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基于坐标变换方法的风力机偏航轴承载荷分布的分析与计算

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工程力学 2012年第10期29卷 282-287,300页

作者：牛蔺楷杨洁明高俊云太原理工大学机械电子工程研究所太原030024 太原重工技术中心太原030024

针对风力机偏航轴承尺寸大,承载状况复杂,普通轴承分析方法在此不再适用等问题,提出一种采用坐标变换原理对各滚球处接触载荷分布进行分析计算的方法。通过在风力机上建立坐标系,将作用在风机上的外载荷从叶根部位开始传递到偏航轴承的... 详细信息

针对风力机偏航轴承尺寸大,承载状况复杂,普通轴承分析方法在此不再适用等问题,提出一种采用坐标变换原理对各滚球处接触载荷分布进行分析计算的方法。通过在风力机上建立坐标系,将作用在风机上的外载荷从叶根部位开始传递到偏航轴承的外圈上,将作用在外圈上的载荷表示为风机各运动参数(风轮旋转、叶片安装角、轴倾角)的函数。在偏航轴承内圈和外圈上各建立一个坐标系,通过将接触区域的变形表示为两坐标系之间相对运动参数的函数,建立了整体静力平衡方程。以三种载荷状况为例进行了接触载荷分布求解,结果表明:倾覆力矩对接触载荷的大小及分布影响最大,接触载荷基本以正弦规律分布。

关键词：载荷分布偏航轴承坐标变换风力机四点接触回转轴承

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具有局部表面损伤的滚动球轴承动力学建模

振动．测试与诊断 2014年第2期34卷 356-360,401-402页

作者：牛蔺楷曹宏瑞何正嘉西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

提出了一种滚动球轴承局部表面损伤故障的动力学分析方法。模型中每个轴承元件具有6个运动自由度,并完整地考虑了陀螺效应、离心力及润滑牵引等动力学因素。通过几何特征的变化对局部表面损伤进行了建模。采用四阶变步长Runge-Kutta-Feh... 详细信息

提出了一种滚动球轴承局部表面损伤故障的动力学分析方法。模型中每个轴承元件具有6个运动自由度,并完整地考虑了陀螺效应、离心力及润滑牵引等动力学因素。通过几何特征的变化对局部表面损伤进行了建模。采用四阶变步长Runge-Kutta-Fehlberg积分法对动力学方程进行了数值求解,并在时域和频域中对动力学响应进行了分析。研究结果表明,由于考虑了润滑剂的牵引效果,计算得到的故障特征频率较纯滚动假设下的计算结果有一定的差异。文中综合考虑了轴承元件的三维运动、相对滑动、润滑效应以及局部表面损伤等因素,因此所提出的模型更为全面、有效和实用。

关键词：滚动轴承故障诊断动力学仿真

考虑三维运动和相对滑动的滚动球轴承局部表面损伤动力学建模研究

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机械工程学报 2015年第19期51卷 53-59页

作者：牛蔺楷曹宏瑞何正嘉西安交通大学机械制造系统工程国家重点实验室西安710049

滚动体通过局部表面损伤时轴承的运动参数及动力学响应是轴承疲劳损伤分析和故障诊断的有效输入和重要依据。基于GUPTA轴承模型构建具有局部表面损伤的滚动球轴承的完整动力学模型。该模型中每个轴承元件(滚球、内圈及外圈)具有6个自由... 详细信息

滚动体通过局部表面损伤时轴承的运动参数及动力学响应是轴承疲劳损伤分析和故障诊断的有效输入和重要依据。基于GUPTA轴承模型构建具有局部表面损伤的滚动球轴承的完整动力学模型。该模型中每个轴承元件(滚球、内圈及外圈)具有6个自由度,并且考虑了元件之间的相对滑动和润滑牵引特性。在对局部表面损伤进行建模时,完整考虑了损伤出现后由于材料缺失而引入的额外间隙,以及损伤对赫兹接触刚度及接触载荷作用方向的影响。研究滚球在通过局部表面损伤时轴承的加速度与滚球/损伤之间冲击力的对应关系,以及轴承转速和损伤宽度对轴承振动响应的影响规律。仿真结果表明,由于考虑了相对滑动和滚球/损伤之间冲击力的影响,本模型能够对具有局部表面损伤的球轴承进行更为合理的动力学特性分析,可为滚动球轴承的疲劳损伤分析和故障定量诊断提供一定的理论依据。

