新型自减振行星传动系统动态特性分析

为了改善内、外部激励下机电传动系统的动态响应特性,提出一种新型自减振行星传动形式:TVD-PG(torsional vibration damper and planetary gear)传动系统,采用扭转减振装置取代传统行星齿轮中某一构件与箱体固连的方式.考虑传动轴扭转变形和行星齿轮时变啮合刚度,建立电机和适用于变速工况下的TVD-PG传动系统的耦合动力学模型.仿真分析了TVD-PG传动系统在启动和稳定工况时的动态响应特性,并与传统的行星齿轮传动方式进行对比.结果表明:在启动阶段,TVD-PG传动系统可快速减小电机电磁转矩波动,使电机和输出端转速快速平稳上升,同时改善了启动和稳定工况下行星齿轮系统的动态啮合力状况.由于机电耦合作用,在系统稳定时可清晰观察到齿轮系统内部激励参数对电机部分的影响.     

考虑时变啮合刚度的船用高速斜齿轮动力学特性分析

为了研究时变啮合刚度对船用斜齿轮传动系统动力学特性的影响,以某船用高速斜齿轮副为研究对象,首先建立了考虑时变啮合刚度的斜齿轮弯-扭-轴耦合动力学模型,并采用改进的基于承载接触分析(Loaded Tooth Contact Analysis,LTCA)的时变啮合刚度计算方法,计算并拟合出时变啮合刚度曲线;然后分析了特定时变啮合刚度激励条件下转速升高对系统振动情况的影响,以及9 000 r/min和12 000 r/min时不同时变啮合刚度激励下的系统振动特性。分析结果表明,时变啮合刚度激励下,在非共振区转速变化对系统振动特性的影响不显著。齿轮副平均啮合刚度值增大会使振动幅值减小,但共振转速会发生改变,即系统固有频率会发生改变,另外时变啮合刚度波动幅值增大会使振动加剧但不改变系统固有频率。本文研究可为高速斜齿轮传动的设计和工程应用提供一定的参考依据。     

刚-柔耦合的对称天线结构非线性主共振

本文研究了主共振激励下空间天线的非线性动态响应.考虑机械臂与天线的耦合,提出了一种由两级刚性臂与两根各向同性柔性梁组成的T-型梁式结构.采用Lagrange方程和假设模态方法,建立了T-型刚柔耦合天线面内四自由度非线性动力学方程.利用多尺度法获得主共振三次近似解,得出系统主共振幅频响应解析方程.对系统幅频响应进行分析,结果表明主共振响应存在多解和非线性跳跃现象,激励对模态幅值及非线性特性具有显著影响.随着激励的增大,系统出现由刚度硬特性向软特性的转变;当激励超过临界值时,系统幅频响应表现出刚度渐软特性,共振频率随简谐激励幅值的增大而减小.     

齿轮-转轴-轴承传动振动特性仿真与实验研究

以某齿轮-转轴-轴承传动系统为对象,考虑齿轮啮合效应、转轴柔性、齿轮和转轴的陀螺效应及支撑轴承,建立了传动系统的有限元节点法动力学模型.通过求解振动控制方程对应的特征值方程得到系统的临界转速,运用数值方法仿真得到齿轮副的动态传动误差和振动加速度等振动响应,基于测试平台对相关振动响应进行实验测量和分析,验证理论分析结果的正确性.结果表明:当齿轮副含较明显的轴频误差激励时,动态传动误差低频特性较为突出,频谱分量主要以轴频响应为主;同时,在啮合频率附近有微弱的高频响应被激励出来,而支撑轴承处的振动位移和振动加速度频谱分量主要以啮合频率及其低倍频为主.理论模型用于分析动态传动误差和振动加速度的共振临界转速时具有较高的有效性,共振波峰出现的转速区域的理论结果与实验结果较为一致.     

集成驱动式结构的永磁同步电机振动噪声特性

以电机-减速器集成化的电动车动力总成为研究对象,建立了动力总成有限元模型,并对比了有无减速器结构时的电机模态.分析了电动车动力总成振动噪声的产生机理,综合考虑齿轮动态啮合激励以及电机电磁激励,对动力总成进行动态响应数值仿真分析.通过频域分析研究了系统的振动噪声特性,得到了集成化结构对电机动态特性的影响.对动力总成进行声振试验,验证了理论与仿真分析所得结论的正确性.结果表明:集成减速器后,电机的模态和振动噪声特性均会发生变化.     

