考虑保持架间隙碰撞的球轴承-机构系统动力学分析

基于套圈滚道圆环的几何结构方程,建立了钢球和套圈的三维动态接触关系.考虑钢球和保持架的间隙碰撞作用,建立球轴承-曲柄滑块机构系统多体接触动力学模型.运用广义-α方法计算分析了不同转速、径向游隙和保持架兜孔半径间隙下球轴承-机构系统的运动精度和动力学特性,获得球轴承-机构系统的动态误差、套圈中心的相对运动轨迹、保持架中心的运动轨迹和动态作用力等动力学响应.计算结果表明:随着转速和球轴承径向游隙的增加,约束反力、系统动态误差、套圈中心的相对运动轨迹、保持架与套圈中心的相对运动轨迹、球轴承内部的作用力、钢球与保持架的间隙碰撞力均增加.随着保持架兜孔半径间隙的增加,保持架与套圈中心的相对运动轨迹、钢球与保持架的间隙碰撞力和钢球打滑均增加.      

关节间隙对矢量喷管调节机构动态特性影响的数值仿真与验证

为研究飞机在不同飞行工况下关节间隙对矢量喷管运动调节机构动态特性的影响,采用第1类拉格朗日方程与混合接 触力模型和LuGre摩擦模型相结合的方法,构建了考虑关节间隙和摩擦系数等特征的矢量喷管运动调节机构单叶动力学理论模 型,进而构建了整体调节机构的运动学分析模型。结果表明：由于关节间隙的存在,在矢量喷管运动调节机构运动状态突然改变 时,初始碰撞阶段调节片的位移几乎不受间隙碰撞的影响,但速度与加速度会产生剧烈且短暂的振动,振动大小受关节间隙影响 较大,而间隙对平稳运动时的调节片运动精度几乎不产生影响;整机矢量喷管运动调节机构做收扩运动时,各关节产生的碰撞力 几乎相同,做上下偏转运动时,C关节处产生的碰撞力最大,A关节处的受力次之,B和D关节处的受力最小。     

随机参数齿轮-转子系统的扭转振动分析

建立了考虑物理参数和几何参数均为随机变量的齿轮-转子扭转振动系统在随机荷载激励下的动力学方程.利用Newmark-β逐步积分法将此随机参数时变刚度系统的动力学方程转换为拟静力学控制方程.利用求解随机变量函数数字特征的矩法,导出了系统动态位移反应的均值和方差计算公式.通过算例得出了:系统的时变刚度对系统响应有冲击作用,系统的物理参数、几何参数和外荷载幅值的随机性对系统动力响应的影响不可忽略,其中几何参数的随机性对系统位移响应的随机性影响较大.     

改进Delta并联机构运动可靠性分析

 运动精度是评价机构质量的重要考核指标。以往并联机构运动精度分析中,往往不考虑输入误差的随机性,造成评价结果不准确。首先应用齐次坐标变换,推导了改进Delta并联机构的位置反解公式。基于位置反解和一阶泰勒展开,建立了包含机构尺寸误差、转动副间隙误差和驱动误差的机构位置误差计算模型。利用该误差模型,考虑各个原始输入误差的随机性,推导了机构运动可靠性数学模型,给出了评价机构运动可靠性高低的量度和计算方法。运动可靠性是机构运动精度高低的更本质的衡量指标。运动可靠性分析是机构优化设计和误差补偿的基础。     

含旋转铰间隙平面运动机构可靠性灵敏度分析

基于时变运动机构可靠性灵敏度分析方法,考虑机构杆件旋转铰间隙对运动精度的影响,发展出一种计算含旋转铰间隙平面运动机构全局灵敏度指标的分析方法。该方法首先基于该种运动机构的误差函数构建其包络函数,进而解析推导其可靠性计算公式,在此基础上结合时变运动机构全局灵敏度分析方法,求得含旋转铰间隙平面运动机构各全局灵敏度指标的计算公式。最后,将本文所提方法应用到两个具体机构算例,所得结果数据与蒙特卡罗法计算结果相比吻合度高,具有较高的精确度;同时,计算成本也大大降低。     