关键词：动力学模型滚动轴承局部表面损伤定量诊断

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风力机偏航轴承滚道硬化层接触疲劳损伤分析

太阳能学报 2013年第8期34卷 1415-1420页

作者：牛蔺楷杨洁明高俊云太原理工大学机械电子工程研究所太原030024 太原重工技术中心太原030024

针对风力机偏航轴承尺寸大、转速低、承载复杂、标准轴承疲劳损伤分析方法不再适用等问题,对内圈固定外圈旋转的偏航轴承滚道硬化层接触疲劳损伤问题进行分析。首先通过求解偏航轴承整体静力平衡方程得到各滚球处的接触载荷分布。然后... 详细信息

针对风力机偏航轴承尺寸大、转速低、承载复杂、标准轴承疲劳损伤分析方法不再适用等问题,对内圈固定外圈旋转的偏航轴承滚道硬化层接触疲劳损伤问题进行分析。首先通过求解偏航轴承整体静力平衡方程得到各滚球处的接触载荷分布。然后采用连续损伤力学理论构建了硬化层材料的非线性本构模型,结合已求的最大接触载荷对其进行疲劳损伤分析。结果表明,最大损伤值发生于接触表面以下一定深度处。

关键词：风力机偏航轴承接触载荷分布接触疲劳损伤

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兆瓦级风力发电机偏航轴承疲劳损伤分析

兆瓦级风力发电机偏航轴承疲劳损伤分析

作者：牛蔺楷太原理工大学

学位级别：硕士

近年来,我国风电事业得到迅速的发展。但与此相矛盾的是,我国风机技术落后,许多关键技术及设备依旧依赖进口。风力机上的关键设备偏航轴承是一种大型四点接触球轴承,工作时承受径向力、径向力和倾覆力矩的联合作用。由于尺寸大、转速低... 详细信息

近年来,我国风电事业得到迅速的发展。但与此相矛盾的是,我国风机技术落后,许多关键技术及设备依旧依赖进口。风力机上的关键设备偏航轴承是一种大型四点接触球轴承,工作时承受径向力、径向力和倾覆力矩的联合作用。由于尺寸大、转速低、受力复杂等原因,普通标准轴承的分析方法在此已经不再适用,有必要对其开展针对性的分析和研究。为了实现风机关键设备国产化,掌握核心技术,本文对偏航轴承的疲劳损伤问题展开分析和研究。（1）为得到作用于偏航轴承上的外载荷,本文提出一种基于坐标变换原理的方法将作用在风机上的外载荷传递到偏航轴承上。该方法可以很方便的将作用在外圈上的载荷表示为风机运动参数的函数,使计算过程更加程式化。（2）为了求出承受一定外载荷下偏航轴承各滚球处的接触载荷分布,采用坐标变换的方法将受载前、后偏航轴承内外圈之间的相对运动通过变换矩阵联系起来,通过求解该相对运动参数为未知量的整体静力平衡方程得到各滚球位置处的接触载荷。采用三种作用于偏航轴承的外载荷状况对其接触载荷分布进行计算。结果表明,倾覆力矩对接触载荷分布的大小和方式影响最大,接触载荷整体分布基本上符合正弦规律。求得了偏航轴承各滚球位置处的接触载荷后,根据线弹性力学理论即可获得滚球和滚道之间的接触椭圆及接触应力,为接触区域疲劳损伤分析、偏航轴承的设计和选型提供了理论依据。（3）在接触区域的疲劳损伤分析上,为了研究塑性流动对接触区域损伤的影响,基于连续损伤力学的方法,采用能综合反映损伤、等向硬化、随动硬化等因素的接触区域材料的非线性力学本构模型。数值仿真时,在非线性有限元软件包ABAQUS的用户材料子程序接口UMAT中编写了该非线性材料本构模型子程序。结合线弹性接触力学对分析结果从应力和塑性应变两个方面进行了讨论。从应力角度,接触区域下交变的剪切应力是导致接触表面以下初始裂纹的产生和扩展的主要原因,与线弹性接触力学理论相一致。分析结果还说明Mises应力可以综合反映各应力分量对损伤的影响。从塑性应变的角度,各个方向的塑性应变都会在很大程度上影响到初始裂纹的产生和扩展。另外,损伤最大值并不发生于接触表面,而是发生在接触区域硬化层以下一定深度的地方,这与实际情况及线弹性接触力学理论相符合。该分析结果还可为硬化层深度的确定和表面处理工艺提供一定的依据。

