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作者：刘浩铭郑州大学

学位级别：硕士

齿轮、轴承等以点、线接触的零件在正常工作时往往处于弹性流体动力润滑状态,但是对于此类零件强度设计所依据的赫兹应力理论则完全忽略掉了润滑的影响,实际上,润滑对零件接触表面应力的分布及性能有着重要的影响,不但会在出油口附近产... 详细信息

齿轮、轴承等以点、线接触的零件在正常工作时往往处于弹性流体动力润滑状态,但是对于此类零件强度设计所依据的赫兹应力理论则完全忽略掉了润滑的影响,实际上,润滑对零件接触表面应力的分布及性能有着重要的影响,不但会在出油口附近产生二次压力峰,还会在二次压力峰下产生应力集中。因此,弹流润滑状态下压力极值的研究对此类零件的强度设计及疲劳寿命预测具有重要的意义。(1)给出了稳态线接触弹流润滑理论的数学模型及求解方程,详细介绍了Newton-Raphson法,编写了计算程序,通过具体算例验证了程序的正确性与可用性。(2)详细研究了弹流润滑状态下无量纲速度、载荷及材料参数对压力极值的影响,并采用多元回归分析法给出了二次压力峰值、中心压力及二次压力峰位置的拟合公式,对其进行了显著性检验及精度校核,结果表明,在较宽的参数范围内,该拟合公式完全满足工程设计的需要。(3)详细研究了弹流润滑状态下接触区次表面应力的分布。探究了最大剪应力与二次压力峰的关系及最大剪应力的位置关系,结果表明:随着二次压力峰幅值的增大,最大剪应力先减少后增大;最大剪应力深度随着载荷的增加逐渐加深,最终近似于赫兹接触状况下应力的分布,随着速度的增大而接近于接触区表面;并且给出了最大剪应力位置横坐标的拟合公式。

关键词：线接触弹流润滑多元回归中心压力二次峰压力二次压力峰位置

复杂齿轮-转子-轴承耦合系统规范建模及振动控制研究

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复杂齿轮-转子-轴承耦合系统规范建模及振动控制研究

作者：蒋熹郑州大学

学位级别：硕士

齿轮-转子-轴承系统是一类应用广泛,也是最复杂的转子系统,由于齿轮的耦合作用,系统中各个转子的振动是相互耦合、互相影响的,因此研究齿轮-转子-轴承系统动力学,必须基于系统的、整体的观念,将系统中所有齿轮、转子、轴承作为一个整体... 详细信息

齿轮-转子-轴承系统是一类应用广泛,也是最复杂的转子系统,由于齿轮的耦合作用,系统中各个转子的振动是相互耦合、互相影响的,因此研究齿轮-转子-轴承系统动力学,必须基于系统的、整体的观念,将系统中所有齿轮、转子、轴承作为一个整体,建立统一的系统动力学方程,进行整体分析。因此,规范、简单且可靠的建模方法对复杂齿轮耦合轴系动力学研究具有重要的意义。本文主要工作如下:(1)基于齿廓啮合基本原理,建立了一般位置啮合的直齿轮副、斜齿轮副、直齿锥齿轮副、弧齿锥齿轮副的几何耦合模型及对应的耦合模型变换矩阵。(2)基于几何耦合模型,提出了含直齿轮、斜齿轮、直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮四种齿轮的复杂齿轮-转子-轴承轴系动力学的规范建模方法。(3)基于Romax软件,对某DH离心压缩机齿轮耦合转子系统进行了模态分析,并研究探讨了通过改变齿轮质量和极转动惯量控制和减小系统不平衡响应的可能性,发现对该DH机组的转子系统,通过增大低速轮和高速轮的极转动惯量,可望有效降低和控制系统的不平衡响应、抑制系统振动。

关键词：几何耦合模型耦合模型变换矩阵复杂齿轮-转子-轴承系统动力学方程规范建模方法DH离心压缩机振动控制

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点接触EHL的快速直接迭代算法

点接触EHL的快速直接迭代算法

作者：李颖郑州大学

学位级别：硕士

本文由任意弹性体接触问题的数值算法研究和点接触弹性流体动力润滑数值算法研究两部分组成。在第一部分,提出一种快速求解任意弹性表面接触问题的新算法。基于Boussinesq半无限体力与变形的关系和结构分析中的影响系数法,将各未知压... 详细信息