VSV调节机构阻滞力和调节精度的归因分析

基于ANCF方法和摩擦力的NURBS表达算法，构建了考虑装配间隙、尺寸公差、关键件柔性、热影响以及接触摩擦等因素的复杂VSV调节机构的刚柔耦合动力学模型，并依据部件空间分布关系和参数化表述开发了VSV调节机构的快速自动化建模流程，大大提升了建模效率。分别对VSV调节机构的单级模拟气动实验及热态联调实验状态进行了对比仿真，结果表明，所构建的VSV调节机构模型在阻滞力仿真方面具有较高的可信度，且气动力引起的摩擦力矩是造成机构阻滞力、角度调节迟滞和调节精度下降的主要原因，气动力矩对机构阻滞力和角度迟滞影响不明显，关键件柔性对阻滞力影响较小，但却是调节精度降低的内在因素。     

基于神经网络的飞机襟翼机构磨损失效判据确定方法

飞机襟翼使用过程中存在失效判据不易确定的问题,目前襟翼机构滑轨滑轮磨损间隙许用量主要是通过试验及使用统计数据分析确定。针对新研机构缺乏试验及使用数据的问题,通过对影响磨损间隙最大许用量的因素分析,提出应用神经网络学习确定襟翼滑轨滑轮间隙最大许用量的预测方法。算例验证表明,运用神经网络方法预测得到的滑轨滑轮架的间隙最大许...     

折叠翼弹簧锁紧机构动力学仿真分析

基于刚柔耦合动力学理论,对折叠翼弹簧锁紧机构展开到位瞬时的碰撞问题进行分析,采用LS-DYNA建立折叠翼的刚柔耦合动力学模型,在各构件之间建立运动副和接触关系,对折叠翼展开到位时的局部接触碰撞动力学过程进行数值模拟。本文的建模方法更准确地计算了折叠翼展开到位的动力学响应,给出了折叠翼展开到位的碰撞特性,得到碰撞过程中折叠翼的应力分布。从而为折叠翼机构的设计提供指导。     

电磁轴承支承的柔性转子在轴承失效后坠落过程中的瞬态响应

研究了主动电磁轴承支承的单盘柔性转子系统在磁轴承失效后转子坠落在带有固定间隙的滚动型备用轴承上的瞬态响应,分析了备用轴承的各种参数对瞬态响应的影响。结果发现系统出现了以自由落体-碰撞弹起-自由落体为特征的在间隙圆底部的摆动运动、以碰撞弹起-加速落体-碰撞弹起为特征的在整个间隙圆范围的碰撞型回转运动以及轴颈与备用轴承始终接触在一起的摩擦型回转运动等3种运动形式。碰撞型回转运动实际上是由碰撞过程中部分周向的摩碰引起,而摩擦型回转运动是由轴颈与备用轴承之间的全周干摩擦所致。碰撞型回转运动和反向摩擦型回转运动对备用轴承的影响最为严重。     

故障物理分析与机械可靠性(二)--故障物理分析基本内容

介绍了机械产品故障分析的基本知识和概念： 材料老化和表面层变化是引起机械产品损坏的两个主要故障机理;引起表面层变化的原因有表面层分子与原子状态、工艺过程及使用过程等因素;老化是一个复杂的物理与化学过程,其损伤模式有疲劳、变形、腐蚀、粘附及表面磨损等。材料损伤分深度和表面两类,且有定量估计与输出参数两种估计方法;老化是一个多阶段过程,且呈随机性;表面层特征参数包括几何、应力、表面层结构和吸附膜结构等参数     

A novel imprecise stochastic process model for time-variant or dynamic uncertainty quantification

This paper proposes a novel model named as “imprecise stochastic process model” to handle the dynamic uncertainty with insufficient sample information in real-world problems. In the imprecise stochastic process model, the imprecise probabilistic model rather than a precise probability distribution function is employed to characterize the uncertainty at each time point for a time-variant parameter, which provides an effective tool for problems with limited experimental samples. The linear correlation between variables at different time points for imprecise stochastic processes is described by defining the auto-correlation coefficient function and the cross-correlation coefficient function. For the convenience of analysis, this paper gives the definition of the P-box-based imprecise stochastic process and categorizes it into two classes: parameterized and non-parameterized P-box-based imprecise stochastic processes. Besides, a time-variant reliability analysis approach is developed based on the P-box-based imprecise stochastic process model, through which the interval of dynamic reliability for a structure under uncertain dynamic excitations or time-variant factors can be obtained. Finally, the effectiveness of the proposed method is verified by investigating three numerical examples.     

