行星轮系是重要的旋转机械部件,对其早期故障进行诊断是避免重大事故发生的重要手段。行星轮系早期故障诊断已经成为学者研究的焦点。分析了行星轮系早期故障信号的特点,梳理了行星轮系早期故障机理、信号获取方法、故障特征提取与识别的研究现状;归纳总结了早期故障诊断研究存在的主要问题,提出了开展基于动力学模型的早期复合故障机理研究、基于多传感器的早期故障信号获取方法研究、基于多域分析的早期故障特征指标研究、基于数值模型驱动的早期故障诊断研究等方面的建议;为进一步开展行星轮系早期故障诊断的研究提供依据。

由于齿轮的耦合作用,齿轮-转子-轴承系统中各个转子的振动是相互耦合、相互影响的,研究齿轮-转子-轴承系统动力学,必须基于系统的、整体的观念进行分析。因此,齿轮-转子-轴承耦合系统动力学建模和模型降阶一直是人们普遍关注的问题。基于齿廓啮合基本定理,给出了直齿轮、斜齿轮、直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮共4种齿轮的几何耦合模型(或称运动耦合模型);利用耦合模型矩阵,给出了含以上4种齿轮副的复杂齿轮转子-轴承系统纵-弯-扭耦合动力学研究的统一、方便、规范的建模方法。为复杂齿轮-转子-轴承耦合系统动力学分析研究提供了方便。

鉴于机械臂关节中谐波减速器存在迟滞效应,且当其承受交变负载力矩时滞后环节会对其输出精度产生较大影响;多自由度机械臂运动时各个关节所受的负载为非恒定值,分析机械臂末端运动精度时需要考虑关节中谐波减速器的滞后环节;提出了一种具有迟滞效应的刚度模型。结合Stribeck摩擦模型,建立了机械臂动力学模型,通过求解该模型,得到考虑谐波减速器扭转角滞后性的机械臂末端运动轨迹;建立运动精度指标,研究分析了谐波减速器的滞后角及扭转刚度对机械臂运动轨迹精度的影响。研究结果可为机械臂关节中谐波减速器的工程设计提供参考。

针对解算动力学方程时存在的约束违约问题,给出了一种将投影法与Udwadia-Kalaba方程相结合的方法。该方法将系统零阶、1阶广义变量的数值解向由约束方程定义的约束流形投影,进而获得数值解的偏移量,再将其转化为系统的约束力,并将其融入Udwadia-Kalaba方程,以达到抑制约束违约的目的。与仅考虑1阶约束方程的改进Udwadia-Kalaba方程相比,基于运动受限的工业机械臂的动力学模型仿真结果表明,该修正方法能有效提高系统广义变量及零阶、1阶约束误差的计算精度。

由于结构的特殊性,迟滞刚度和动态摩擦属于谐波齿轮传动的固有属性。传统模型将刚度考虑为定刚度或分段刚度模型,摩擦考虑为静态摩擦模型,这样的简化会导致谐波齿轮传动的动态分析精度下降。为了提高谐波齿轮传动的动态分析精度和传动性能,考虑非线性迟滞刚度和动态摩擦现象,提出了一种基于记忆特性迟滞刚度和LuGre动态摩擦的谐波齿轮传动动力学模型,建立了相应仿真模型,讨论了谐波齿轮参数对系统输出的影响。结果表明,“刚度迟滞现象”导致系统输出值减小,传动效率降低;传动刚度系数越大,系统越稳定;阻尼转矩系数越大,传动效率越低。

针对某款扫地机齿轮箱噪声过大的问题,在多体动力学软件RecurDyn中建立齿轮箱动力学模型,得到稳态工况下齿轮副的动态啮合力,分析了啮合力对箱体振动的影响;利用Ansys对箱体进行模态和动态响应分析,显示振动响应峰值主要集中在齿轮啮合频率的基频、倍频、2倍频处,激起了与齿轮副的共振噪声。为避开共振带,在不增加箱体空间的情况下提出优化齿轮几何参数和改进电动机装配处结构的方案,并对优化方案进行了噪声试验。结果表明,优化齿轮几何参数和对电动机装配处加筋的组合方案为最佳方案,整机噪声降低了约8.9 dB。研究对该类产品的优化设计和减振降噪具有一定的研究意义和参考价值。

针对径向载荷作用下滚动轴承表面局部缺陷引起的振动问题,为了更加准确地揭示振动响应的机理,将滚动体经过缺陷的接触过程进一步细化为多事件,建立了内圈表面存在局部缺陷的滚动轴承2自由度动力学模型。将滚动体从进入缺陷到离开缺陷的过程细化为进入事件、冲击事件、离开事件和载荷补偿事件,根据相应事件构造合适的激励力函数;考虑缺陷和轴承变刚度振动引起的时变位移对动力学响应特性的影响,基于赫兹接触理论,建立局部缺陷轴承的动力学模型。利用四阶变步长的龙格-库塔法对动力学方程进行求解,得到了振动响应信号;同时研究了缺陷尺寸和转速对轴承系统振动加速度幅值的影响规律。通过故障轴承实验,验证了模型的正确性和可靠性。

针对多级柔性伸缩臂滑动耦合动力学问题,根据ADAMS柔性体建模理论,建立了一种基于虚拟样机的多级柔性伸缩臂动力学模型。利用三维建模软件,依托改装的轻型伸缩臂式起重机建立实体模型,利用有限元分析软件对各级伸缩臂建立有限元模型,生成模态中性文件导入ADAMS中建立动力学仿真模型。为了实现仿真过程与实际工作状态一致,保证仿真结果反映实际工况,在伸缩臂间分别添加滑移副约束和接触力约束建立动力学仿真模型,通过比较两种不同约束方式所产生的动力学响应,并通过实验验证,分析得出多级伸缩臂臂间滑块与臂节之间接触碰撞会影响伸缩臂作业平稳性和安全性。研究结果为多级柔性伸缩臂动力学建模分析和设计制造提供了参考依据。

分析矿用自卸车举升液压系统工作过程，利用AMESim仿真平台建立自卸车举升液压系统的动力学模型，设置模型中的主要参数进行动力学仿真，并分析仿真结果。仿真结果表明：各级液压缸伸出时有明显的压力冲击，进油插装阀节流口直径越大，则进油插装阀的开启速度越大，压力冲击越小，反之亦然。

为降低汽车液压动力转向系统中系统转向泵的能量损失，提出一种含有浮动块的新型平衡式变量叶片泵．采用复平面矢量数学分析法研究平衡式变量叶片泵的动力学特性，建立了平衡式变量叶片泵变量机构的动力学模型，并用ADAMS软件对平衡式变量叶片泵变量机构进行动力学仿真．结果表明，浮动块体位移等变量能够较精确地反映变量机构运动规律，验证了该模型的有效性．