本文由任意弹性体接触问题的数值算法研究和点接触弹性流体动力润滑数值算法研究两部分组成。在第一部分,提出一种快速求解任意弹性表面接触问题的新算法。基于Boussinesq半无限体力与变形的关系和结构分析中的影响系数法,将各未知压力组成线性方程组,运用求解大型线性方程组的分块迭代法,将方程组降阶,并保证数值求解过程的稳定;进一步,通过将接触压力迭代矩阵由满元矩阵变为稀疏的带状矩阵,显著地提高计算效率和计算精度。数据实验表明,当迭代矩阵密度为满阵时的15%～20%时,新算法具有满意的效果。该算法不仅是对经典弹性表面接触问题数值算法的改进,同时为本文后面的研究奠定了基础。第二部分研究点接触弹流润滑问题的快速数值算法。在复合直接迭代法的基础上,提出了一种求解点接触弹流润滑问题的新的迭代格式,编制了基于该迭代格式的计算机程序,并对若干种等温工况的点接触弹流问题进行了计算,获得了点接触弹流问题的典型特征,证明了新算法的正确性和可靠性。与复合直接迭代法的对比表明,本文新算法不仅具有很好的计算精度,而且可以显著地提高计算效率和载荷范围。本文新算法对复合直接迭代法是一种重要改进与发展,同时也为非稳态点接触弹流润滑问题的研究奠定了新的基

关键词：弹性接触点接触弹性流体动力润滑迭代格式数值算法

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新型结构多自由度超声电机的研究

新型结构多自由度超声电机的研究

作者：李磊郑州大学

学位级别：硕士

压电超声电机是一种新型的驱动器,具有结构灵活,形式多变,质量轻,断电自锁,控制精度高,响应速度快,抗电场和磁场等的干扰等特点,具有广阔的应用前景。在技术范畴内单个振动模式、简单谐振模式超声电机已趋于成熟,但多维度振动模式超声... 详细信息

压电超声电机是一种新型的驱动器,具有结构灵活,形式多变,质量轻,断电自锁,控制精度高,响应速度快,抗电场和磁场等的干扰等特点,具有广阔的应用前景。在技术范畴内单个振动模式、简单谐振模式超声电机已趋于成熟,但多维度振动模式超声电机研究较少。本文针对多自由度超声电机,提出一种新结构形式的多自由度超声电机。并对其进行了理论分析和实验研究。主要研究内容如下:1.新型结构多自由度超声电机工作原理的振动模式分析。深入研究和详细分析了定子顶部端面质点行波的形成原理及表面质点椭圆轨迹运动的影响因素。2.结合新型结构多自由度超声电机的初步设计,提出了该新型结构多自由度超声电机的电压激励方式,并应用有限元分析软件ANSYS APDL对定子组件进行建模和模态分析。3.运用ANSYS APDL软件,对新型结构多自由度超声电机定子进行了参数化建模和模态识别及判断,获得了各结构参数对于结构振动模态频率的灵敏度,在此基础上完成了新型结构多自由度超声电机的结构参数优化。4.依据优化结果,进行样机制备、实验和分析,验证了设计方法的正确性。

关键词：多自由度超声电机结构设计有限元仿真多目标优化

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线接触弹流摩擦副的动特性研究

线接触弹流摩擦副的动特性研究

作者：高磊郑州大学

学位级别：硕士

随着机械装备越来越向高速大功率方向发展,润滑的作用越来越重要,润滑不仅可以降低摩擦、防止磨损,而且对系统的动力学性能产生重大的影响。如同滑动轴承的动压润滑油膜对轴承-转子系统的动力学性能具有重要影响一样,工作在弹流状态下... 详细信息

