【摘 要】
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本文结合激振器同步和摆同步理论,提出激振器驱动摆类机械系统耦合特性与振动同步问题。由于在此类机械系统中存在多种耦合,如激振器与激振器之间的耦合,激振器与摆之间的耦合,摆与摆之间的耦合,这些耦合具有复杂性及多变性等特性,因此,其理论研究意义重大。此外,应用该原理可设计多类新型振动颚式破碎机,其较常规颚式破碎机相比,振动颚式破碎机具有破碎比大及可破碎超硬质原材料等优点。针对上述理论研究及实际需求,本文
【基金项目】
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国家自然科学基金面上(51675090),项目名称:振动同步传动的理论及应用研究,起止年月:2017年1月-2020年12月; 教育部中央高校基本业务费(N170304013);
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本文结合激振器同步和摆同步理论,提出激振器驱动摆类机械系统耦合特性与振动同步问题。由于在此类机械系统中存在多种耦合,如激振器与激振器之间的耦合,激振器与摆之间的耦合,摆与摆之间的耦合,这些耦合具有复杂性及多变性等特性,因此,其理论研究意义重大。此外,应用该原理可设计多类新型振动颚式破碎机,其较常规颚式破碎机相比,振动颚式破碎机具有破碎比大及可破碎超硬质原材料等优点。针对上述理论研究及实际需求,本文提出并研究了三类激振器驱动摆类机械系统的耦合特性与同步原理,并特殊考虑该类系统的关键参数,如激振器质量、摆锤的质量、摆锤长度等,对振动机械系统的耦合动力学特性及其稳定性的影响,以此实现系统的结构参数优化匹配,为新型振动颚式破碎机的设计提供理论参考。具体研究内容如下:(1)以平面运动单机驱动单摆类机械系统动力学模型为研究对象,研究该类振动系统的耦合动力学特性。首先通过拉格朗日方程建立系统运动微分方程,得出主机体实现直线运动的理论条件,推导出系统漂移量、谐波振幅和基本振动振幅等特性关系式。再根据理论推导,在数值上进行定性分析,得到参数配置和振动系统运动特性之间的关系。最后将四阶龙格库塔算法直接应用到系统运动微分方程,进行仿真研究。通过理论、数值及仿真的对比分析,验证了所得研究结果的正确性和所用研究方法的有效性。该研究可为新型振动设备的设计提供参考,同时也为后续多机驱动多摆类机械系统耦合特性及同步问题奠定理论基础。(2)以平面运动双机驱动双摆类机械系统动力学模型为研究对象,详细分析和研究其同步实现的机理与耦合特性。根据动力学模型,推导出系统运动微分方程,进而得到系统响应。应用平均法推导出系统实现同步的理论判据,再通过引入扰动参数得到系统同步状态的稳定性判据。在数值定性分析方面,得到主要参数配置对激振器间相位差、摆的摆角幅值与相对幅值、机体振幅、系统的同步性及稳定性的影响。最后,基于仿真结果与理论数值结果的对比分析,验证了前述理论推导和研究结果的正确性。结果表明,摆的几何参数与质量参数直接影响双激振器及双摆系统的稳定状态,为实现该类同步原理在工程上的有效应用,应选择合适的参数配置来确定激振器间相位差和摆锤间的相对摆幅。(3)以空间运动双机驱动单摆类机械系统动力学模型为研究对象,详细分析空间系统的耦合同步机理。在该系统中,两个激振器安装在一个摆锤上,激振器的旋转平面与摆锤运动平面空间交叉,其研究目的是为新型振动颚式破碎机的开发设计提供一套系统参数优化匹配的规则。首先,建立系统数学模型,理论上推导出系统响应、同步性判据和稳定性判据。通过数值分析,得到主要参数配置对振动系统运动学及动力学特性的影响。最后根据仿真结果与数值分析结果的对比分析,验证前述理论方法及所得结果的有效性。结果表明,系统的关键参数配置,对系统动力学特性影响大,应根据实际工程需求选择合适的参数配置。
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