电子机械制动执行器的摩擦力矩和能耗分析

为了实现在设计阶段对系统摩擦力矩的合理预估,提高执行器性能预测的准确性,以行星齿轮滚珠丝杆式电子机械制动执行器为研究对象,分析系统摩擦的主要来源及其对执行器性能的影响;建立执行器系统动力学模型和摩擦力矩模型,将理论计算与实验相结合,对模型参数进行了辨识,基于理论计算和实验辨识结果的对比分析讨论了两者存在差异的原因;同时分析摩擦模型参数对制动间隙消除时间和最大制动夹紧力的影响,各部件摩擦对系统摩擦力矩的影响及其随转速和载荷的变化规律,以及紧急制动过程中执行器产生的摩擦能耗.结果表明:影响制动间隙消除时间的摩擦主要来源于电机和滚珠丝杆;影响制动夹紧能力的摩擦主要来源于滚珠丝杆、电机和推力轴承,随着制动夹紧力的增加滚珠丝杆和推力轴承对系统摩擦的影响增大,而电机的影响显著降低;紧急制动过程中,执行器产生的有效力矩传递比仅为73.56%,摩擦能耗高达48.1%.     

复合材料在混合驱动连杆机构中应用的研究

在混合驱动连杆机构中,构件的质心大都作变速运动,产生的动载荷难以完全平衡和消除,不但辅助电机所需的驱动功率偏大,对辅助运动电机的控制不利,而且也影响系统的动态性能.本文分别进行了碳素钢、尼龙、酚醛层压材料等不同材料构件机构的动力学计算,分析对应辅助驱动功率的大小;并通过在混合驱动连杆系统实验台上进行对比实验,分析它们对系统动态输出性能的影响程度.     

用于纯电驱液压挖掘机的双向DC/DC变换器储能系统

为进一步提高纯电驱液压挖掘机的能量利用率且降低电源功率波动,针对变转速纯电驱液压挖掘机的动力系统,使用非隔离双向DC/DC变换器及超级电容组进行电力能量回收及利用。在SimulationX中,使用全纹波建模方法,建立了基于等效电阻的半桥变换器及超级电容组储能系统的模型,设计了各元件参数及其控制器,提出了一种适应性控制方法。仿真过程中,通过给定伺服电机设定的变转速信号及转矩信号模拟电机功率波动,使双向DC/DC变换器储能系统自动补偿或吸收电源功率。仿真结果表明,采用该控制器,在保证电机功率与超级电容效率的前提下,能够较好地维持恒定的输出电源功率,并能保证较快的动态响应及减小切换过程中的功率波动。     

设置上下游双调压室的水力-机械系统的小波动稳定分析

对设置上下游双调压室的水力-机械系统,导出了描述系统微小波动的线性微分方程组及其系数矩阵A.用电算法计算A的特征值,可鉴别系统的稳定性;计算特征值对系统参数的灵敏度,可评价各参数对系统稳定的影响;积分微分方程组,可分析系统的波动过程和动态品质.文中给出了计算分析实例.本文提出的方法还可以方便地用于分析多调压室及多台机组等复杂水力—机械系统的问题.     

激振器参数对自同步振动系统的影响

以反向回转激励的振动系统为对象,建立了考虑驱动电机机械特性的动力学方程.通过数值仿真计算,研究了激振器的偏心矩、电机功率、偏心转子回转摩擦阻矩等参数对自同步运动的影响.结果表明,激振器各参数在一定阈值内可以实现系统稳定同步运动,振动体y方向振幅与偏心矩成正比,实现稳定同步的时间与偏心矩成反比.电机额定转矩对系统同步影响不明显,而回转阻尼系数主要影响同步的过渡过程时间.     

基于机械轴承飞轮储能系统损耗的构成分析

为研究飞轮储能系统(FESS)的性能,设计并制作了一套基于机械轴承的、采用无刷直流电机驱动的飞轮储能系统,对驱动电机及整套系统在转速小于10 000 r/min时的损耗分别进行了测量.分析了电损、风损和轴承损耗3种主要损耗,采用最小二乘法,对电损与转速的关系进行指数函数拟合,对风损、轴承损耗与转速的关系进行了多项式拟合,从而分离了3种损耗.对处于不同待机转速的飞轮储能系统的恒功率放电时间和经历了不同待机时间的能量利用系数进行了计算分析.结果表明:要提高FESS的效率必须采用磁悬浮轴承并将系统置于真空环境中;FESS恒功率放电时间与待机转速成1.8次方关系;待机转速和待机时间是能量利用系数的重要影响因素.研究结果为新能源发电系统对FESS的选择提供了理论依据.     

