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中空型谐波柔轮力学性能仿真与实验研究

中空型谐波柔轮力学性能仿真与实验研究

作者：盛亚栋昆明理工大学

学位级别：硕士

谐波减速器具有高传动比、高传动精度、高承载能力、结构小巧及传动特殊性等特点,在机器人与航空航天等领域被广泛应用。由于谐波减速器是依靠柔轮周期性弹性变形传递运动与扭矩,柔轮长期承受周期性反复载荷作用,故柔轮是谐波减速器中... 详细信息

谐波减速器具有高传动比、高传动精度、高承载能力、结构小巧及传动特殊性等特点,在机器人与航空航天等领域被广泛应用。由于谐波减速器是依靠柔轮周期性弹性变形传递运动与扭矩,柔轮长期承受周期性反复载荷作用,故柔轮是谐波减速器中最易发生疲劳失效的构件,仅柔轮断裂就占谐波减速器总失效量的60%以上,已制约了谐波减速器的发展,因此,有必要对柔轮力学特性进行详细研究,以突破谐波传动结构设计关键技术。本文以中空型谐波减速器为研究对象,开展静动态力学性能数值模拟和实验测试研究,具体包括:根据谐波传动理论,推导了不同形式波发生器柔轮对应的变形闭合曲线方程,以及柔轮齿间载荷计算公式,柔轮齿间载荷与受载扭矩、轮齿模数、轮齿压力角呈正相关,与齿圈宽度、啮合区间角、中性面半径呈负相关;利用安全系数法校核所研究机型柔轮疲劳强度,同时进行结构失稳分析,研究对象的疲劳强度和稳定性均满足设计要求。运用SOLIDWORKS对谐波减速器进行三维仿真建模,利用ANSYS与Hyper Mesh联合仿真,模拟谐波减速器装配-空载-负载载荷工况,研究了考虑装配预应力与载荷作用下谐波减速器柔轮变形与应力分布特点;同时提取了柔轮各截面变形和应力数据,识别出了柔轮结构设计的薄弱环节。根据柔轮周向和径向的变形情况,发现柔轮变形存在空间性,表示为周向变形引起的空间偏转、径向变形引起的空间翘曲,并结合变形特点给出研究对象具体结构优化设计方案。在动态特性方面,研究了谐波减速器柔轮扭转刚度性能、动态性能以及抗疲劳寿命性能。根据设置正反加载仿真试验,计算柔轮扭转刚度值,验证了该机型的扭转刚度值符合高扭矩、低滞后的特征;通过自由计算模态分析,发现柔轮工作激励频率远低于固有频率,不存在共振情况,该机型具备良好动态性能;此外,利用Fe-safe软件,基于名义应力法预测了谐波减速器柔轮寿命,绘制了不同负载条件下柔轮疲劳寿命与安全系数的对应关系曲线,基于此曲线提出了柔轮推荐工作载荷区间。应用ARAMIS三维光学变形测量系统和LMS ***数据采集系统开展谐波减速器柔轮实验测试研究。测量柔轮在波发生器装配过程中的变形量,仿真结果与实验测试结果两者之间相对误差较小;对柔轮进行模态测试,所测各阶振型与仿真均能很好对应,柔轮仿真固有频率与实验测试结果最大相对误差为10.35%,验证了建模和仿真方法的准确性和精确度,具备一定工程应用价值。

关键词：中空型谐波减速器柔轮扭转刚度疲劳寿命实验模态

基于试验模态分析的大型钢结构折形吊桥的等效模型研究

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基于试验模态分析的大型钢结构折形吊桥的等效模型研究

作者：胡元伦合肥工业大学

学位级别：硕士

近年来,由于钢结构加工技术与施工技术以及预应力混凝土施工技术的飞速发展,大跨度钢管混凝土系杆拱桥和钢结构吊桥在国内得到了迅速发展。对于新建的桥梁,需要通过现场桥梁静、动载试验来评定其设计与施工质量,同时可确定工程的可靠度... 详细信息

