转子耦合摆系统的同步行为理论研究

转子耦合摆系统广泛应用于航空动力装置、矿业筛分机械和并联机器人等高速旋转设备.但是对转子耦合摆系统同步行为(稳定相位差值)研究甚少,系统同步行为通常影响系统的工作执行精度.基于这一特殊背景,提出了转子与摆耦合系统的简化物理模型.利用庞加莱法研究转子耦合摆系统的同步问题,进一步揭示了该类系统同步现象的本质机理.首先运用拉格朗日方程建立了转子同向和反向旋转的系统动力方程,随后将系统动力方程转换为无量纲方程.然后利用拉普拉斯法对无量纲方程解耦,计算出了系统各个自由度的近似稳态响应解.继而采用庞加莱法导出了系统实现同步的平衡方程和稳定准则.只有系统的物理参数同时满足系统同步平衡方程和稳定准则时,系统才能实现稳定的同步行为.通过理论研究发现,系统的同步行为主要受弹簧刚度、摆杆安装倾角和转子旋转方向的影响.同时系统同步"临界点"会造成相位差角无解,导致系统动态特性表现为混沌.最后,使用计算机模拟验证了理论计算的正确性,两者的结果相符.     

倍频激励双转子振动同步机理与实验研究

振动筛作为第一级钻井液净化设备, 其筛分性能直接决定后续固控系统的生产效率. 针对在筛分工程中由相同驱动频率激励的振动系统所表现出的单一振动特性难以与筛面上的物料粒度相匹配, 从而引发筛孔堵塞的问题, 本文提出了倍频激励双转子自同步振动系统. 首先根据数学模型运用广义Lagrange公式建立多自由度振动系统的运动微分方程, 并引入复变函数求解箱体的稳态幅值响应; 其次探明了振动系统实现倍频同步的前提条件和稳定性评估标准; 然后通过数值计算定量地讨论转子间的倍频动力学特征与系统结构参数之间的关系, 并结合Runge?Kutta算法建立振动系统的多自由度机电耦合动力学仿真模型, 详细讨论转子与箱体间的倍频同步机理; 最后设计实验样机, 针对系统在不同工况下的动态特性和同步运动状态展开实验测试, 进一步验证理论研究和计算机模拟的正确性. 研究表明, 系统的倍频同步能力指数随安装距离的不断增加而接近于零值附近, 此时高频转子与低频转子获得稳定同步振动的可能性越来越高; 电机同步状态几乎不受弹簧刚度的影响, 但稳态相位差值在单周期内会随激振器安装倾角和距离的变化而逐渐减小并趋于在一个恒定值. 研究成果不仅对石油工业新型振动筛系统的研制具有重要的参考价值, 也将促进其他同步振动机械的发展.