星型人字齿轮传动系统非线性分岔特性

为探究星型人字齿轮传动系统分岔动力学特性，课题组采用集中质量法建立了星型人字齿轮系统的纯扭转非线性动力学模型，通过Runge Kutta法求解了系统非线性振动微分方程，利用相图、Poincaré截面法和分岔特性等分析手段研究了不同转速条件下啮合阻尼比对系统振动响应及分岔特性的影响。结果表明：系统在不同转速下会表现出丰富的非线性动力学行为；随着啮合阻尼比的增大，系统通过倒分岔从混沌状态进入倍周期状态，再由倍周期状态进入单周期状态。因此，在保证系统传动效率的前提下适当提高系统的啮合阻尼比，能够明显弱化系统的混沌运动，减小其振动响应，提高系统稳定性，对系统噪声的降低和寿命的延长具有一定的帮助。     

偏心转子密封系统的稳定性研究

迷宫密封在叶轮机械中使用广泛,且对转子系统稳定性有很大影响,但是很少有文献关注轴颈偏心与迷宫密封和系统稳定性之间的关系。课题组提出一种基于FLUENT软件的转子密封耦合系统的瞬态仿真方法,在每个时间步,首先求解纳维斯托克斯方程获得轴颈表面的瞬态气体密封力;接着,求解单圆盘转子密封系统的有限元模型,计算轴颈在下一个时间步的位移;在每个时间步中,将计算得的气体密封力和轴颈位移进行数据交换。此外,该方法使用的动网格技术可在轴颈任意运动状况下保证网格质量。从计算结果可以看出,当偏心到达一定位置时出现了半频振动,这意味着轴颈和密封之间的相对位置对转子密封耦合系统的稳定性有极大影响。为分析转子密封耦合系统的瞬态特性,瞬态泄漏量变化、周向和轴向压力分布等计算结果也在文中给出。在一台装有位置可调迷宫式密封的汽轮机上进行实验,结果显示改变轴颈与密封间相对位置后振幅显著降低,稳定性提高,验证了计算结论的正确性。     

电动汽车电驱动系统机电耦合动态特性研究

为研究典型工况下电动汽车电驱动系统机电耦合作用机理,考虑永磁同步电机动态特性及齿轮传动系统非线性时变啮合特性,建立包括永磁同步电机动态模型和齿轮传动系统动力学模型的电动汽车电驱动系统机电耦合动力学模型。在此基础上,仿真分析稳态工况、冲击载荷工况、起伏路面工况等典型工况下电动汽车电驱动系统齿轮系统扭转特性和电机定子电流的动态响应特性。仿真结果表明:驱动电机与传动系统之间存在明显的机电耦合效应;电机定子电流会受到机械传动系统啮频和转频的调制;可以通过电机定子电流监测电驱动系统齿轮传动系统的啮合振动状态。研究结果可为电动汽车电驱动系统主动减振控制策略研究提供参考。     

某双转子发动机变态相似模型设计与验证分析

为了研究转子系统动力变态相似性问题和转子系统变态试验模型的设计方法,归纳总结了变态相似理论,借助方程推导了转子系统变态模型与原型的相似准则,深入分析了其动力学相似关系。基于有限元法和遗传算法结合的数学模型,建立了转子系统模型优化设计算法,并对实际发动机燃气发生器和动力涡轮转子系统进行了动力学相似设计。经过计算,所设计的变态相似试验模型与原型满足动力学相似,可用此变态模型来分析原型的动力特性。研究结果表明:提出的转子系统变态模型优化设计方法切实可行,对转子系统试验模型的变态相似设计具有指导意义。     

复杂转子系统特征值问题的随机摄动分析

在实际工程中转子系统的参数往往具有不确定性,为了更好地对转子系统的稳定性、可靠性和故障诊断等方面 进行研究,正确分析随机参数对转子系统振动特性的影响已经成为不可忽视的问题。文章使用随机摄动传递矩阵方法 研究复杂转子系统的随机特征值问题,计算分析了中介轴承随机参数对双转子系统阻尼特征值的影响,将计算结果与 Monle Carlo随机模拟法的计算结果比较,验证了随机摄动传递矩阵方法的可靠性和实用性。该随机摄动分析方法可以 应用在研究随机参数对转子系统动力学特性和响应影响的计算分析中。     

双行星排式动力耦合机构动态特性分析

以某款混合动力汽车动力耦合机构为例,综合应用UG、ADAMS及ANSYS建立双行星排式动力耦合机构刚柔耦合动力学模型;对建立的系统动力学模型进行典型工况下的仿真分析,通过分析前后排行星轮系轮齿啮合力、轴系角加速度的时域和频域响应曲线,得到该动力耦合机构在稳态(如纯电动、巡航)和非稳态(如发动机起动)工况下的动态特性。仿真结果表明:该动力耦合机构稳态工况下动态特性峰值频率主要为低频段的旋转频率和两行星排的啮合频率及其倍频;非稳态工况初期存在瞬时冲击激励,但前排行星轮系动态特性的变化对后排行星轮系影响较小。     