随着机械装备越来越向高速大功率方向发展,润滑的作用越来越重要,润滑不仅可以降低摩擦、防止磨损,而且对系统的动力学性能产生重大的影响。如同滑动轴承的动压润滑油膜对轴承-转子系统的动力学性能具有重要影响一样,工作在弹流状态下的凸轮、齿轮、滚动轴承等高副接触副之间的润滑油膜也对系统的动力学性能具有重大的影响。滑动轴承动压油膜的动特性研究已经非常系统的深入,但关于弹流油膜动特性的研究还非常欠缺。因此对弹流油膜动力学特性的研究近年来引起了人们的关注。研究弹流摩擦副动力学动特性,对于深入了解弹流润滑对系统动力学特性的影响,改进和提升整个机械系统的动力学设计,具有重要意义。本文通过将弹流油膜简化为弹簧阻尼,将摩擦副等效为参振质量,建立了线接触弹流润滑摩擦副的弹流——动力学耦合系统方程,对识别计算弹流摩擦副刚度和阻尼的两种方法——通过摩擦副的自由振动曲线识别摩擦副刚度、阻尼的方法和通过简谐激励下摩擦副的阻尼环识别摩擦副刚度、阻尼的方法——进行了分析和比较。通过摩擦副阻尼环在较宽的参数范围内研究和分析了载荷、速度对线接触弹流摩擦副动特性系数的影响;此外,以渐开线直齿圆柱齿轮为对象,研究了输入扭矩、转速、模数和传动比等参数对轮齿啮合刚度和啮合阻尼的影响。

关键词：线接触弹流摩擦副刚度阻尼

线接触弹流润滑状态下摩擦副的动力学特性研究

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线接触弹流润滑状态下摩擦副的动力学特性研究

作者：徐梦霞郑州大学

学位级别：硕士

随着动力机械对功率密度要求的日益提高,要求机械系统元件具有更高的动力学性能,而润滑不但可以提高机械系统元件的振动、噪声、稳定性等动力学性能,而且可以改善接触表面的摩擦和磨损状况,从而提高机械元件的工作效率,延长其使用寿命... 详细信息

随着动力机械对功率密度要求的日益提高,要求机械系统元件具有更高的动力学性能,而润滑不但可以提高机械系统元件的振动、噪声、稳定性等动力学性能,而且可以改善接触表面的摩擦和磨损状况,从而提高机械元件的工作效率,延长其使用寿命。因此研究系统元件中接触副的弹流润滑性能和动力学特性对提高系统的动力学性能尤为重要。本文首先根据弹流润滑理论的发展历程和EHL状态下摩擦副的研究现状,提出了对摩擦副进行摩擦学动力学耦合研究的重要性和必要性。然后介绍了一种求解稳态弹流问题的算法--复合直接迭代法。基于这种算法,建立了稳态和纯挤压非稳态两类弹流问题的数学模型,介绍了其求解思路,编写了相关程序算法。通过油膜压力和油膜厚度分布图,分析了两大类弹流问题的基本特征,为非稳态弹流润滑状态下摩擦副的动力学特性研究奠定了基础。将线接触摩擦副简化为单自由度的弹簧阻尼系统,分别建立了摩擦副在自由振动条件下和简谐激励扰动下的刚度、阻尼计算模型;通过将弹流润滑理论与动力学方程进行耦合,找到它们之间的关系变量;在线接触弹流下,建立了自由振动、简谐激励扰动下的摩擦学、动力学耦合的求解模型,按照顺序耦合的研究方法对不同工况条件下的耦合模型进行分析计算,得到了不同时刻下摩擦副中油膜压力和油膜厚度的变化规律和摩擦副的振动响应曲线;根据前面所得到的振动响应曲线,再参照摩擦副的刚度、阻尼计算模型,求得摩擦副刚度、摩擦副阻尼。在此基础上,分析了不同质量,不同激励方式和不同激励的频率等参数对摩擦副动力学特性的影响,并对摩擦副的刚度、阻尼随着速度和载荷参数的变化规律进行了研究分析。研究结果显示:摩擦副的刚度随着载荷的增大而不断增大,随着速度的增大而在不断减小;不管是随着载荷的增大,还是随速度的增大,摩擦副的阻尼均在不断减小。