关键词：偏航轴承四点接触球轴承接触载荷分布接触疲劳损伤

基于CBLRE模型的轴向柱塞泵空化状态检测研究

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机电工程 2022年第5期39卷 634-640页

作者：李志杰兰媛黄家海牛蔺楷袁科研范佳祺武兵太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室山西太原030024

空化现象的产生严重制约了轴向柱塞泵向高速高压方向发展,需要对柱塞泵的空化状态检测与智能故障诊断展开研究,因此,结合深度学习网络与非线性分类器的优点,提出了一种基于CBLRE(CNN+BiLSTM+RELM)模型的柱塞泵空化状态识别方法(检测模型... 详细信息

空化现象的产生严重制约了轴向柱塞泵向高速高压方向发展,需要对柱塞泵的空化状态检测与智能故障诊断展开研究,因此,结合深度学习网络与非线性分类器的优点,提出了一种基于CBLRE(CNN+BiLSTM+RELM)模型的柱塞泵空化状态识别方法(检测模型)。首先,对不同空化状态下柱塞泵的一维原始振动信号进行了数据增强,并对其进行了标准化处理;然后,利用卷积神经网络(CNN)自动提取信号的特征,并对其进行了特征降维处理;利用双向长短期记忆(Bi-LSTM)网络学习特征序列的时间依赖性,利用正则化极限学习机(RELM)的非线性分类器对特征进行了分类,实现了对柱塞泵的空化状态检测与智能故障诊断;最后,为测试CBLRE模型的性能,搭建了实验平台,在此之上将CBLRE模型与其他模型进行了对比,分析了该模型在不同工况下的性能表现。研究结果表明:该模型的结构稳定、训练时间短,且在不同负载下均可保持良好的泛化性能,空化状态识别率均达到99%以上,该结果验证了柱塞泵空化状态识别方法的有效性;此外,该模型还可有效识别空化现象与柱塞泵的其他故障。

关键词：容积泵轴向柱塞泵空化现象卷积神经网络双向长短期记忆网络正则化极限学习机深度学习网络非线性分类器

基于DEM弛张筛面与颗粒群双向耦合的动态特性

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煤炭学报 2019年第6期44卷 1930-1940页

作者：张新武兵牛蔺楷熊晓燕董致新太原理工大学机械与运载工程学院山西太原030024 太原理工大学新型传感器与智能控制教育部重点实验室山西太原030024

颗粒和弛张筛筛面的双向耦合可以为筛机的系统动力学分析提供更加可靠的参考依据,但利用离散元软件EDEM和动力学仿真软件RecurDyn在进行联合仿真时,EDEM不支持柔性体的计算。为了模拟弛张筛面和物料的动态特性,提出了线性分段插值的方... 详细信息