考虑激励幅值慢变的卷绕头转子系统动力学建模

卷绕头转子系统结构之间的耦合振动和时频变激励使振动问题十分复杂,为了更准确地研究其动力学特性,根据转子动力学理论,使用有限元方法建立了考虑多盘质量慢变的卷绕头非线性转子系统整机动力学模型,运用Newmark-β数值积分方法对其动力学特性求解,得到仅存在初始不平衡量以及卷装不良带来的激励频率、幅值慢变下的非线性动力学行为。通过分析轴心轨迹、时域波形和幅频特性曲线等结果,发现卷绕头转子系统对因卷装不良引起的激励幅值慢变较为敏感,出现新的频率成分。进一步对比分析了不同节点处的振动频谱,其结果可为卷绕头转子系统动力学设计和故障识别提供一定理论支持。     

三油楔轴承若干参数对刚性和弹性转子失稳转速的影响

分别以三油楔固定瓦滑动轴承-刚性Jeffcott转子系统和三油楔固定瓦滑动轴承-弹性Jeffcott转子系统为研究对象,采用有限差分法,通过数值计算联立求解系统自由振动方程、Reyn-olds方程和扰动Reynolds方程。研究了轴承的宽径比、最小间隙比和平均油温的变化对两种系统失稳转速的影响规律并进行了比较。结果表明:减小宽径比,弹性系统失稳转速上升,刚性系统则在小范围内有小幅波动;增大最小间隙比,两系统的失稳转速先减小后增大,最小间隙比的变化对刚性系统的稳定性影响更大;提高平均油温,两系统的失稳转速提高。     

单框架控制力矩陀螺受力特性分析

单框架控制力矩陀螺因其优异的姿态控制性能被用于两轮平衡车的姿态控制,由于控制力矩陀螺长时间工作于转子高转速、框架高动态环境下,其结构容易发生破坏,导致装置失效。为了确定控制力矩陀螺结构薄弱点及其受力规律,确保转子系统可靠运行,利用ABAQUS有限元分析软件,分别建立了某车载单框架控制力矩陀螺转子和整体有限元模型,分析不同目标参数下其稳态特性和动态特性。结果表明,转子系统的薄弱部位在转子轴根部和框架轴轴承安装处,转子轴和框架轴薄弱处所受应力会随转速增大而增大,当达到7 000 r/min时会有超过许可应力值的危险;随着框架转动,转子轴主应力先增加,随后保持不变,框架轴主应力随框架转角的增加而增加,当达到4 rad/s时,框架轴和转子轴均接近许可应力,有断裂风险。最后,基于分析结果及车载控制力矩陀螺的性能要求,给出转子转速和框架转速安全运行范围,为后续控制力矩陀螺自适应控制的实现提供参考。     

具有滚动轴承座松动故障转子系统的分叉和混沌

以转子动力学、Hertz理论和非线性动力学理论为基础，针对一端轴承座松动的滚动轴承——转子系统的具体特点，建立了系统的动力学方程。通过数值仿真研究了转子系统在转速变化和松动间隙扩展时显示的周期分叉、拟周期和混沌运动等复杂动力学现象及其变化规律，得出了有价值的结论，可为该类故障的诊断提供参考。     

基于ANSYS的弹性支承的悬臂转盘-轴承系统模态分析

针对悬臂转盘系统在高速旋转时的振动、不稳定等现象,建立弹性支承悬臂转盘一轴承系统动力学模型并计算理 论临界转速,应用ANSYS有限元软件对带有预应力的转盘一轴承系统进行了模态分析,分析转盘系统额定转速、轴承支 承刚度、轴承间跨度和转盘厚度对转盘一轴承系统固有频率的影响,得到了各阶固有频率和固有振型。结果显示：额定转 速和轴承支承刚度是影响转盘一轴承系统模态参数的主要因素,在相同工况条件下,同阶固有频率与额定转速成一元三 次方程变化。同时转盘系统固有频率都随着额定转速和轴承支承刚度的增大而增大。     

铁路货车轴承内圈故障动力学仿真分析

以我国铁路货运列车的主力轴承——197726型轴承为研究对象,开展故障轴承动力学建模和仿真分析,探索轴承动力学响应特性随故障尺寸的变化规律。综合考虑轴承内部结构、约束关系、摩擦润滑和载荷条件,建立了轴承内圈存在滚道损伤故障时的刚-柔耦合动力学模型,并通过轮对跑合实验及包络谱分析验证了模型的有效性。最后,通过一系列动力学仿真分析,研究了轴承动力学响应特性。研究结果表明,随着内圈故障尺寸的增大,保持架晃动增强,对轴承正常运行起到阻碍作用;当故障尺寸增加到一定程度时,内圈故障处变形量、滚子质心波动、滚子与内外圈接触力均出现突变趋势,反映了内圈损伤程度大小可以通过轴承零部件动力学响应的变化趋势来判断。研究对货运列车轴承故障诊断和损伤程度精确识别具有理论指导意义。     