关键词：线接触弹流润滑摩擦副刚度摩擦副阻尼油膜压力油膜厚度

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线接触弹流润滑油膜动特性及压力极值研究

线接触弹流润滑油膜动特性及压力极值研究

作者：张鑫磊郑州大学

学位级别：硕士

线接触存在于许多机械零件中,比如齿轮,滚子轴承等。这些零件工作时往往处于弹性流体动力润滑状态。一直以来在对这些零件进行动力学分析和强度设计时都忽略了润滑作用,而随着工业向着高速化静音化的方向发展,对零件的动力学性能和强度... 详细信息

线接触存在于许多机械零件中,比如齿轮,滚子轴承等。这些零件工作时往往处于弹性流体动力润滑状态。一直以来在对这些零件进行动力学分析和强度设计时都忽略了润滑作用,而随着工业向着高速化静音化的方向发展,对零件的动力学性能和强度要求越来越高,研究弹流油膜对系统动力学性能和零件强度与寿命的影响显得越来越重要。本文首先介绍了稳态和非稳态线接触弹流润滑问题的数学模型及求解方法,编制了相应的计算程序,通过计算稳态算例和纯挤压工况下的非稳态算例验证了所编程序的正确性及精确性。通过对线接触摩擦副中的油膜做近似线性化处理,建立了油膜刚度阻尼的计算模型;通过在非稳态弹流润滑模型中引入动力学方程,分别建立了位移扰动,简谐激励扰动和瞬时变载扰动下线接触摩擦副的摩擦学动力学耦合模型,采用复合直接迭代法进行求解,得到了相应的自由振动曲线;计算得到了不同初始扰动条件下的油膜动特性参数;并研究了油膜刚度阻尼随载荷速度参数的变化趋势,分析了不同扰动条件对油膜刚度阻尼的影响。结果表明,油膜刚度阻尼均随着载荷变大而变大,随着速度变大而减小;油膜刚度阻尼与初始扰动条件无关。最后在大量算例的基础上,通过数值回归研究了载荷速度材料参数对二次压力峰和中心压力的影响,并拟合得到了二次压力峰和中心压力关于载荷,速度和材料参数的简单公式,经检验,所提出的拟合公式精度令人满意,可以满足工程设计需要。

关键词：线接触弹流润滑油膜刚度油膜阻尼二次压力峰中心压力拟合公式

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点接触弹流润滑快速算法研究

点接触弹流润滑快速算法研究

作者：方保江郑州大学

学位级别：硕士

本文研究等温点接触弹性流体动力润滑(EHL)问题的快速直接算法。主要研究内容如下:在点接触EHL直接迭代算法的基础上进行了深入的分析,利用点接触EHL数值计算时求解区域的离散特点,提出一种新的点接触EHL问题计算新的直接迭代格式——... 详细信息

本文研究等温点接触弹性流体动力润滑(EHL)问题的快速直接算法。主要研究内容如下:在点接触EHL直接迭代算法的基础上进行了深入的分析,利用点接触EHL数值计算时求解区域的离散特点,提出一种新的点接触EHL问题计算新的直接迭代格式——“列向分条迭代求解格式”,使求解过程中计算量进一步显著减少。对新算法进行计算机程序的编写,并通过大量算例对新算法的正确性、计算效率、参数适用范围进行验证。数值计算结果表明了本文所提出的点接触EHL问题的列向分条求解直接迭代算法是行之有效的,与文献提出的点接触弹流问题快速直接算法相比,具有更高的计算效率和更宽的参数适用范围。因此,点接触EHL问题的列向分条求解直接迭代算法是点接触弹流问题快速直接算法的进一步发展和提高。本文新算法是对点接触EHL直接迭代算法的进一步发展,将点接触EHL直接迭代算法推进到一个新的高度。

关键词：点接触弹流润滑直接算法列矩阵逐列求解

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某空气压缩机转子轴承系统动力学分析

某空气压缩机转子轴承系统动力学分析

作者：宋现洲郑州大学

学位级别：硕士

随着旋转机械转速和功率的不断增加,转子系统的动力学性能越来越成为决定旋转机械性能的关键因素。本文介绍并研究了转子系统动力学分析的传递矩阵法和集总质量法,并对某空气压缩机高压转子—轴承系统进行了动力学分析。全文共分四部分... 详细信息