近年来,由于钢结构加工技术与施工技术以及预应力混凝土施工技术的飞速发展,大跨度钢管混凝土系杆拱桥和钢结构吊桥在国内得到了迅速发展。对于新建的桥梁,需要通过现场桥梁静、动载试验来评定其设计与施工质量,同时可确定工程的可靠度,并检验和完善桥梁设计理论。而桥梁结构自振特性试验是桥梁试验核心内容之一。实验模态分析的目的是对已有的结构系统进行识别与评价,从中找出结构系统的动态特性及所存在的问题,为验证和修改结构动力学的分析模型提供试验依据。因此,对已有结构进行现场动力试验是非常有必要的。由于桥梁属于大型构筑物以及桥面板横截面构造的多样性和复杂性,采用实体单元建模除了难度较大之外,建模工作量和计算工作量都非常大,采用等效模型计算分析对于桥梁特性的快速计算和提高设计效率来说都有着很重要的参考意义。随着桥梁模型及相关分析软件的发展,桥梁板的等效模型分析会和实际情况越来越接近,这样等效模型的分析对桥梁建设的指导意义就会越来越重要。本文以蚌埠市博物馆中庭内部折形钢结构吊桥为研究对象,探讨对桥面板等效模型的分析。采用实体单元建模难度较大,建模工作量和计算工作量都非常大,采用等效模型计算对于桥梁特性的快速计算和提高设计效率来说都有着很重要的参考意义。考虑采用等效原理将桥面板等效为等厚的桥面板,等效桥面板的宽度保持与原结构一致。为了保证理论动力特性的一致,等效桥面板与原结构抗弯刚度、转动惯量、线密度应保持一致,通过理论分析得到等效截面各部分尺寸参数的计算公式。为此,借助大型有限元分析软件ANSYS建立仿真模型,划分单元,对原结构和等效结构进行静力和动力特性分析,通过对计算结果的对比确定等效分析的效果。结果表明：提出的等效模型能够反映原结构的实际状态,得出的各等效参数可反映出原结构的主要动力特性。

关键词：等效模型有限元分析模态分析动力分析实验模态

BTA深孔钻削系统粘滑振动分析及钻杆结构参数优化

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BTA深孔钻削系统粘滑振动分析及钻杆结构参数优化

作者：张晓飞中北大学

学位级别：硕士

以BTA深孔钻削系统为研究对象,加工进入中后期,工件在圆度误差和表面质量方面存在严重质量缺陷,表现为周期性多瓣形振纹;通过建立理论模型分析对比钻削系统有无粘滑振动现象时的振动特征;针对钻杆结构参数和支撑位置区间提出优化方案,... 详细信息

以BTA深孔钻削系统为研究对象,加工进入中后期,工件在圆度误差和表面质量方面存在严重质量缺陷,表现为周期性多瓣形振纹;通过建立理论模型分析对比钻削系统有无粘滑振动现象时的振动特征;针对钻杆结构参数和支撑位置区间提出优化方案,结合钻杆振动特性和实验数据说明优化前后抑振效果。文中总体对钻削系统的粘滑振动特征和抑制振动方法进行研究;具体可分以下几点:(1)从摩擦模型和自激振动理论切入分析钻削系统振动特征,并提出相关基本分析假设;在动力学分析基础上建立钻削系统简化质量扭转分析模型和细分单元扭转分析模型,包括微分方程模型和运动状态空间表示。(2)基于钻削系统扭转分析模型,结合系统中影响粘滑振动形成的主要因素,建立钻削系统运动微分方程并进行求解;将钻削系统的实际物理参数代入力学模型,观察粘滑振动响应特征,以及伴随出现的系统能量转移机制。(3)对比分析钻削系统向待加工工件方向进给至300mm和900mm深度时钻杆振动类型、钻头频域响应行为以及实验测试信号;且当钻削系统发生粘滑振动现象时,工件也同时出现周期性瓣形振纹。(4)借助加速度传感器及配套实验仪器开展对钻削系统的相关振动特性测试实验;并通过对比模拟模态结果,迭代印证加速度传感器测点位置;此状态中测试结果和模拟模型均经历多次校准,以保证实验结果和模拟结果的真实性。(5)保证最小排屑空间条件,分析当钻杆壁厚和钻杆内径结构参数变更后钻杆的当量刚度及工作稳定性,以此为基础对钻杆结构参数提出优化方案;通过离散化分析方法重点对钻杆在加工前后两种状态下的支撑位置优化区间进行求解;对比优化前后钻削系统固有模态数值及谐响应分析结果,结论说明使用优化支撑区间后可增加钻削系统鲁棒性与稳定性;同时,实验测得的振动信号也证实优化后的支撑区间可明显消减加工过程中钻杆的过度振动行为。

