基于排列熵在航空轴承故障诊断中的应用及有限元分析

发布时间：2020-07-28 09:19

【摘要】：随着科学技术的的突飞猛进,航空发动机的性能不断提升,对航空发动机轴承的转速、载荷等提出了越来越严格的要求。长期工作在高转速和重载荷情况下的轴承常呈现应力过大、温度过高等特点,发生擦伤、烧伤等失效,严重的还会带来轴承卡死抱轴等严重后果。轴承故障直接影响到整台发动机的性能,造成巨大的经济损失和社会危害。因此,对航空轴承的早期故障诊断就显得极为必要。首先通过轴承的故障实验,采集轴承的振动信号,利用Coinv DASP V11信号分析系统分析轴承的振动信号,通过不同故障轴承与正常轴承进行振动幅值的对比,发现故障轴承的振动幅值在轴承内圈、外圈及滚动体的固有频率处出现较大峰值,随着轴承故障程度的逐渐加大,轴承的振动幅值也不断增大,轻度、中度、重度三种不同故障的振动幅值相差比较明显,并且故障信号的振动幅值明显大于正常信号的振动幅值成几倍数关系。其次将排列熵算法引入航空轴承的故障诊断中,介绍了排列熵算法的理论,分析了排列熵算法的特性,利用排列熵提取航空发动机轴承的振动特性。基于赫兹接触理论研究轴承的接触特性,并用ANSYS有限元分析软件进行仿真分析,将理论值与分析值进行对比分析,验证有限元仿真的可行性。同时对轴承施加不同的负荷,分析不同载荷与轴承失效之间的联系。最后研究轴承发热量计算模型,为有限元仿真确定合理的热载荷和热边界条件:在有限元分析软件中进行稳态热分析,研究得出不同载荷及运转速度下深沟球轴承温度的热量分布情况,找出热载荷对轴承失效的影响。综合考虑载荷、温度及运转速度对轴承接触应力及接触应变的影响,运用名义应力法得到热-应力耦合作用下的分析结果,考虑轴承在不同的工作条件下失效几率的变化情况。应用有限元模态分析方法分析轴承前五阶固有频率和振型及振动幅值的变化,对仿真结果进行分析,找出固有频率与振动幅值之间关系,减少轴承产生失效的几率。
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V263.6
【图文】：

示意图,滚动轴承故障诊断,示意图,对轴

1.绪论空轴承的失效分析不仅要分析它的失效形式，还要对轴承失效的对轴承施加不同的载荷时其失效的变化情况，轴承在热载荷的对轴承失效的影响，同时也要考虑轴承在复杂工矿下运转的情值也会对轴承内圈、外圈及滚动体的失效产生一定的影响。轴承故障诊断技术发展及研究现状轴承故障诊断技术是一门综合性很强的技术[10]，需要一定的基测经验，先进的检测技术，实用性非常强的分析手段等等。滚动技术基础构成示意图如图 1.1 所示。

示意图,磨损失效,广义,示意图

轴承是以内外两个套圈与一组滚子为基础结构的特殊零件，是机械装置（是包含旋转运动的机械装置）中非常重要的零件[45]，在日常生活中、工业生及国防建设等各个领域中应用极为广泛。轴承的结构虽然看似简单，实际构十分精密，制造工艺相当复杂，对安装维护有很高的要求。滚动轴承由于通起到支撑作用，所以对整个机械装置的运行状态有非常重要的影响。本章主轴承的振动特性出发，分析轴承的故障频率，设计轴承故障实验，应用 CoASP 测试系统采集轴承的振动信号，得出测试数据的频谱图，对轴承的故障进行分析，为下一步的研究做好铺垫。.1 轴承的故障形式因为轴承的材质、结构和工作环境的不同，所以失效的形式也是多种多样的要有以下几种：（1）磨损失效。磨损失效是因磨损而产生失效的各种失效形式的总称。义上说，磨损根据产生机理分为摩擦磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损等义磨损失效分类图如图 2.1 所示。

疲劳失效,形式,振动机理

图 2.2 疲劳失效的不同形式Fig.2.2 Different forms of fatigue failure（3）塑性变形。滚动轴承塑像变形失效主要分为压痕失效和形变失效，其中压痕失效是指外来软质颗粒在轴承部件产生压痕，引起轴承的运转精度降低而不能正常运转。形变失效是指在外力（大的静载荷或冲击载荷）或温度作用下轴承部件的大范围或整体塑像变形，主要是发生在滚动体和滚道之间。2.2 滚动轴承的振动机理对轴承的振动机理进行分析，就必须了解轴承的工作原理，滚动轴承在运转的过程中，滚动体与内、外圈滚道进行接触，在接触区域具有动力学特性，形成外部载荷、接触刚度和接触阻尼的动力学系统[46]。在考虑轴承的振动机理时，可以将滚子-滚道接触副弹性流体动力学接触区域分为润滑剂的入口区、Hertz 接触区和润滑剂的出口区。对整个接触区的考虑，由于在入口区的接触刚度要远小于在 Hertz 接触区所

【参考文献】