机器人智能关节机电耦合系统瞬态动力学研究

为分析机器人关节在不同工况下的动态特性,建立了机电耦合动力学方程,利用集中参数法构建了机器人关节机电耦合动力学模型,模型方程考虑了传动系统的时变啮合刚度、驱动电机的电磁特性、齿侧间隙等因素．电机采用转速、电流双闭环比例积分(PI)控制,分析该模型在启动、遭受冲击和机器人关节正反转等非稳态过程下的动态特性．结果表明：机器人关节在启动过程中电机和齿轮传动系统受到冲击载荷,特别是当转速第一次达到设定转速时出现明显反冲现象,在第一级齿轮中啮合力变化最明显,电机按照指令正反转时表现出类似特性;在外部冲击载荷作用下,啮合力在低速级受到冲击影响最大,对于经常遭受冲击的部件应增大其使用安全系数．     

动力传动轴-机匣系统耦合振动特性

从转静子系统耦合振动机理出发,以某型动力传动轴-机匣系统为研究对象,采用有限元方法对系统进行耦合振动分析,并开展了系统动力特性试验,结果表明：该动力传动轴-机匣系统工作转速范围内出现了2阶系统耦合共振,并且该2阶共振导致系统出现了较为明显的振动响应,因此工程中在设计阶段应开展系统耦合振动分析,确保在工作转速范围内不存在系统耦合共振。研究工作可更好的辅助传动系统的动力学设计。     

考虑轴柔性的二级齿轮减速器振动噪声研究

针对齿轮箱在实际运行过程中存在的轴系变形问题,提出了一种二级齿轮减速器在多源时变激励作用下振动噪声的计算方法。综合考虑齿轮、轴承时变刚度以及误差激励的影响,并引入二级齿轮相位关系,采用有限元法建立了计入轴柔性的二级直齿轮-轴-轴承系统耦合动力学模型。通过Newmark时域积分法求解系统动力学方程,得到各轴承动载荷,并分析了传动系统的固有特性及轴的静变形特征。采用有限元法对齿轮箱进行模态分析,提取箱体各阶固有频率与振型。以轴承频域动载荷为齿轮箱激励,利用模态叠加法计算得到齿轮箱的振动响应,并采用声学边界元法对齿轮箱的辐射噪声进行了计算。分析了轴柔性和转速对轴承动载荷与箱体辐射噪声的影响。仿真结果表明:计入轴柔性后,轴承动载荷波动幅值降低,激励频率成分也随之减少;在低频段200～900Hz与高频段1 800Hz附近,箱体的主要共振模式发生改变,顶部场点噪声有所降低;随着转速的升高,激起了传动系统轴系弯曲振动模式,并引起传动系统振动幅值增大,且齿轮箱顶部场点噪声明显大于两侧场点噪声。研究结果可为减速器的减振降噪设计提供理论参考。     

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.     

含有浮动组合内齿圈的人字齿行星齿轮系统静态均载特性

基于集中参数法,建立含有浮动组合内齿圈的人字齿行星齿轮传动系统静态均载计算模型,并针对其进行静态均载特性行为的理论研究。考虑时变啮合刚度、各构件偏心误差激励、中心构件浮动等影响因素,并利用傅立叶级数法求解系统载荷平衡方程,定性地分析各构件偏心误差、中心构件浮动方式及浮动量、柔性内齿圈扭转刚度等参数对系统静态均载特性行为的影响。研究结果表明:系统均载系数随着偏心误差的增大而增大,构件偏心误差共同作用对均载系数的影响比构件偏心误差单独作用时的影响大;柔性内齿圈扭转刚度的改变对太阳轮、内齿圈的浮动量及系统的均载系数均有影响;含有浮动组合内齿圈的人字齿行星齿轮系统较一般人字齿行星齿轮系统有更好的均载效果。     

全电直驱集成动力系统扭振固有特性灵敏度分析及动力学设计

为全面掌握纯电动汽车动力传动系统扭振固有特性,提高系统的平顺性,对系统扭振特性进行深入研究,以一种新型全电直驱集成动力传动系统为研究对象,提出了综合考虑电机电磁刚度、齿轮时变啮合刚度等因素耦合作用的建模方法,建立并验证了8自由度力学分支模型,计算和分析了系统的固有频率和振型;基于直接求导法对固有频率进行灵敏度分析,改进了集成系统特征参数,并联合仿真分析了参数优化前后系统的动态变化。结果表明:考虑电磁刚度可得到"零阶"固有频率,能呈现丰富的动力学现象;低阶振动表现在车轮、车身位置,高阶振动表现在变速器部分。基于灵敏度分析结果,系统对应的临界转速5 097 r/min,超出了常用转速范围;电机轴角加速度频域响应最大波动幅值减小了25.9%,整体波动幅值明显减小;变速器输出轴最大波动转速减小了0.26%。此研究成果可为机电耦合系统的固有特性与灵敏度分析提供理论参考。     

齿轮箱耦合系统三维接触非线性动态特性仿真

针对现有齿轮传动系统动力学模型和研究方法的不足,提出了基于完全弹性体的齿轮传动系统动态分析方法.以某型船用齿轮箱传动系统为研究对象,基于显式动力学有限元法,考虑部件之间的耦合作用建立了箱体-轴承-斜齿轮副三维动态接触非线性模型.对整体齿轮箱传动系统进行了动态仿真,得到了关键部件的动力学特性,并与非耦合模型动态性能仿真结果进行比较.结果表明:滚动体与齿面应力呈不均匀分布,部件间的耦合作用加剧了齿轮箱的冲击效应.最后采用赫兹线接触理论进行了验证.     

