复振型的物理意义——以两自由度陀螺系统为例

在传统振动力学教学中,复振型主要用于振动方程解耦的数学操作,对其物理意义阐述不清楚。本文从简单的旋转框架下两自由度线性系统入手,阐述了模态振动中复振型表征各振子位移与速度组合的比例关系,而非实振型所表征的位移比例关系。本文明确了复振型振动的非同时性及伴随性,引导振动力学的初学者深刻理解复振型的直观物理意义。

基于木质异型材的两自由度工作台研究

设计了一种两自由度可旋转工作台,用于辅助普通三轴数控机床对木质异型材进行复杂曲面加工。该工作台可通过两台电机控制工作台同时或分别进行X轴和Y轴方向上的旋转,左侧电机驱动蜗轮蜗杆传动实现工作台X轴向旋转,右侧电机驱动齿轮副传动实现工作台Y轴向旋转,通过互相配合实现多平面、多角度加工。通过对工作台关键支撑结构进行静力学分析与模态分析,确定工作台整体支撑结构合理性,为两自由度工作台结构设计提供参考。

两自由度对称刚性约束系统周期振动的分岔特性及转迁规律

刚性约束广泛存在于机械结构中,其动态特性是影响设备运行精度和服役寿命的关键因素,从全局动力学角度研究刚性约束振动系统是提高其动态性能和进行结构优化的主要途径。文章以两自由度对称刚性约束系统为动力学模型,激励频率ω为控制变量进行数值仿真,获得系统全局动力学分岔图、相图、吸引子分布图、时间历程图,研究系统多种周期运动模式及经叉式分岔、擦切分岔、倍周期分岔和边界激变分岔转迁过程中多种吸引子共存的规律。研究表明:系统在中高频参数域经叉式分岔诱导,稳定的对称周期运动转迁为不同初值取值时的反对称周期运动,反对称吸引子通过吸引子恢复分岔转迁为对称混沌吸引子,对称混沌吸引子经边界激变分岔转迁为稳定的对称周期运动;在低频参数域为稳定的对称周期运动和对称混沌吸引子形式,并在极低频区域存在粘滞运动模式;同时,由于初值和激励频率ω的计算方向不同,导致系统在一定的参数域内呈现多周期共存现象。

高弹EPE泡沫两自由度连续冲击包装动力学响应研究

目的基于产品在包装运输过程中经常遭受多次跌落冲击,探究两自由度高弹EPE泡沫包装在连续冲击载荷下的动力学响应。方法以密度为34kg/m3的EPE泡沫为研究对象,建立高弹泡沫本构方程,并通过ABAQUS构建两自由度高弹泡沫包装系统有限元模型,并进行有限元模拟。利用ABAQUS中的Hyperform模型和Mullins效应来模拟高弹泡沫产品在连续冲击载荷下的加速度响应。结果通过对比试验和仿真结果可知,两自由度高弹EPE泡沫包装系统在连续冲击下,其产品加速度变化趋势明显,且泡沫的软化效应会降低其缓冲性能。结论在两自由度包装系统中,冲击对底层产品的影响持续时间较长,并且冲击作用会导致泡沫出现软化现象。在泡沫压实阶段,应力会急剧上升。

两自由度赫兹接触弹跳碰撞振动系统数值研究

本文建立研究了一种两自由度赫兹接触弹跳碰撞振动系统模型,对其进行受力分析,列出方程并无量纲处理。选定参数使用Runge-Kutta法,对方程进行了数值积分,绘制了弹跳碰撞系统在一定的振动频率区间的分岔图、相图、庞加莱截面图,分析了其运动特征及分岔特性。同时研究了系统中弹跳间隙和接触刚度分配系数以及接触阻尼分配系数对系统运动特性的影响,发现为使系统运动稳定,弹跳间隙在合理范围内应取相对较大的值,接触刚度分配系数应取较小值,接触阻尼分配系数取较大值为宜。

基于动态轧制力的冷轧机两自由度垂直振动特性

考虑冷轧机轧辊在垂直方向上振动位移动态变化的影响,建立了一种动态轧制力模型,在此基础上考虑轧机机械结构振动的影响,推导出含有动态轧制力的轧机辊系两自由度非线性垂直振动方程,采用多尺度法求解该系统的主共振及内共振幅频特性方程。对轧机实际参数进行仿真,分析了轧机中非线性刚度、阻尼、外扰力等参数变化时的轧机主共振幅频特性以及内共振幅频特性,并研究了轧机工作辊与支承辊的动态分岔特性,发现随着外扰力的变化,轧机辊系均会出现周期、倍周期、混沌运动等一系列复杂的运动状态,并得到了各轧辊出现不同运动状态的条件,为研究抑制轧机振动问题提供了有效的理论参考。