牵引式无级变速器的传动特性

研究了牵引式无级变速器的传动机理,以及传动接触区牵引系数的影响因素和求解方法,通过内、外摩擦副牵引系数之间的关系,探究了作用在内、外摩擦副上的法向加载力和外摩擦副滑滚比的求解方法,分析了系统功率损失的主要因素和求解方法,最后得到作用在内、外摩擦副上的法向加载力、自旋功率损失、滑动功率损失和传动效率随传动比的变化规律.研究表明:在输入转速、转矩和内摩擦副滑滚比已知的情况下,法向加载力随着传动比的增大而增大,但增大幅度较小;滑动功率损失随着传动比的增大而增加,自旋功率损失则随着传动比的增大而不断减少;随着传动比的增大,滑动功率损失对系统传动功率的影响越来越大,自旋功率损失则反之,系统总的功率损失随着传动比的增大而减少,最后趋于稳定;系统总传动效率随着传动比的增大而增大,最后也趋于稳定,保持在83%左右.     

某型变转速直升机传动系统动力学特性分析

参考国外两级变速传动构型,基于某型直升机主减的结构布局,设计两级变转速直升机传动系统。利用集中质量法建立该型变转速直升机传动系统的动力学模型,模型中考虑时变啮合刚度、齿面摩擦、行星轮系的啮合相位以及各级齿轮副的综合传递误差等因素,推导系统的动力学微分方程。利用龙格库塔法进行数值求解,对比分析变转速直升机在相同工况下,高速级与低速级传动路径中系统的固有特性、动载荷、行星轮系的均载以及系统各级齿轮传动之间的耦合响应特性,研究输入功率、输入转速和摩擦因数对系统动力学特性的影响。研究结果表明:系统高速级路径中各级齿轮动载系数波动幅度较小,但低速级路径中两级行星轮系均载特性更优;可通过适当提高输入功率,降低输入转速来改善变速系统的动力学特性。     

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。     

同轴双输出减速器的键合图模型及仿真

首先分析了两输出轴等速反转的条件;然后通过对传动系统的分析,基于键合图的基本原理建立了同轴双输出减速器的键合图模型,在模型中考虑了平均啮合刚度,转动惯量,阻尼等影响因素,根据键合图中的因果关系和功率流,推导出了键合图模型的状态方程;通过对系统进行动态特性仿真,获得了系统内部各变量随时间变化的规律,揭示了系统的传动性能和动态特性;对比不同参数下两输出轴转速的响应曲线,分析了各参数对系统动态特性的影响;最后建立了同轴双输出减速器的简化模型,进行了虚拟样机实验,并将实验结果和键合图计算结果进行了对比,发现利用键合图理论对该类减速器进行动态仿真是有效的.     

基于等效运动模型的高速机构转速波动条件下的动平衡研究

为更真实地反映高速机构的动平衡状态,建立了机械系统的等效运动模型,研究了系统等效转动惯量与输入转速波动的关系,进一步分析出输入转速波动的增大会恶化机构的动平衡状态.以一个典型曲柄滑块机构及其平衡机构为例,从增大系统等效转动惯量和降低等效转动惯量波动两个方面分别讨论了降低输入转速波动的可能性.分析结果表明,通过附加运动构件来增大系统等效转动惯量对降低输入转速波动及改善动平衡状态具有更好的可操作性.该结果为研究机构实现动平衡效果和进一步提高动平衡设计提供了理论依据.     

电动轿车机电传动系统的匹配计算与仿真

研究电动轿车机电传动系统匹配计算方法. 根据整车动力性能指标要求,对电动轿车机电传动系统,包括交流感应电机、减速器、电机控制器、动力电池进行匹配计算,主要是电机及其减速器传动比的综合匹配计算,并在Matlab/Simulink下进行了系统仿真. 仿真结果表明,机电传动系统具有良好的动态转矩特性和转速特性;系统动力特性仿真结果满足整车的动力性能设计要求;电动轿车机电传动系统匹配计算方法具有可行性和有效性.     

新型曲柄式飞剪机的结构设计与受力分析

探讨了三曲柄对称式飞剪机剪切机构的运动轨迹和结构原理,采用ADMS软件进行飞剪机的结构设计及分析,得出各参数的相互关系,确定了最大剪切力的位置.该位置的合力计算值等参数及其相互关系,以及可根据不同剪切长度实时调整曲柄转速,为电机功率选择提供了依据.验证结果表明,理论计算准确,为构建新机构或改善现有飞剪机构的工作性能提供了有效的理论依据.     

双馈水轮发电机风摩损耗数值研究

根据双馈水轮发电机结构特点和通风特性,以计算流体力学为基础,建立通风道流体场模型,应用有限体积法对电机内流体流动特性进行数值求解,并对电机内风摩损耗进行计算,进而实现了电机内机械损耗的分离计算.通过与实验数据的对比分析,验证了其计算结果的准确性.对电机内风摩损耗的敏感性因素进行了分析.采用有限体积法进行求解,得出电机风摩损耗,结合轴承摩擦损耗经验公式计算得出电机的机械损耗,以此机械损耗与实验数据比较验证了结果的正确性.进而分析了电机转速、通风道内壁面表面粗糙度以及通风槽钢长度和尺寸等因素对电机风摩损耗的影响.     

