共振与非共振组合振动系统自同步理论研究

摘要

在工程中，常常需要两台或多台电机同时协同工作来完成既定的任务，实现机械所要求的同步特性，达到生产所要求的工艺效果。因此，对自同步理论的研究是很有必要的。利用机电耦合理论，进一步研究振动同步系统的动力学耦合特征，为此类机械系统的设计提供理论依据，具有重要的意义。在振动机械领域，近共振振动机械一个显著的优点是所需的激振力小，而非共振振动机械有着构造简单，隔振性能良好的优势。目前，对在同一振动机中实现共振和非共振组合振动的研究很少。本文结合这两种振动机械的优点，提出了一种新型的共振与非共振组合振动系统，该振动系统实现的是空间振动，即在水平面做近似于圆的非共振振动，而在垂直方向做近共振直线振动。并且通过调整偏心转子的旋转平面和水平面的夹角可以改变振动系统在y和z方向上的振幅，以适应实际工程中不同的工艺要求。本文通过动力学耦合分析与计算机仿真相结合，研究了单质体和双质体共振与非共振组合振动系统的动力学耦合特征及自同步问题，主要完成了以下几个方面的工作:
　　(1)利用拉格朗日方程建立了单质体和双质体共振与非共振组合振动系统的运动微分方程，并利用传递函数法求出了耦合方程的解析解。
　　(2)研究了单质体共振与非共振组合振动系统的自同步理论。以两偏心转子的平均角速度和相位差的瞬时波动系数为变量，通过动力学分析，导出了自同步振动系统的频率俘获的方程，给出了系统实现频率俘获的条件，根据Routh-Hurwitz准则得出了单质体组合振动系统同步运转的稳定性条件。
　　(3)研究了双质体共振与非共振组合振动系统的自同步理论。采用一种改进的小参数法平均法，即通过引入两个偏心转子的角速度的波动系数，并把这两个波动系数看成小参数，把振动系统的同步问题转化为频率俘获方程解的存在和两偏心转子的速度扰动广义系统的稳定性问题。利用广义系统的无源性得出了双质体组合振动系统同步的稳定性条件。
　　(4)对振动系统的耦合动力学特性进行分析，包括电机的负载转矩耦合特性分析和两激振器的转动惯量耦合特性分析，揭示了振动系统实现自同步的内在因素。
　　(5)对单质体和双质体组合振动系统进行了计算机仿真，即通过VC++编写程序得到所需数据，并用数据分析及绘图软件Origin7.0对得到的数据进行曲线分析，证明了上述理论分析结果的正确性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的和意义

1．2 机械系统同步研究的发展及现状

1．3 振动同步国内外研究的发展及现状

1．4 本文研究的主要内容

第2章 单质体共振与非共振组合振动系统自同步理论

2．1 系统运动微分方程的建立

2．2 单质体组合振动系统的频率俘获

2．2．1 推导系统频率俘获方程

2．2．2 系统实现频率俘获的条件

2．2．3 系统同步运行的稳定性

2．3 两激振器的动力学耦合特性分析

2．3．1 两电机的负载转矩的耦合特性分析

2．3．2 两激振器的转动惯量的耦合特性分析

2．4 本章小节

第3章 双质体共振与非共振组合振动系统自同步理论

3．1 系统运动微分方程的建立

3．2 求解系统运动微分方程

3．3 双质体组合振动系统的频率俘获

3．3．1 推导系统频率俘获方程

3．3．2 系统实现频率俘获的条件

3．3．3 系统同步运行的稳定性

3．4 本章小结

第4章 计算机仿真与分析

4．1 单质体组合振动系统仿真与分析

4．1．1 系统参数选择

4．1．2 仿真结果与分析

4．2 双质体组合振动系统仿真与分析

4．2．1 系统参数选择

4．2．2 仿真结果与分析

4．3 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