5自由度角接触球轴承的静态特性分析

基于Demul(Author's abbreviation)理论和弹性赫兹接触理论,考虑滚珠与滚道之间的弹性接触以及滚珠与外载荷对轴承内圈的作用力,建立5自由度角接触球轴承的静态分析模型。首先利用该模型求解结果与已知文献结果相对比,验证本文模型的准确性、稳定性和通用性。接着研究外载荷(轴向力、径向力和力矩)对轴承静态接触角和接触力的影响。最后研究轴承外载荷对轴承静态刚度(径向刚度、轴向刚度和角刚度)的影响。结果表明,轴向力和径向力对角接触球轴承静态特性产生重要影响,但是力矩对轴承静态特性影响较小。

柔性轴-盘转子系统的等频线及其振动特性研究

主要研究柔性轴-盘转子系统频率突变问题,探究系统参数与频率突变的关联规律。首先以数学方法推导柔性轴-盘转子系统的动力学模型,采用有限元法和假设模态法对系统进行离散化,导出微分方程组,并验证了所建立动力学模型的正确性。为研究固有频率的突变现象,对无量纲参数(转轴半径r_(i)、转盘外半径r_(D)、转盘厚度h_(D)和转盘位置l_(D))进行参数化分析,发现了柔性轴-盘转子系统的固有频率的等频线现象。在等频线上,零转速条件下的系统固有频率对参数r_(D)或l_(D)的变化不敏感,基本保持不变。用坎贝尔图和模态图进一步揭示在等频线上的r_(D)和l_(D)的参数变化对柔性轴-盘转子系统振动特性影响的差异。

一种对空气中复合材料层合椭圆壳声振分析的统一预测方法

提出了一种半解析法对空气中的复合材料层合椭圆壳进行振动声分析。采用变分法和分段技术建立动力学模型。采用基尔霍夫-亥姆霍兹积分公式计算了外部流场的声辐射。用傅立叶级数和切比雪夫正交多项式组合展开了包含位移和声压的变量。引入配置点构造声积分方程代数系统,这些点分布在切比雪夫多项式的根上,并用组合亥姆霍兹积分消除系统的非唯一解。给出了复合材料层合椭圆壳声辐射问题的数值算例,并给出了周向模态对复合材料层合椭圆壳声学结果的影响。研究了几何参数和材料参数对复合材料层合椭圆壳声辐射的影响。

变截面功能梯度旋转轴的自由振动特性

基于微分求积有限元(DQFEM)和铁木辛柯梁理论研究轴向变截面功能梯度旋转轴自由振动特性。首先利用上述理论和方法建立理论分析模型;然后将基于该模型所得的计算结果与已有文献和有限元软件ANSYS进行对比验证,结果表明该模型具有准确性、稳定性和通用性;最后采用上述模型分别研究变截面锥度系数和梯度系数对转轴固有频率和临界转速的影响,结果表明变截面锥度系数和梯度系数均会对转轴的固有频率和临界转速产生不同程度影响。同时发现转轴涡动频率(固有频率)会随转速增加发生分岔现象。

基于弹性圆柱壳的柔性齿轮副建模及动力学分析

基于弹性圆柱壳理论,建立柔性齿轮副等效简化模型。首先采用具有时变刚度的弹簧模拟齿轮交替啮合过程,其中时变啮合刚度通过解析模型得到;同时采用径向和切向支撑弹簧模拟轴和轴承的柔性。接着根据能量原理,推导柔性齿轮副系统的动能、应变能、啮合弹簧势能以及支撑弹簧势能。随后基于微分求积有限法(DQFEM)对能量表达式进行离散,分别使用拉格朗日方程和Newmark迭代来求解柔性齿轮副模型的模态和动态响应。通过收敛性分析,研究模型的数值稳定性,再与ANSYS的有限元模型进行模态特性的对比,验证模型的正确性。然后分析柔性齿轮副模型的固有频率随转速的变化规律,并给出齿轮啮合模型自然频率的坎贝尔图。最后,通过与基于齿轮体刚性假设的扭振模型进行对比,从时域和频域两方面阐述齿轮柔性对系统动力学特性带来的影响。

一般边界条件下任意三角形薄板弯曲振动分析

采用改进傅里叶级数法分析任意三角形薄板在多种边界条件下的弯曲振动特性。首先将三角域转换为单位正方形域,同时引入人工虚拟弹簧技术来模拟各种边界约束;为消除边界上的跳跃或不连续问题,使用一种改进傅里叶级数来表示薄板的容许位移函数;根据经典薄板理论建立薄板的能量方程,最后采用Rayleigh-Ritz法求解。通过将数值结果与有限元法的结果进行对比,表明该方法具有稳定性好、精度高、收敛速度快的特点。该方法可以很容易地得到任意三角形薄板在多种边界条件下的弯曲振动特性,包括固有频率和模态形状。

联合载荷下角接触球轴承的动态特性分析

高速轴承是我国国民经济和国防工业急需的关键零部件,基于非线性弹性赫兹接触理论以及琼斯哈里斯模型,在原有三自由度动力学模型的基础上,提出一个五自由度拟静力学分析模型,考虑离心力,陀螺力矩,接触角等因素的影响。从角接触球轴承(Angular contact ball bearing,ACBB)内部几何关系入手,根据勾股定理列出几何平衡方程,分别对滚珠和轴承内圈进行受力分析,列出受力平衡方程,采用牛顿拉夫逊方法结合迭代步长调节因子对平衡方程组进行求解。通过求解特定工况下的轴承刚度和轴承动态参数与已有文献的结果进行对比,验证本文方法的准确性,稳定性和通用性。根据已建立的动力学模型,分别开展轴承外载荷和转速对轴承动态特性的研究。结果表明,在联合载荷作用下,轴向和径向载荷对轴承动态参数和轴承刚度有重要影响,且两者在一定程度上相互制约。力矩对轴承的动态特性影响较小。

齿轮-转轴-轴承传动振动特性仿真与实验研究

以某齿轮-转轴-轴承传动系统为对象,考虑齿轮啮合效应、转轴柔性、齿轮和转轴的陀螺效应及支撑轴承,建立了传动系统的有限元节点法动力学模型.通过求解振动控制方程对应的特征值方程得到系统的临界转速,运用数值方法仿真得到齿轮副的动态传动误差和振动加速度等振动响应,基于测试平台对相关振动响应进行实验测量和分析,验证理论分析结果的正确性.结果表明:当齿轮副含较明显的轴频误差激励时,动态传动误差低频特性较为突出,频谱分量主要以轴频响应为主;同时,在啮合频率附近有微弱的高频响应被激励出来,而支撑轴承处的振动位移和振动加速度频谱分量主要以啮合频率及其低倍频为主.理论模型用于分析动态传动误差和振动加速度的共振临界转速时具有较高的有效性,共振波峰出现的转速区域的理论结果与实验结果较为一致.