车轨路地耦合系统CA砂浆层劣化垂向动力传递特性的研究

车辆滚动循环载荷作用下CA砂浆层常发生劣化以致失效,为真实反映CA砂浆层在整体系统中的作用特性,建立车辆-轨道-路基-地基耦合系统,分析当CA砂浆层发生不同程度劣化时轨道子系统各层的垂向动力响应变化情况。仿真与信号分析结果表明,CA砂浆层服役性能的优劣影响轨道子系统的载荷传递性能,且劣化长度过长时会改变轨道板-CA砂浆层耦合层的模态特性,导致其各阶次固有频率前移更易发生共振,砂浆层约束能力的减弱叠加共振影响致使轨道板垂向位移在动态荷载作用下超过《高速铁路工程动态验收技术规范》对轨道结构动力性能评判标准的规定限值,轨道服役性能下降。     

一种永磁同步电机I/f控制的改进方法

为了提高无位置传感器永磁同步电机（PMSM）锯板电机的控制精度和动态响应灵敏度,课题组在I/f控制的基础上提出一种改进方案以提高负载冲击时的运行稳定性。该方案通过检测功率因数角感知负载的变化,补偿给定电流幅值跟随负载转矩,通过实时补偿给定参考位置解决瞬时负载冲击时转子角度变化过快的问题,持续大负载造成电流较大时通过减速释放动能来平衡负载直至堵转,解决了I/f控制方法下的失步问题。实验结果表明：电机样机能够承受瞬时转矩冲击,且在持续大负载转矩下保持电磁转矩输出;在负载降低后,系统可以自动恢复转速运行,全程无失步。     

一类裂纹转子的非线性动力学特性分析

转子裂纹是旋转机械最为常见的故障，检测与识别转子裂纹，对旋转机械平稳、可靠与高效运行大有裨益.研究裂纹转子的动力学特性，作为转子裂纹诊断技术的理论前提和依据是十分必要的.以Jeffcott转子模型为基础，建立了余弦波转子系统的动力学模型.用标准的Runge-kutta算法对动力学模型进行数值积分，说明参数K随角速度的变化，进而去研究该系统的非线性动力学行为的变化.     

计算多转子系统临界转速的整体传递矩阵法

提出了整体传递矩阵法中耦合单元的概念，导出了各向同性和各向异性耦合单元的传递矩阵，并给出了几个算例。整体传递矩阵法是取各转子状态向量的集合作为系统的状态向量，各转子同时对系统状态向量进行传递，求得多转子轴系的整体传递矩阵方程，代入整体边界条件进行求即可得到多转子轴系的临界速。与子结构传递矩阵法相比，整体传递矩阵法不必将多转子系统在耦合单元处分割开来，示引入未知内力和位移，也不必建立分割处的平衡方程或变形协调条件。     

高剪切均质机转子齿变形的可靠性研究

目前高剪切均质机转子系统转速有不断提高的趋势，这对均质设备工作的可靠性提出了新的挑战。课题组以转子系统为研究对象，提出了高速转子齿径向位移的数学力学模型,在此基础上结合机械结构可靠性设计理论,以均质机转子的工作转速、齿全高、底厚和齿厚为变量,导出了转子最外层齿顶径向位移变形的可靠度计算函数。实例分析结合有限元计算结果表明该位移可靠度公式是正确的，实践也验证了该型号的高剪切均质机具有良好的工作可靠性。所得结论同时也为新型高剪切均质设备转子的设计与优化提供一定的参考依据。     

地下卷取机自动台阶回避控制仿真与试验研究

本文研制了地下卷取机的控制系统并制作了仿真模型。系统用压力传感器实现压力闭环,用位置传感器检测位移信号,通过脉冲编码器和计算机编程控制实现了带头自动跟踪和台阶的自动回避控制。仿真模拟了地下卷取机的步进控制过程,仿真结果表明:系统加入微分超前补偿,有利于系统稳定,减少了超调量,提高系统的响应速度,减少了负载压力的波动。摩擦负载的增加,将使系统的稳态误差增加。合适的负载压力补偿,对系统的动态是有利的。     

基于CFD的罗茨真空泵的瞬态流场计算与性能预测

采用CFD的动网格技术对罗茨真空泵内部流动进行瞬态模拟和性能预测,得到不同入口压力下罗茨泵内瞬态流场特性,并将计算结果与实际抽速进行了对比验证。在此基础上对比分析有、无逆流冷却时罗茨泵内部流场的流动规律,并系统全面地研究入口压力、转速、转子间隙、逆流冷却、进气温度等参数对罗茨泵抽速的影响。研究表明:入口压力、转速、转子间隙对罗茨泵抽速有显著的影响,而在低压比情况下,逆流冷却和进气温度对抽速影响并不明显。该研究为罗茨真空泵的设计和应用提供了理论依据。     

转子不对中故障的振动特性和试验

本文从动力学角度研究具有凸缘联轴节的转子不对中故障的机理。列出轴振动的运动微分方程。得到的方程是参数激励和强迫激励联合作用。应用非线性振动的理论,用傅里叶展开求得其稳态响应,得到不同于以往中外有关文献的结果。本文在文[1]的基础上,作了充实和修改,做了转子不对中的人为故障试验。试验结果与理论分析基本相符。