随着旋转机械转速和功率的不断增加,转子系统的动力学性能越来越成为决定旋转机械性能的关键因素。本文介绍并研究了转子系统动力学分析的传递矩阵法和集总质量法,并对某空气压缩机高压转子—轴承系统进行了动力学分析。全文共分四部分：第一部分介绍了选题的来源及意义,并对转子系统动力学的发展历史及国内外研究现状进行了回顾与评述。第二部分介绍并研究了用传递矩阵法来求转子系统的临界转速和稳态不平衡响应,编制了求解转子临界转速的计算机程序,并把计算结果和理论解进行比较。第三部分介绍了转子—轴承系统建模的集总质量法,详细说明了建立转子—轴承系统动力学方程的过程和求解方法。第四部分对某空气压缩机高压转子进行了动力学设计分析,提出了通过改变轴承结构尺寸来降低系统的振动响应。

关键词：转子—轴承系统动力学性能传递矩阵法集总质量法

阶梯滑动轴承油膜流态可视化试验装置设计与应用

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阶梯滑动轴承油膜流态可视化试验装置设计与应用

作者：梁存真郑州大学

学位级别：硕士

油膜特性是研究润滑理论及其工程应用的核心,而准确判断润滑油膜的流态是研究油膜特性的重要前提。动静压滑动轴承在工作过程中,因其油膜厚度很小,故理论计算大多假设油膜处于层流状态,但对于具有深、浅腔的阶梯动压滑动轴承,由于各部... 详细信息

油膜特性是研究润滑理论及其工程应用的核心,而准确判断润滑油膜的流态是研究油膜特性的重要前提。动静压滑动轴承在工作过程中,因其油膜厚度很小,故理论计算大多假设油膜处于层流状态,但对于具有深、浅腔的阶梯动压滑动轴承,由于各部分油膜厚度相差较大,尤其是轴承在高速运转时,均可能出现层流、紊流及过渡区等不同的油膜流态形式,采用数值计算得到的结果与实际难免出现偏差。为对滑动轴承油膜流态进行观察和测量,分析油膜区域的具体流态,本文通过构建可视化试验装置,利用气泡示踪法观察气泡在滑动轴承中的分布及运动情况,证明阶梯滑动轴承中油膜的具体流态及其分布情况,以便于在油膜分布区的不同位置,根据其真实流态采取不同的计算方法,修正按单一流态进行计算出现的偏差,得到更加准确的理论计算结果。滑动轴承油膜流态可视化研究中,对有机玻璃轴瓦加工工艺参数探究,关系到试件的透光度及图像采集效果。本文通过构建测光平台,对工艺参数不同的试件进行测量、分析,归纳了在不同工艺参数下制件的透光度变化趋势;总结了经济合理的工艺路线,优化了精细加工的工艺参数。滑动轴承油膜流态可视化研究中轴瓦试件的制作直接关系到试验结果的误差度。本文通过对影响加工质量的工艺要素的研讨,分析了加工过程中产生误差的原因,并提出误差均化的解决方法;制订了试件制作的工艺流程,确定了工艺要素的具体参数并采用水浴时效提高试件材料的稳定性,设计了用于装夹的止口法兰以降低切削变形,实现了滑动轴承可视化研究有机玻璃轴瓦制作,为同类试验研究提供可借鉴的经验和数据。本文通过对试验要求的分析,确定了进行可视化试验所采用的试验装置设计方案;拟定了试验参数并进行了滑动轴承油膜流态可视化试验,得到了试验影像数据。通过对试验影像的分析,重点对比了油膜承载区流线斜率在不同位置的变化情况和主轴转速及最小半径间隙变化时流线斜率的变化情况,为后续进行分析和修正提供数据支撑。本论文完成的工作是国家自然科学基金项目(多种流态共存时超高速浮环动静压轴承润滑理论、实验和应用研究,编号51075373)工作中的一部分。

关键词：阶梯滑动轴承油膜流态可视化有机玻璃加工流线斜率