齿轮副的时变啮合刚度(Time-varying meshing stiffness,TVMS)是机械动力学分析中一个极为重要的参数,其准确程度直接影响着动力学分析结果的准确性。首先,从理论角度推导了剪切刚度的计算公式,并在案例分析中应用,将求得结果与有限元分析结果进行对比,结果显示相差较小;然后,建立了一种新的裂纹故障模型——轮齿双侧非对称裂纹模型;在基于精确全齿廓的能量法基础上,推导了轮齿双侧裂纹模型的时变啮合刚度计算公式,分析了裂纹形状参数对时变刚度的影响;最后,通过有限元法(Finite element method,FEM)进行了分析验证。结果表明,有限元法和能量法计算的结果基本一致。

针对直齿锥齿轮啮合刚度的计算问题,将其齿形转换成齿宽中点处的当量直齿圆柱齿形,再把当量齿轮的轮齿简化为齿根圆上的悬臂梁,通过能量法计算分析了单齿啮合刚度;基于位移容差的原理,进一步提出了齿轮时变啮合刚度计算模型;将其与有限元计算结果对比,并分析误差来源,完成了计算方法的验证。文中提出的计算方法不仅进一步丰富和发展了齿轮刚度的计算理论,对齿轮动力学的研究也具有重要意义。

基于能量法和Archard磨损模型,提出了一种考虑磨损的齿轮啮合刚度数值计算方法。根据展成法原理,建立了精确的齿廓曲线方程。利用能量法计算齿轮单齿啮合刚度,并通过分段1阶傅里叶级数拟合获得齿轮总啮合刚度。以Archard磨损模型为基础,计算得到齿面法向磨损量与啮合点处压力角的关系。计算分析了不同磨损量对齿轮啮合刚度的影响。结果表明,磨损量在齿根、齿顶处较大,在节点处的理论磨损量为0 mm,随着压力角的逐渐增加,磨损量先减小后增大;齿面非均匀磨损会降低齿轮啮合刚度,随着磨损量的逐渐增加,啮合刚度逐渐减小。该方法为考虑磨损的齿轮系统动力学建模提供了理论基础。

为探究齿轮变位对啮合刚度的影响,采用两种不同方法计算齿轮啮合刚度一是运用Pro/E二次开发对齿轮进行参数化建模,并将齿轮模型导入Abaqus软件进行有限元仿真计算,根据计算结果得出不同变位系数齿轮的时变啮合刚度曲线;二是基于能量法的解析法计算得出时变啮合刚度曲线。结果表明,在一定范围内,齿轮啮合的重合度随齿轮变位系数的增大而减小,齿轮的平均啮合刚度随齿轮变位系数的增大而减小。

讨论了工字形截面外伸梁在自由端受中力作用时的侧向屈曲问题，从理论上推导了其侧向屈曲的临界载荷，并同时用能量法给出了近似计算公式，认为外伸梁可以分解为简支梁和悬臂梁，当其一部分发生屈曲时，临界载荷为两者中较小者，当整个梁发生屈曲时，临界载荷的两者中较大者，本文的结果可供机械设备和工程结构设计者使用。

利用能量法解决冲击问题的受力，指出冲击产生的载荷状态取决于冲击物自身的几何形状及结构。

采用Rayleigh-Ritz法求解两端等弯矩、横向集中荷载和均布荷载作用下单轴对称开口薄壁截面梁柱弯扭屈曲临界荷载.分析中考虑了3种常见边界条件以及屈曲前变形的影响.将本文弯扭屈曲临界荷载理论值与试验值比较,吻合较好.

气动肌肉驱动器因能很好地解决机械臂柔顺性的问题,其在仿人机械臂上的应用已经成为了研究热点。但目前针对机械臂的建模多忽略驱动器质量,或考虑为集中分布情况,同时一般考虑关节铰为线弹性扭簧。这些假设不太符合气动肌肉驱动器的实际力学性能。因此通过D-H法建立了一种仿人机械臂结构的运动学模型,核算了其奇异位形。通过能量法建立了驱动器质量分散分布下的仿人机械臂的动力学模型;通过假设模态法进行离散化,得到标准特征式方程。基于Wolfram Mathematica 9进行编程,获得了该仿人机械臂在两个关键的奇异位形之间运动时,其固有频率随关节角度和关节铰刚度变化的形式。

为提高叶栅的气动性能提出基于能量法的叶栅自动设计参数化方法结合自适应差分进化算法和Reynolds-Averaged Navier-Stokes （RANS）方程求解技术提出适用于透平叶栅气动优化设计的自动气动优化算法。以总压恢复系数最高为目标函数在满足流量和出口气流角约束条件下利用提出的气动优化算法对一小展弦比后加载叶栅进行了自动气动优化设计。优化后叶栅的总压恢复系数提高了0.7%叶栅的气动性能明显提高。优化结果表明该算法具有良好的优化性能和应用前景。

本文采用能量法,借助电子计算机计算多级伸缩液压缸的临界力,可达到任何需要的计算精度.众所周知,液压缸稳定性计算是一个求解矩阵广义特征值问题,即使使用电子计算机,也是较难处理的.本文系从数学上进行了推导,将广义特征值问题转化为等价的标准特征值问题,简化了计算.为求中间支承的最优位置,采用一维搜索对分法,不仅可保证迅速收敛,且亦可达到与临界力同阶的计算精度.