基于疲劳寿命的民用飞机舱门止动块允许间隙

止动块是民用飞机舱门重要的结构零件,它通过面-面接触将舱门受到的增压载荷传递至机身门框,止动块结构的可靠性对飞行安全至关重要。对于面-面接触问题,接触间隙影响载荷分配,同时零件寿命对载荷变化非常敏感,已有研究中缺少间隙对止动块载荷以及疲劳寿命的影响。以某型飞机的舱门止动块为研究对象,建立舱门-门框的精细网格有限元模型,模型中使用线性间隙法模拟止动块间隙以及超单元法优化计算时长;提出止动块间隙的数学描述方法,采用蒙特卡洛模拟分析间隙对止动块载荷的影响;利用细节疲劳额定值(detail fatigue rating,简称DFR)法分析疲劳寿命随止动块间隙的变化规律,给出目标寿命下允许间隙的设计方法,可以为舱门止动块间隙设计提供参考。     

Parameter optimization for torsion spring of deployable solar array system with multiple clearance joints considering rigid–flexible coupling dynamics

In this paper, four novel evaluation indices and corresponding hierarchical optimization strategies are proposed for a deployable solar array system considering panel flexibility and joint clearance. The deployable solar array model consists of a rigid main-body, two panels and four key mechanisms, containing torsion spring mechanism, closed cable loop mechanism, latch mechanism and attitude adjustment mechanism. Rigid and flexible components are established by Nodal Coordinate Formulation and A...     

基于非线性阻尼的航空发动机高压转子拉杆结构装配检测方法

 为了提高航空发动机高压转子拉杆结构的装配质量,提出了基于非线性阻尼的装配检测方法。该方法运用组合阻尼模型描述拉杆结构的非线性接触特性,并通过能量方程推导出基于Hilbert-Huang变换(HHT)方法的非线性阻尼的识别公式。在拉杆结构正常装配、单个螺栓松动和2个不相邻螺栓松动的3种情况下,采用非线性阻尼识别法进行实验,将3种情况得到的实验结果进行对比,发现基于组合阻尼模型得到的非线性阻尼与装配情况具有强烈的相关性,从而验证了基于非线性阻尼的装配检测方法的有效性。     

航空公司机队设备可靠性非线性动态评估模型

 机队设备可靠性是实现航空公司"安全、正点和经济"目标的核心内容,对其进行评估是实现机队设备系统综合技术保障的重要手段。根据航空公司机队设备可靠性统计、数据采集和监控方式的关键技术与重要环节,应用物理-事理-人理 (WSR)思想和Delphi法,建立了机械原因使用困难报告(SDR)和非计划停场率等航空公司机队设备可靠性的5大指标体系。基于灰色聚类方法和反步(BP)神经网络的优缺点,结合机队设备可靠性的随机性和波动性,设计了航空公司机队设备可靠性非线性动力学评估模型。航空公司机队设备可靠性评估实例的分析表明:该可靠性非线性动态评估模型是可行的,能够实现动态和静态的评估。     

