断齿是行星齿轮箱常见的一种故障形式。当行星齿轮箱发生断齿故障时,传感器采集到的振动信号由于传递路径的影响会变得复杂,给故障诊断带来困难。为了研究行星齿轮箱发生断齿故障时传递路径对频谱结构的影响,在Adams仿真平台中分别建立行星齿轮箱无故障、太阳轮断齿故障、行星轮断齿故障及齿圈断齿故障的刚柔耦合模型并进行仿真,提取分析了系统不同状态下箱体的振动仿真信号。结果表明,在时域波形中,路径的变化会对箱体固定位置测量点处的振动信号产生明显的调幅作用;在频谱图中,啮合频率的两侧也会产生由不同频率组合的边带成分。该研究可为后续行星齿轮箱的故障诊断提供依据和参考。

基于振动的分析方法在行星齿轮箱齿根裂纹故障诊断中得到了广泛的应用。与传统的横向振动信号相比,扭转振动信号理论上不受时变传递路径的调制影响;其频率成分简单,易于提取故障特征。对动力学模型中提取的扭转振动信号进行分析,实现了齿根裂纹故障诊断。建立了健康行星齿轮箱的刚柔耦合模型并进行了验证;基于健康行星齿轮箱的模型,建立了3种构件的裂纹故障模型,提取了故障行星齿轮箱的动态响应信号;通过分析横向振动信号和扭转振动信号来诊断齿根裂纹故障。结果表明,采用扭转振动信号诊断行星齿轮箱轮齿裂纹故障是可行的,其相比传统的横向振动信号更具优越性。

针对某型坦克行星变速箱的K3行星排,为了研究故障齿轮对行星传动系统的动态特性影响,运用SolidWorks、Adams及ANSYS软件,建立其刚柔耦合动力学模型并进行联合仿真分析,验证了刚柔耦合模型相对于纯刚体模型在时域、频域上的振动响应;通过分析危险节点应力变化曲线,得到应力极大值时刻等效应力分布云图;阐明了轮齿剥落故障产生原因并模拟故障运行,与正常状态下的接触力、加速度仿真信号对比分析,得到了轮齿剥落故障的时域、频域响应特征。仿真结果可为行星变速箱的故障机理、故障诊断技术研究提供基础依据与理论支撑。

针对机械臂的设计要求,设计了一种由两个铰链四杆机构组成的双自由度机械臂,利用ADAMS建立机械臂的刚性体模型,仿真得到不同时刻的运动参数曲线;利用ANSYS建立指定部件的柔性体模型,得到不同阶数的模态频率和模态振型值;利用ADAMS和ANSYS进行联合仿真后,得到机械臂的刚柔耦合模型,仿真结果表明:柔性体模型在z方向发生了微小位移变化,x、y方向位移波动范围增加了10 mm。利用Altium Designer软件绘制控制电路图并进行了实物制作,实验结果表明该机械臂具有广泛的适用性。

为研究经编机梳栉横移系统机械结构对横移误差的影响,基于赫兹接触理论计算了滚珠丝杠副的轴向刚度、双列角接触球轴承的轴向刚度和径向刚度、直线轴承和滚珠导套的径向刚度,同时考虑导纱梳栉、球铰和异形连接件的柔性,通过ANSYS和ADAMS软件进行刚柔耦合分析,获得了系统的横移误差。分别研究了导纱梳栉的质量和刚度对加固架驱动和重心驱动2种横移系统横移误差的影响。结果表明：横移误差主要由梳栉和异形连接件在偏转力矩下的弯曲变形以及梳栉和球铰在轴向推力下的压缩变形产生,减小梳栉的质量和增加梳栉的刚度均能减小系统的横移误差;重心驱动方式克服了梳栉在横移过程中产生的偏转力矩,从而减小了对梳栉刚度的要求。

