双机及四机驱动振动系统的同步理论研究

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为了满足振动机械的不同工程应用需求,通常需要两台或者多台电机同时驱动,并实现它们之间的同步运动。在多数情况下,应用振动同步原理工作的机械设备,其结构会得到大大简化。因此,振动同步理论在工程应用中具有很大的价值。而对于利用振动同步的机械设备来说,工作在不同的振动条件下(亚共振和超共振),会呈现不同的同步状态以及不同的运动形式。目前,很多学者对二机和多机驱动的振动系统在超共振及超远共振下的同步状态进行了深入研究,然而,对于机械设备在亚共振状态下的同步状态研究较少。本文以此为出发点,选取三组动力学模型对其在亚共振及超共振状态下的同步状态进行研究,具有一定的理论研究价值,并且丰富了振动同步理论体系。本文以“双机及四机驱动振动系统的同步理论研究”为课题,基于三组动力学模型,单质体双机驱动动力学模型、单质体四机驱动(两两反向)动力学模型、双质体四机驱动(两两反向)动力学模型为研究对象,分别在不同的共振类型下对其振动同步理论进行研究,具体工作内容如下:(1)绪论部分概述了振动同步理论在国内外的研究现状以及本文的研究背景及意义,并为本文的深入论述建立一定的理论基础。(2)以单质体双机驱动动力学模型为研究对象,在理论上,基于平均法推导出两激振器实现振动同步的同步性条件;基于哈密顿原理得到系统同步状态下的稳定性判据。在数值上,得到了系统动力学相关特性曲线,从而界定出同步稳定区域。在仿真上,得出了系统在亚共振及超共振区域的系统运动状态及其响应,验证了理论数值分析结果的正确性。在亚共振区,系统相位差稳定在0,两激振器的振动能量在该区域正向叠加,因此,针对该类模型可将系统的工作点选择在亚共振区以达到相对节能;而在超共振区,系统的稳定相位差稳定在π附近,系统的振动能量在该区域相互抵消。(3)以单质体四机驱动(两两反向)动力学模型为研究对象,基于平均法系统研究其振动同步的实现机理。理论上得出系统的同步性判据及其同步状态下的稳定性判据。基于数值法得到振动系统在不同共振类型下的稳定相位差以及同步性能力系数与系统关键参数的状态变化关系曲线等。由仿真与理论数值结果的对比进一步验证了所用理论方法的有效性及结果的正确性。在亚共振区,系统的稳定相位差稳定在0附件,四激振器振动能量实现正向叠加,系统具有相对较大的振动幅值。而在超共振区,系统的相位差稳定在π,振动能量相互抵消,系统呈不振状态。(4)以双质体四机驱动(两两反向)动力学模型为研究对象,基于平均法和哈密顿原理,推导出系统实现同步的两个判据,即同步性判据和同步性状态的稳定性判据。数值上讨论了系统的三类相位关系、两质体相对运动的幅频特性曲线、同步性能力及稳定性能力等。通过仿真,验证了理论数值分析结果的正确性。通过研究可知:在相对于系统低频的亚共振区及相对于系统高频的超共振区,均出现了非线性系统的多样性现象,因此不能将两个区域作为系统的工作点区间;在相对于系统高频的亚共振区,得到了系统稳定的相位差,即四激振器稳定在0附近,并且在该区域内四激振器的振动能量也呈正向叠加状态,因此可将该区域定为系统的工作区域。并且该模型可为新型、长距离、大产量的振动输送设备的研制提供了理论指导,具有一定的工程应用价值。通过以上研究,分析了三组典型动力学模型在不同共振类型下的同步特性及耦合动力学特性,具有一定的理论研究价值,并对合理界定振动系统的结构参数范围提供了理论基础。
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