数控机床进给系统的仿真

根据机械动力学原理建立了数控机床进给传动系统的数学模型,利用MATLAB软件中的动态仿真工具Simulink构建了机床进给系统的仿真模型,获得了反映系统性能的仿真曲线.利用仿真模型分析了非线性摩擦因素对系统精确的影响,并给出了提高传动系统性能的措施.为机械传动系统的设计和性能的改进提供了理论依据.     

地面驱动螺杆泵转速与杆径对摩擦压降的影响

在地面驱动螺杆泵采油系统中 ,井口驱动头有相当一部分的能量用于克服管道内油液流动的摩擦阻力 .文中对地面驱动螺杆泵采油系统的环空管内油液上升流动摩擦损失进行了理论分析 ,对不同泵转速下的抽油杆直径及不同抽油杆直径下的泵转速对流动摩擦压降的影响进行了详细的讨论 ,并以 LGB40 - 42型螺杆泵为例 ,对其在不同转速及抽油杆直径下的摩擦压降进行了计算 .理论分析及计算表明 ,转速与抽油杆直径对流体流动摩擦压降有较显著的影响 ,实际应用中泵转速的选择应与抽油杆直径相适应 .在一定条件下 ,合理选择泵的转速及抽油杆直径会使油液流动摩擦阻力显著降低 .     

基于键合图的混合动力汽车建模与仿真

针对一套应用逆向差速器作为动力耦合机构的混合动力系统进行了研究,该系统结合了电机低速性能佳、低噪音的优点与发动机高速性能佳、能源供应链完整的特点,依据车辆在不同行驶工况下的功率需求以及驾驶员的不同车速需求,规划了混合动力系统的能量管理模式.本文重点分析了混动模式下的运动情形,采用功率键合图方法进行建模并推导其系统动态方程式,应用Matab进行仿真.仿真结果显示:依据BSFC将发动机设置在最佳经济转速内运行,控制HEV各动力组件的动态参数在高效率范围内运行,逆向差速器动力耦合机构满足车辆后轮需求功率,可实现低污染、低能耗的目标;应用功率键合图方法可准确地模拟车辆在NEDC2000行车模式下发动机、电机/发电机的性能变化曲线,该方法在混合动力驱动系统中多能量耦合的动态建模具有一定的优势.     

柔性曲柄摇杆机构的动力学分析及实验研究

针对柔性四杆机构中的曲柄摇杆机构，运用有限元方法建立了机构的瞬时动力学模型；采用运动弹性动力简化方法对该时变参数动力学问题进行了分析，并将考虑连杆和摇杆柔性时的计算结果和刚性计算结果进行了对比，定性地给出了影响理论计算精度的一些主要因素．通过对相同材料、结构所进行的实验，验证了理论建模过程的可行性和动力学分析结果的正确性．研究结果表明：当转速较低时，连杆和摇杆的柔性较小，利用运动弹性动力学简化方法所得响应的精度较高；当转速较高时，连杆和摇杆的柔性较大，利用此方法所得响应与实验值的偏差很大，这时若要得到较精确的计算结果，就需要在建模时考虑刚弹耦合的影响及连杆销轴间隙、运动副黏性摩擦等因素．     

基于反馈线性化的 PMSM非线性控制器设计

针对永磁同步电机（ PMSM）绕组相电流与转速存在强耦合的特性,基于 PMSM精确的数学模型,采用反馈线性化的方法设计了一非线性控制器。该设计方法不但实现了电机系统的完全解耦,而且有效抑制了参数摄动、负载扰动等不确定因素对系统性能的影响。仿真结果表明,采用反馈线性化方法设计的 PMSM 控制系统具有很好的速度跟踪效果,可以获得良好的稳态精度与动态性能。     

风速波动时基于UKF-DFNN的变桨距控制

针对风速大于额定风速时风速波动引起风电机组的功率波动及变桨距系统频繁启停的问题,提出基于无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,简称UKF)与动态模糊神经网络(dynamic fuzzy neural network,简称DFNN)相结合的变桨距控制策略.为了消除传统变桨距控制中风速作为输入信号时产生的时延,将风电机组转速及输出功率作为反馈输入量.利用UKF对反馈输入量进行实时滤波处理,且将滤波后的数据用DFNN动态调整其权重,得到精确的桨距角指令值.采用Matlab/Simulink构建仿真模型,将UKF-DFNN控制与模糊PID、径向基函数(radial basis function,简称RBF)神经网络控制进行对比分析.仿真结果表明:所提策略能提高风速波动时系统的鲁棒性、抑制桨距角的波动范围、输出稳定的功率.