针对微耕机作业时振动剧烈、操控舒适性差等缺陷开展研究。以南方丘陵地区常用的某型自走式微耕机为对象,依据结构分析及非作业状态下微耕机振动测试结果,结合多体动力学方法,考虑保险杠、发动机托架和扶手架(手柄)为空间柔性体,建立了基于约束的微耕机刚柔耦合动力学模型,并进行了整机系统动力学仿真。同时,开展了微耕机作业工况下振动特性的土槽测试试验。对比分析结果表明仿真所得到的该型微耕机典型转速工况下手柄处的振动特性曲线与试验曲线吻合,加速度有效值误差小于5.4%,频谱成分接近,这说明所建立的微耕机刚柔耦合动力学模型是有效的,运用多体系统刚柔耦合动力学建模理论与有限元相结合的方法研究微耕机整机振动特性是可行的。研究结论对于微耕机振动特性研究有一定的参考价值。

基于Adams软件建立了剥皮机主轴传动系统的多刚体动力学模型,利用ANSYS对剥皮机主轴传动系统的关键部件进行柔性化处理,构建主轴传动系统刚柔耦合模型。通过仿真的主轴传动系统各级齿轮的转速以及对齿轮接触力参数的设置,模拟主轴传动系统的齿轮啮合过程,验证了齿轮的传动比,确定了加速度波动主要按激振频率波动,同时,主动齿轮-传动齿轮和传动齿轮-主轴齿轮的切向力和径向力仿真值分别为3 649.21 N、1 580.15 N和3 598.64 N、1 415.13 N,与理论值具有较好的吻合度,并通过齿轮啮合频率验证仿真的可靠性。最后,提取了仿真过程中3个柔性零件等效应力最大的10个节点,结果均低于齿轮材料的许用应力,从而在实际应用方面可为高性能剥皮机主轴传动系统的设计与制造提供理论参考依据。

综合考虑变速器的输入转速波动、结构特点及齿轮啮合特性等因素,同时计入变速器壳体的柔性特征,合理设置边界条件,建立变速器齿轮敲击刚柔耦合仿真分析模型。以空套齿轮角速度为目标,通过台架试验检验了所建模型的有效性。依据敲击产生机理提出基于主、从动齿轮转速波动矢量和变化的敲击客观评价指标。基于校验后的仿真分析模型,在敲击工况下对常用的Jerk指标和提出的敲击客观评价指标进行计算分析,并与主观评价结果进行了对比。结果表明,提出的基于主、从动齿轮转速波动矢量和变化的敲击客观评价指标与主观评价结果具有良好的一致性。为敲击噪声客观评价提供了方法参考。

以柔性体理论为基础,使用多体动力学仿真软件A D A M S和有限元分析软件A N SY S建立了3-PU S并联机构的刚柔耦合模型,对3-PU S并联机构的刚柔耦合模型和多刚体模型进行了仿真和分析。结果表明,在仿真运动开始的瞬间,刚柔耦合模型中动平台的速度、位移和铰接处的应力均有一定频率的波动现象,反映了该并联机构实际的动态特性,为并联机构的进一步的设计、优化和校核提供了依据。

为了研究凸轮与滚子之间的间隙以及输入输出轴的柔性对圆柱分度凸轮机构的动态性能影响,提出了一种对含间隙圆柱分度凸轮机构的刚柔耦合动力学分析方法。运用ANSYS软件对柔性输入输出轴进行模态分析,并导入到ADAMS动力学分析软件中,利用ADAMS软件提供的双向碰撞函数,建立了含间隙和柔性轴的圆柱分度凸轮机构刚柔耦合虚拟样机模型,实现了圆柱分度凸轮机构的动力学仿真与分析。结果表明：柔性轴会引起分度转盘的转速波动,间隙的存在和输入轴转速的提高会使分度转盘的瞬时角加速度和滚子与凸轮间的接触力成倍增加,为高速高精度圆柱分度凸轮机构的设计与制造提供了理论依据。