关键词： BTA钻削系统瓣形振纹粘滑振动实验模态结构参数优化

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基于模态扩展技术的天线阵面形变重构

电子机械工程 2020年第6期36卷 1-7,41页

作者：王林周金柱王梅王平安唐博西安电子科技大学电子装备结构设计教育部重点实验室陕西西安710071 中国电子科技集团公司第三十八研究所安徽合肥230088

文中通过扩展实验模态,利用模态法思想进行形变重构,使用局部对应(Local Correspondence,LC)原理进行重构数值仿真和实验验证。该方法首先通过实验模态测试获得有限个测点的位移模态振型数据,根据实物建立较为准确的有限元模型并提取其... 详细信息

文中通过扩展实验模态,利用模态法思想进行形变重构,使用局部对应(Local Correspondence,LC)原理进行重构数值仿真和实验验证。该方法首先通过实验模态测试获得有限个测点的位移模态振型数据,根据实物建立较为准确的有限元模型并提取其模态数据。然后利用LC原理选择最优的有限元位移模态振型簇对所测实验模态逐阶进行扩展。最后利用扩展后的实验模态进行重构。该方法与系统等效缩减展开过程(System Equivalent Reduction Expansion Process,SEREP)法、模态法的重构结果对比表明,该方法能够显著降低实验模态测试误差对重构精度的影响,并在有限元模型较为准确的情况下提升重构精度。

关键词：实验模态模态扩展形变重构

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基于模态耦合理论的盘式制动器尖叫噪声优化

科学技术创新 2019年第30期 14-15页

作者：吴骏飞苏州大学机电工程学院

本文主要通过对实际项目开发过程中某一制动器总成出现的难以解决的高频制动尖叫噪声问题展开调查和研究,基于模态耦合的理论,分析制动盘面内面外模态在不同工况下对尖叫噪声的影响,并提出优化的方案。

关键词：浮钳盘式制动器制动尖叫噪声模态耦合实验模态

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凸轮轴磨床砂轮架试验模态分析

新技术新工艺 2011年第4期 18-20页

作者：向俊韩秋实舒赞辉彭宝营北京信息科技大学机电工程学院北京100192

应用锤击法和基于变时基采样的SIMO法,对凸轮轴磨床砂轮架进行了试验模态分析,获得砂轮架的前3阶固有频率、振型及其相应的振型。在此基础上进行了砂轮架的结构动态分析,得到其结构动态特性,为机床的结构动态设计及其优化提供参考。

关键词：机床实验模态动态性能

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一种叉车手动制动杆的振动控制

四川兵工学报 2013年第6期34卷 91-93,110页

作者：王小涛李志远李方方宋健合肥工业大学机械与汽车工程学院合肥230009

叉车手制动杆是叉车等工业车辆中用来进行制动刹车的重要部件,其怠速下的振动严重影响了整车运行可靠性;针对某型十吨叉车怠速时手动制动杆振动较大状况,通过试验模态分析制动杆的固有频率以及振型,再运用有限元法对其进行计算模态分析... 详细信息

叉车手制动杆是叉车等工业车辆中用来进行制动刹车的重要部件,其怠速下的振动严重影响了整车运行可靠性;针对某型十吨叉车怠速时手动制动杆振动较大状况,通过试验模态分析制动杆的固有频率以及振型,再运用有限元法对其进行计算模态分析,并提出相应改进方案;模拟改进方案的计算结果使其固有频率从25.0 Hz降低到17.5 Hz,有效地避开了发动机气缸的爆发频率。

关键词：叉车手制动杆实验模态有限元分析共振