两自由度直驱电机的研究现状及发展

两自由度直驱电机具有直接驱动的特点,即不需要中间传动机构即直接驱动负载作直线、旋转或螺旋运动,大大减小设备体积,显著提高效率。两自由度直驱电机在需要复杂运动的动力系统如数控机床、机器人、雕刻机、汽车生产线、搅拌机、球形阀等设备中,具有非常广阔的应用前景,受到学术界和工业界的广泛关注。目前典型的两自由度直驱电机大都属于感应电机、永磁电机或磁阻电机类型。设计理论采用"场化路"的解析法或有限元法,建立数学模型以及求解电磁场方程分析。本文通过参考国内外最新文献,分析了两自由度直驱电机的设计理论、控制方法和应用技术等方面的研究现状及发展概况,针对现有两自由度电机技术,提出一种新型的两自由度直驱感应电机(2-DOF DAIM)拓扑结构,阐述其工作原理及优点,讨论了未来两自由度直驱电机的发展方向。

两自由度往复式滚筒筛茶叶筛分模拟研究

为研究两自由度往复式滚筒筛的运动和结构参数对茶叶筛分效率的影响规律，以涌溪火青茶为对象，基于离散元法运用 EDEM 软件在两自由度往复式滚筒筛中进行茶叶颗粒筛分模拟。研究了滚筒在往复式回转运动时滚筒倾角、往复角和往复频率对筛分过程的影响规律，得出滚筒筛的理想参数取值范围为：倾角为4-8°，往复频率为2-2.5 Hz，往复角为60-75°。进一步对滚筒施加 X 向振动激励，采用正交试验的方法研究激振频率、振幅、往复角、对筛分过程的影响。仿真结果表明，激振频率和往复角对筛分效率影响显著；两自由度筛分模式下，滚筒筛的理想参数为：激振频率为8 Hz，振幅为8 mm，往复角为70°。

串列双圆柱绕流下游圆柱两自由度涡致振动研究

数值研究了串列双圆柱绕流下游圆柱两自由度涡致振动问题,研究发现:(1)双自由度的圆柱振幅峰值及出现振峰的频率比都比单自由度的大;(2)尾流圆柱中的升力远大于均匀来流的,而阻力却相反;(3)下游圆柱的位移响应对于频率比的变化没有均匀来流中的“敏感”;(4)尾流中,在频率比1.16和0.87之间,出现了明显的“拍”现象,即圆柱的振幅响应包含不同的频率,而在均匀来流中,并无明显的“拍”现象.采用ALE方法,计算网格采用H-O非交错网格系统,结合分块耦合方法. N-S方程的对流项和扩散项分别采用三阶迎风紧致格式和四阶中心紧致格式离散.圆柱振动采用弹簧柱体阻尼器模型,柱体的振动方程采用龙格-库塔法求解.通过模拟柱体和流体之间的非线性耦合作用,成功地捕捉到了“拍”和“相位开关”等现象.

两自由度碰撞振动系统分叉参数的确定

本文分别研究了含多参数的四维映射系统的周期倍化分叉和 Hopf分叉的参数临界值的代数判据。其理论结果可以应用于确定含多参数的两自由度碰撞振动系统的周期倍化分叉和 Hopf分叉的分叉参数临界值。应用于一类含多参数的两自由度碰撞振动系统的 Poincar 映射分叉参数临界值的分析 ,获得该碰撞振动系统的周期倍化分叉和 Hopf分叉条件 ,并用数值方法模拟了理论分析结果。

两自由度塑性碰撞振动系统的动力学研究

用三维映射表示具有单侧刚性约束的两自由度振动系统在塑性碰撞时的动力学方程．借 助理论分析与数值方法研究了系统周期ｎ－１振动的存在性与稳定性，描述了系统周期ｎ－１ 振动的特点，讨论了碰撞振子与约束擦边引起的Ｐｏｉｎｃａｒｅ映射奇异性对系统全局分岔的影响．

一种两自由度并联机床平台机构及其运动学分析

提出了一种新型的两杆两自由度并联机床机构 ,介绍了其机构的组成 ,推导了运动学正反解计算公式 ,并给出了雅可比矩阵及其工作空间的分析。为两自由度的平面加工设备提供了设计和控制的理论依据。

两自由度直驱感应电机优化设计及特性分析

针对两自由度驱动技术多采用两个或者多个旋转电机以及中间传动装置的复杂性,提出一种两自由度直驱感应电机新结构,可以实现直线、旋转及螺旋运动。采用解析算法,初步确定电机的主要参数;采用有限元参数化建模方法对实心转子导电材料、导电层放置位置以及导电层厚度等进行优化。仿真结果表明,转子采用钢铜复合次级材料,钢层外置铜层内置时,电机运行特性最佳。分析了旋转运动部分和直线运动部分堵转(堵动)及突加负载情况的电机特性,分析结果表明该电机性能达到设计要求。

