集中参数法建立计入裂纹损伤效应的行星齿轮箱传动-结构耦合非线性动力学模型.首先,基于势能法建立含齿根裂纹损伤的齿轮副啮合刚度与传动误差计算模型,通过刚度激励函数与位移激励函数将裂纹损伤的效应纳入行星传动系统的非线性动力学模型,进而求解行星传动系统的振动响应,结果表明内、外传动支路之间的传动误差差异导致各支路载荷分配不均.其次,采用ANSYSWorkbench建立箱体结构的有限元模型.将行星传动系统中太阳轮、行星架以及内齿圈的支承反力施加于箱体结构的相应轴承座处,并通过窗函数计入行星架旋转对信号的调制效应以获取行星齿轮箱的振动信号;通过对箱体振动信号的频谱分析,提取了行星齿轮箱齿根早期裂纹损伤的故障特征.最后,搭建动力传动故障模拟实验台,对存在齿根早期裂纹损伤的行星齿轮箱进行了振动测试.仿真信号与实测信号基本一致,表明所建行星齿轮箱传动-结构耦合动力学模型能准确揭示行星齿轮箱齿根早期裂纹损伤的故障机理.行星齿轮箱中齿根早期裂纹损伤的故障特征表现为以啮合频率为中心、故障特征频率的分数倍频及行星架转频为间隔的调制边带.     

强非线性主动隔振系统的运动响应及传递率

建立了主动隔振体的非线性动力学方程,即有阻尼受迫振动Duffing方程;对求解强非线性自治系统的能量迭代方法加以改进,将其用于求解强非线性非自治系统,得到了主动隔振系统周期运动响应的解析表达式和振幅-频率关系曲线,并按新振动传递率定义研究了振动传递率与频率的关系.应用这一方法,获得了精度较高的周期解表达式、振幅与频率关系曲线以及位移传递率与频率关系曲线;得到了主动隔振问题的有关结果:对于非线性硬弹簧系统(α＞0),随着非线性项系数增大,共振的振幅虽然减小,但传递率增大,故隔振效果较差;对于非线性软弹簧系统(α≤0),随着非线性项系数的绝对值增大,共振的振幅减小,同时传递率也减小,故非线性软弹簧系统(α≤0)具有较好的主动隔振.     

齿轮转子系统参数振动特征的数值研究

以渐开线直齿圆柱齿轮传动作为研究对象,计及轴和支承的弹性变形以及轮齿时变啮合刚度,忽略啮合侧隙和轴承间隙,建立了齿轮转子系统扭转—横向振动相互耦合的3自由度动力学方程。利用数值仿真方法,研究了系统在时变刚度激励下稳态响应的特征,探讨了支承刚度、支承阻尼、啮合阻尼等参数对振动失稳和参数共振的影响。研究结果对于齿轮传动的减振与降噪具有积极意义。图9,参14。     

单质体反共振隔振振动机械的理论及应用

将动力反共振原理DAVI应用于振动机械,提出一种新型反共振隔振振动机械,即单质体反共振隔振振动机.利用Lagrange方程建立了该振动机械的数学模型,推导了传递率的表达式,并给出了配重对筛机振幅的影响及该种振动机动力学参数的选择计算方法.通过计算机仿真和模型试验证明了这种振动机的隔振效果优于一次隔振,接近二次隔振.通过合理选择动力学参数,振幅减小量几乎可以忽略不计,振幅的减小还可以通过适当增加激振力得到补偿.     

一种嵌套式X型结构的高阻尼隔振器性能研究

在不减小刚度的情况下,为了实现隔振器高阻尼输出的隔振目标,首次提出一种基于嵌套式X型结构的高阻尼隔振器.在建立隔振系统动力学模型基础上,首先,给出了隔振系统的等效阻尼,并研究其非线性变化特性.然后,采用谐波平衡法给出了隔振系统的力传递率.以力传递率为基准,对隔振器系统的减隔振性能以及设计参数的灵敏度进行了分析.最后,通过实验验证了理论模型的有效性和解析结果的准确性.结果表明,与常规线性隔振器相比,采用相同设计参数的嵌套式X型结构高阻尼隔振器可大幅度提高系统输出阻尼,并且其隔振特性可通过各个设计参数灵活调整.相关研究成果可为高阻尼隔振器的设计与应用提供理论依据.     

齿轮-箱体-基础耦合系统的振动分析

建立了齿轮传动系统集中质量模型,采用子结构法通过箱体有限元模型提取其集中质量参数,采用间接物理参数识别法通过基础加速度导纳提取其模态参数并转换为集中质量参数,并根据界面协调条件建立了齿轮-箱体-基础耦合系统的动力学模型.以单级斜齿轮传动装置为例,计算了耦合系统在齿轮时变啮合刚度激励下的齿轮动态传递误差、轴承支反力及箱体振动.耦合箱体与基础前后的系统动力学分析对比表明:箱体及基础柔性对齿轮动态传递误差的影响较小,而对轴承支反力波动及箱体振动的影响较大;耦合模型能更准确地反映系统的动态特性.