基于遗传算法优化的人工神经网络下高速滚动轴承的疲劳可靠性

考虑到高速滚动轴承中热弹流润滑效应的影响,提出一种人工智能方法进行航空轴承疲劳可靠性分析。通过带交叉项的二次多项式近似拟合温度场效应,并将热应力映射到滚动轴承赫兹接触区内,完成热弹流润滑效应下航空轴承接触应力分析模型的建立,同时考虑热弹流润滑效应、材料属性以及疲劳强度修正系数的随机性,运用人工神经网络法完成热弹流润滑效应下航空滚动轴承疲劳可靠性分析。采用遗传算法完成最小可靠性指标寻优和惩罚函数最佳设计点。基于改进的一次二阶矩法完成可靠性灵敏度分析。数值算例表明,所建立的可靠性分析模型能正确反映热弹流润滑效应对航空轴承接触疲劳的影响。与传统的Monte Carlo法相比,两种计算结果的失效概率之差为2.0×10-4,相对误差为23.8%,而所提方法耗时只有蒙特卡洛方法的0.15%,具有良好的全局搜索能力和高效的计算性能。      

考虑铰链间隙的投放机构动力学特性分析

为了分析铰链间隙对机构运动特性的影响,针对一种投放机构,通过对模型进行分析,将其简化为一个四连杆机构,建立投放机构的非线性弹簧阻尼模型,同时采用库仑摩擦描述机构间隙处的摩擦作用,并将建立好的模型导入到Adams仿真分析软件中,进行动力学特性分析。仿真分析结果表明：利用Adams软件可以有效地建立含铰链间隙的投放机构动力学模型,分析间隙对机构在开启过程的影响,仿真结果能够预测铰链间隙对机构运动特性的影响,为机构的设计和优化提供依据,并有利于在工程方面的应用。     

齿轮-转子-滚动轴承传动系统的弯扭耦合振动

考虑齿轮啮合及扭转作用,建立齿轮-转子-滚动轴承传动系统的弯扭耦合非线性动力学模型.考虑输入/输出端、齿轮轴的弯曲/扭转振动等问题,推导了不平衡齿轮-转子-滚动轴承弯扭耦合的动力学微分方程.在考虑齿轮偏心和滚动轴承非线性接触特性的情况下,分析了转速、偏心量以及轴承游隙等参数对系统振动响应的影响规律.研究发现:由于弯扭耦合的作用,在主动轴中有着非常明显的从动轴转频成分.而在扭转振动中则各轴转频和啮合频率表现得更为清晰;滚动轴承有其自身的谐振频率,在系统设计阶段需要注意避开滚动轴承的变刚度频率对系统的影响;随着齿轮偏心量的变化对系统的时域和频域响应也有着很大的影响.另外,轴承游隙对系统的振动响应也有着较大影响,应选择合适的轴承游隙,以减小系统各处的振动幅值.     

不确定性载荷作用下的零件时变可靠性模型

分析现有时变可靠性建模方法的特点,建立不确定性载荷作用下的零件时变可靠性模型,给出基于载荷和强度分布的零件可靠度和失效率计算表达式。研究载荷作用的特点,建立不确定性载荷作用过程的二维描述法。在此基础上,分别得到强度不退化和退化时的零件时变可靠性表达式。研究表明,即使强度不退化,零件的可靠度和失效率也会随时间逐渐降低;强度退化时,可靠度随时间降低较为明显,失效率具有“浴盆”曲线的特征。在载荷和强度分布已知的情况下,可直接运用本文模型计算零件在任意时刻的可靠度和失效率。当给定许用失效率时,运用本文模型可以更客观地划分零件的早期失效期、偶然失效期和耗损失效期,进而确定零件筛选试验时间、可靠寿命等指标,对零件进行全寿命周期管理。     

陀螺角接触球轴承摩擦力矩波动性分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了陀螺角接触球轴承的动力学微分方程组与摩擦力矩数学模型,采用预估-校正的GSTIFF(gear stiff)变步长积分算法求解其动力学微分方程组,研究了轴承轴向预紧力以及保持架结构参数对轴承摩擦力矩幅值及波动性的影响,并进行了相关试验验证。结果表明:过大和过小的轴向预紧力均会增加轴承摩擦力矩的幅值与波动性;过大的保持架兜孔间隙和过小的保持架引导间隙都将引起轴承总摩擦力矩的幅值及波动性的增加,进而影响陀螺电动机输出功率的稳定性;保持架运行越稳定,轴承总摩擦力矩的幅值和波动性越小。