研究两自由度强非线性振动系统的规范形方法

传统的规范形理论常用于研究弱非线性振动问题,对于非线性项不再是小量的强非线性振动系统则并不适用。为进一步拓展这一理论的适用范围,基于研究单自由度强非线振动问题的待定瞬时固有频率法,提出了可用来求解两自由度强非线性振动系统的改进规范形方法。首先引入了复数形式的一阶方程并且利用新的未知瞬态基频替换系统原有的固有频率,再依照规范形理论计算了一类两自由度强非线性Du ffing-V an der Po l振子的5阶传统规范形。最后求解平均方程获得了此类系统的瞬时频率、振幅以及相应的稳态渐近解。通过对比算例中本文方法、原有规范形理论及数值仿真的结果,证明了改进的规范形理论对于多自由度强非线性振动问题的适用性。

基于两自由度被动阻尼器的减振铣刀设计

鉴于航空结构件中大长径比铣刀的刚性较差,严重制约了机床切削效率和加工精度的提高,建立了两自由度被动阻尼器的动力学模型,基于H∞优化准则对阻尼器的阻尼比和频率比进行优化,并分析其对减振性能的影响。提出一种内置两自由度阻尼器长悬伸铣刀结构,在模态和谐响应分析的基础上,设计加工出减振铣刀。模态测试和激振实验结果表明,相比无阻尼空心铣刀,减振铣刀的等效刚度提高了2.5倍,阻尼比提高了46.5%,刀尖频响函数的幅值降低了74%。切削实验表明减振铣刀能显著提高零件加工表面质量。

两自由度机械手臂的交叉耦合模糊逻辑控制

针对两自由度机械手臂难以建立数学模型的问题,提出了一种交叉耦合的两级控制系统.利用MATLAB Simulink对建立的交叉耦合模糊逻辑控制器的性能进行了模拟仿真,并与传统的PID控制器、基于遗传算法优化的PID控制器进行对比分析.结果表明:搭建的交叉耦合模糊逻辑控制器对立臂转角和悬臂转角阶跃响应的稳定时间分别为0. 05和0. 12 s,该控制器具有较高的控制精度和收敛速度,在控制稳定性、响应速度和超调量等方面的性能均明显优于其他算法,对两自由度机械手系统具有优异的控制性能.

船用两自由度运动平台控制策略研究

一种船用并联平台,具有三个支撑点,液压伺服驱动双缸运动,可以完成横摇和纵摇两个运动自由度.介绍了基于铰点坐标的单通道控制与基于自由度的控制策略,建立了Matlab/simulink仿真模型,对自由度控制效果进行了验证,仿真结果表明基于自由度的控制策略可以保证平台运动过程中两套驱动系统协调运动,有效减少侧倾自由度的耦合输出.

旋转-直线型两自由度超声波电机建模与设计

多自由度超声波电机具有机械集成度高、控制精度高和无电磁干扰等独特优势,在微型机器人、光学设备和精密装配等领域有着广阔的应用前景。为了提升旋转-直线型两自由度超声波电机的性能和效率,提出了基于复损耗系数的定子数学模型及结构优化方案:在约定的边界条件下,以电机定子的两自由度输出性能为优化目标,以定子的结构参数为变量展开优化设计,并引入相对敏感系数来筛选核心优化参数。在综合比较各参数的影响后,制作多组样机进行比对测试,结果显示数学模型和实验数据的变化趋势基本一致,优化后的电机性能得到大幅提升。

平面两自由度七杆机构位置分析的符号解

应用数学机械化方法和计算机符号处理技术，对平面两自由度七杆机构位置分析问题进行了符号求解，该法通过对变量的排序、多项式分组、约化、构成基列、求余等运算，将一组非线性多项式方程化简为一个同价的三角化方程组，导出了单变量的８次代数方程，得到了封闭形式的解析解，并给出一个数字实例来说明这种方法。

两自由度多环混合驱动机构的可动性分析

以一种两自由度多环混合驱动机构的可动性分析为例 ,给出了一种同样适于其它多自由度多环混合驱动机构可动性分析的方法 ,即首先由机构的速度输入与输出矩阵 ,推出机构产生奇异位形的条件 ,再结合该机构的可动性要求和单环多杆机构的可动性的充要条件 ,对整个机构每个环路的可动性进行分析 ,最后综合分析得出混合驱动机构的可动性条件。