为了解多电机并联驱动-传动系统的固有振动特性,揭示系统刚度参数对其固有频率的影响规律,考虑齿轮时变啮合刚度、啮合误差等非线性因素,采用集中质量法建立其耦合动力学模型,根据中心构件振动位移的特点,给出了3种典型的系统低阶振型,即扭转振型、横向振型和行星轮振型;研究了传动轴扭转刚度和部件支撑刚度对系统固有频率的影响。结果表明,除高阶频率外,其他频率成分对系统刚度参数的变化比较敏感,且在求解系统固有频率时应充分考虑系统的耦合效应;同时,系统刚度参数的变化会引起模态跃迁现象,即系统振动模式发生突变,增加系统动力学行为的复杂性。在动态设计过程中,应尽量避开模态跃迁点,进而避免系统产生多阶次共振现象。

针对现有磁流变液制动器使用存在发热严重的缺点,设计一种磁流变液与形状记忆合金复合制动装置,利用装置在制动过程中产生的热量,使形状记忆合金弹簧产生附加的摩擦转矩,提高了装置的制动转矩。阐述该复合制动装置结构和工作原理,进行磁场有限元分析、形状记忆合金弹簧挤压力分析以及复合制动转矩分析。结果表明:磁流变液传递的转矩随电流的增大而增大,形状记忆合金弹簧的摩擦转矩随温度的增加而提高;当线圈电流为3 A、温度达到100℃时,复合制动转矩比单一的磁流变制动转矩提升约31.4%。

针对单一的磁流变传动传递转矩较小的缺点,提出了一种电热形状记忆合金与磁流变联合传动方法,可以提高传动装置传递的转矩。基于形状记忆合金的热效应特性,建立了电热形状记忆合金弹簧挤压力与温度的关系;利用Maxwell软件,对磁场进行有限元分析,得到了不同电流下圆盘工作间隙中的磁场强度沿半径的分布情况;基于磁流变液的磁流变特性,建立了磁流变传递的转矩与磁场强度、半径等参数的关系;基于形状记忆合金弹簧的挤压特性,建立了摩擦转矩与挤压力、半径等参数的关系式。研究结果表明,电热形状记忆合金弹簧的挤压力产生的摩擦转矩随温度的升高而增大;磁场强度沿半径的增大而增强;电热形状记忆合金与磁流变联合传递的转矩比单一磁流变传递的转矩提升了53.8%。

针对磁流变液装置所产生的转矩偏小的问题,提出了一种磁流变液与电热形状记忆合金(SMA)联合传动的方法,并介绍了传动装置的工作原理。基于电热SMA弹簧力学特性,推导了温度与摩擦转矩的关系;通过有限元软件对装置进行了磁场分析,得到了环形磁流变液工作间隙磁场强度与磁流变液剪切屈服应力之间的关系,并计算得出磁流变液传递的转矩。实验结果表明:由8个SMA弹簧产生的摩擦转矩最大为1.798 N·m,励磁线圈的电流为1 A、匝数为380时,磁流变液传递的转矩为1.41 N·m。相较于单一的磁流变液传动装置产生的转矩,磁流变液与电热SMA联合传动产生的转矩为3.15 N·m,传动性能提高了1.2倍。