多机驱动振动同步系统精细化建模及动力学仿真研究

发布时间：2017-07-17 02:14

  本文关键词：多机驱动振动同步系统精细化建模及动力学仿真研究

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【摘要】：目前,各类自同步振动机已经在工业生产中广泛应用,如自同步输送机、自同步给料机等。对此类振动同步系统,国内外学者已进行了广泛深入的研究,取得大量的研究成果,解决了双机驱动自同步振动机械的设计问题。然而,由于解析分析的需要,系统动力学模型建立过程都忽略了偏心转子与机体运动耦合项对机体运动的影响,造成多机驱动振动系统的动力学特征分析结果不够精确,阻碍了振动同步理论应用的发展,如多年来国内外学者一直致力于建立多机驱动振动机械设计理论的研究,开发新型振动机械,提高系统驱动功率,但至今没有实现此目标。本文正是针对这个问题提出的,主要研究多机驱动振动同步系统动力学模型中被忽略项对整体系统动力学行为的影响,并进行了动力学仿真对比分析,完成了以下研究工作。(1)通过多体动力学的坐标变换理论,推导出振动系统中各偏心转子、机体质心坐标及支撑弹簧变形量表达式,求得系统的动能函数、势能函数及逸散函数,利用拉格朗日方程导出了多机驱动振动系统的完整运动微分方程,建立了多机驱动振动系统的精细化动力学模型。(2)利用四阶Runge-Kutta法和MATLAB语言,开发出针对多机驱动振动同步系统的精细化模型和简化模型的动力学仿真软件。通过对两类系统模型的数值仿真对比分析,研究了反向回转双机驱动与同向回转双机驱动振动系统、反向回转三机驱动和同向回转三机驱动振动系统的启动瞬态到稳态过程中各电机转速、各偏心转子之问相位和机体的各方向的振动响应的时变特性,结果表明：1)采用不同电机驱动的反向回转双机驱动与同向回转双机驱动振动系统的简化模型动力学仿真结果较精细化模型仿真结果的同步转速略有差异,同步相位差存在2-6。的偏差。2)系统精细化模型中各转子的转速与各方向速度的耦合项被省略,直接导致了两模型相位差偏差的产生。3)采用相同电机驱动的反向回转三机驱动与同向回转三机驱动振动系统的简化模型动力学仿真结果较精细化模型仿真结果差异不大。(3)利用小参数平均法,推导出多机驱动振动系统的精细化模型下的自同步判据参数,包括实现同步条件参数和稳定性判据参数。通过精细化模型和简化模型条件下导出的各判据参数计算结果对比分析,研究了模型简化对反向回转双机驱动与同向回转双机驱动振动系统、反向回转三机驱动和同向回转三机驱动振动系统设计实现的同步条件判据、稳定性判据和系统响应的影响,结果表明：1)两电机间参数相差越小,因忽略耦合项所带来的系统同步相位差偏差越小,两电机参数相同,则偏差不存在。2)振动系统的简化模型与精细化模型相比较,两类模型的同步条件有所不同,但相同系统参数下系统简化模型下系统可以达到同步是系统精细化模型下系统可以达到同步的充分条件。3)振动系统的简化模型与精细化模型相比较,判定系统稳定性的3个指标均存在差异,同系统参数下的系统稳定性判定结果会产生偏差。
【关键词】：振动系统 自同步 稳定性 动力学仿真
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH113
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题研究的意义12-13
• 1.2 机械系统同步研究的发展现状13-14
• 1.3 振动同步的国内外研究的发展现状14-15
• 1.4 多机驱动振动机械的优点与面临的挑战15-16
• 1.5 本文研究的主要内容16-18
• 第2章 多机驱动振动同步系统的精细化建模18-30
• 2.1 双机驱动系统运动微分方程的建立18-23
• 2.2 三机驱动系统运动微分方程的建立23-28
• 2.3 多机驱动系统运动微分方程的建立28-29
• 2.4 本章结论29-30
• 第3章 多机驱动振动同步系统动力学仿真对比30-50
• 3.1 动力学仿真算法30-36
• 3.2 双机驱动振动同步系统仿真对比分析36-44
• 3.2.1 同向回转双机驱动振动系统仿真对比分析36-41
• 3.2.2 反向回转双机驱动振动系统仿真对比分析41-44
• 3.3 三机驱动振动同步系统仿真对比分析44-47
• 3.3.1 同向回转三机驱动振动系统仿真对比分析44-46
• 3.3.2 反向回转三机驱动振动系统仿真对比分析46-47
• 3.4 本章结论47-50
• 第4章 耦合项简化对仿真结果的影响分析50-80
• 4.1 耦合项简化对同向回转双机驱动振动系统的影响分析50-63
• 4.1.1 系统的无量纲耦合方程50-55
• 4.1.2 耦合项简化对同步相位差的影响分析55-59
• 4.1.3 耦合项简化对系统同步条件的影响分析59-60
• 4.1.4 耦合项简化对系统稳定性的影响分析60-63
• 4.2 耦合项简化对反向回转双机驱动振动系统的影响分析63-73
• 4.2.1 系统的无量纲耦合方程63-65
• 4.2.2 耦合项简化对同步相位差的影响分析65-69
• 4.2.3 耦合项简化对系统同步条件的影响分析69-70
• 4.2.4 耦合项简化对系统稳定性的影响分析70-73
• 4.3 耦合项简化对三机驱动振动系统的影响分析73-78
• 4.3.1 系统的无量纲耦合方程73-76
• 4.3.2 耦合项简化对同步相位差的影响分析76-78
• 4.4 本章结论78-80
• 第5章 结论与展望80-82
• 5.1 结论80-81
• 5.2 展望81-82
• 参考文献82-86
• 致谢86

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本文编号：551563