颗粒和弛张筛筛面的双向耦合可以为筛机的系统动力学分析提供更加可靠的参考依据,但利用离散元软件EDEM和动力学仿真软件RecurDyn在进行联合仿真时,EDEM不支持柔性体的计算。为了模拟弛张筛面和物料的动态特性,提出了线性分段插值的方法对筛板进行近似柔性化处理。首先计算了近似柔性筛面中点在静止状态和内死点时的挠度和筛孔收缩率,并和悬链线柔性筛面的相对误差进行比较,证明了近似柔性化方法的可行性。然后基于所建立的近似刚柔耦合模型,研究了偏心块质量,筛面倾角和入料粒度组成对筛分效率、生产率和颗粒速度等筛分性能指标的影响。结果表明:筛分效率,生产率和颗粒速度等筛分性能指标与偏心块质量,筛面倾角和入料粒度组成等参量之间均为非线性关系。筛分效率随着偏心块质量、筛面倾角和入料粒度含量的减小而增加;生产率随着偏心块质量的增加而减小,而生产率与筛面倾角、入料粒度含量之间的关系却相反,但难筛颗粒含量为25%时生产率最低,此外,为了考虑筛分效率和生产率同时达到最优,偏心块质量应取为0.5m0;颗粒运动速度随着偏心块质量和筛面倾角的增加呈递增趋势,但受入料粒度组成的影响较小。研究为进一步揭示潮湿细粒煤的运动规律和弛张筛筛面的动力学分析提供了思路。

关键词：弛张筛筛分效率近似柔性化动态特性双向耦合

内齿圈裂纹扩展对复合两级行星轮系均载特性的影响研究

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振动与冲击 2021年第12期40卷 275-282,296页

作者：李国彦沈奇牛蔺楷马亮董德浩太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室太原030024 电子科技大学机械与电气工程学院成都611731 上海航天设备制造总厂上海201100

行星轮系的均载特性对齿轮箱的运行性能及服役寿命有重要的影响。为揭示裂纹扩展对系统均载特性的影响,构建了计入齿根裂纹损伤的复合行星轮系动力学模型,考虑了时变啮合刚度、时变支撑刚度、啮合相位、阻尼、裂纹等非线性因素。建立裂... 详细信息

行星轮系的均载特性对齿轮箱的运行性能及服役寿命有重要的影响。为揭示裂纹扩展对系统均载特性的影响,构建了计入齿根裂纹损伤的复合行星轮系动力学模型,考虑了时变啮合刚度、时变支撑刚度、啮合相位、阻尼、裂纹等非线性因素。建立裂纹齿圈时变啮合刚度模型,研究不同裂纹程度与时变啮合刚度之间的量化关系,将损伤以内部激励的形式引入到动力学模型中;推导滚动体与滚道之间的非线性弹性接触力,得到各构件的时变支撑刚度;进一步,获取不同裂纹扩展程度下各啮合副啮合振动信号,综合采用时间历程、频谱、相轨迹及Poincaré映射图分析裂纹扩展对系统非线性振动特性的影响;计算各啮合副均载系数,分析裂纹扩展对系统均载特性的影响规律。

关键词：复合行星轮系故障模型裂纹均载特性

模块化随堂仿真实验在机械电子工程专业电子类课程教学中的应用

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时代汽车 2023年第9期 59-61页

作者：商琴琴牛蔺楷兰媛刘辉太原理工大学山西省太原市030024

机械电子工程专业旨在培养能在生产一线从事机电产品设计制造、控制开发、应用研究和生产管理等工作的应用型高级专门人才。相比较于形象具体的机械类课程,电子类课程(特别是模拟电子技术)理论知识更加抽象,知识体系更加繁杂,实验学时... 详细信息

机械电子工程专业旨在培养能在生产一线从事机电产品设计制造、控制开发、应用研究和生产管理等工作的应用型高级专门人才。相比较于形象具体的机械类课程,电子类课程(特别是模拟电子技术)理论知识更加抽象,知识体系更加繁杂,实验学时安排有限,并且目前机电专业本科生电子类课程尚缺乏机械和电子融合元素,使学生难以形成机电一体化的系统思维。因此,有必要提出新的课堂教学方法和手段,变抽象理论为具体实践,增强机电融合元素,以利于机电类专业的学生更好地掌握电子理论知识,形成机电系统性分析思维。

关键词：模块化仿真机械电子工程课程教学