齿轮传动激励下采煤机摇臂振动特性

为研究采煤机摇臂齿轮系统啮频耦合规律及齿轮传动激励下摇臂壳体振动特性,进行摇臂振动特性实验.根据齿轮参数,计算啮合频率,得到齿轮传动激励频率成分.通过有限元模型及实验模态分析,得到摇臂固有特性.通过振动特性实验,测量摇臂振动加速度,进行时域及频域分析,得到传动系统啮频耦合规律.结果表明:传动系统启动冲击约为重载截割冲击的2倍;平稳运行时行星级振动峰值最大;摇臂形成了以第3、第5阶振型为主的弹性振动;行星级与惰轮级结合处频率耦合作用最强,主要形式为各特征频率倍频组合频率.频率耦合是造成摇臂共振的主要原因.     

风电齿轮箱传动误差分析及振动噪声预估

针对一级行星两级平行轴风电齿轮传动系统,综合考虑齿轮时变啮合刚度、啮合阻尼、传递误差等因素,建立31个自由度的弯扭轴耦合集中参数动力学模型,采用变步长Runge-Kutta法对系统动力学微分方程进行求解,得出齿轮传动系统各级传动误差;借助软件建立风电齿轮箱刚柔耦合动力学模型,并导入传动误差,采用模态叠加法求得齿轮箱轴承支反力,并将其作为声振耦合模型的边界条件,采用声学有限元法对风电齿轮箱进行振动噪声预估,并与试验结果对比分析,两者吻合良好。     

风电叶片多点加载系统的机电耦合特性及试验研究

针对风电叶片加载多点激振时出现耦合问题,对多点疲劳加载系统进行合理简化,以两点摆锤激振加载为对象建立动力学数学模型,构建系统的机电耦合方程.在共振条件下的对机电耦合关系进行求解,通过相平面法得到振动系统的机电耦合特性、平衡奇点处的谐振同步性及稳定性条件,揭示加载系统出现耦合现象的机理.试验研究系统动态分岔耦合、主共振机电耦合特性及机电耦合作用下的同步控制,验证理论分析的正确性及控制算法的有效性,为疲劳加载系统的工程应用提供指导及试验参考.     

机电系统中机网联解的一种新方法

基于完整的机电统一数学模型，在分析发电机、励磁调节系统和电网仿真技术特点的基础上，提出了一种通过修改发电机系数矩阵实现机电动态联合仿真中机网联解的新方法．该方法避开了仿真计算中的预报-校正系统，保证计算收敛性，加快了仿真速度．     

风电叶片双惯性激振疲劳加载耦合振动特性

针对风电叶片电驱动双惯性激振疲劳加载时出现耦合问题,通过对加载系统进行合理简化,基于拉格朗日方法建立疲劳加载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.利用小参数周期平均法对耦合过程近似解析,并推导了系统振动同步稳定的条件,得出系统运行过程中电动机负载转矩的影响因素,揭示系统出现耦合现象的机理,对系统频率特性进行数值仿真,得到不同加载频率下叶片振动特性.通过实际叶片疲劳试验验证数学模型、理论推导及仿真结果的正确性,为风电叶片疲劳加载系统同步控制策略制定提供理论依据及工程应用参考.     

基于直流发电机的风力发电系统及其控制策略

针对风力发电系统的特点,结合直流发电机的特性,提出了基于直流发电机的风力发电系统.从理论上分析了该系统的可行性及其优点,重点对其控制策略进行研究,在动模实验室内建立基于直流发电机的风力发电系统的模拟系统,以直流电动机作原动机,调节直流电动机的转速,模拟风速变化引起的风力机转速的变化,并通过试验验证了该系统的可行性.     

基于dSPACE的风能转换系统LPV增益调度控制

额定风速以下时,风能转换系统需要通过控制发电机转速使风能的捕获率最大.根据风速的多时间尺度特性,建立风能转换系统的非线性机理模型并得到其归一化误差的线性参数变化系统模型;在采用PI控制策略的基础上,设计了基于LPV模型的增益调度控制器,对风能转换系统的电磁转矩进行动态补偿.基于dSPACE的风能转换系统硬件在回路仿真平台进行实验分析,结果表明补偿后系统的功率系数和叶尖速比追踪其最优值的精度更高,鲁棒性更好,体现了更好的动态性能.