复杂工况下的滚动轴承微弱故障检测与状态智能评估

发布时间：2020-09-15 15:08

　　航空发动机滚动轴承工作在高温、高载荷的环境下,极易发生故障,其故障的发生有可能导致灾难性飞行事故。因此,在航空发动机实际运行过程中,实时监测滚动轴承健康状态,及早地揭示滚动轴承早期故障征兆对于保证飞行安全具有重要意义。本文对复杂工况下的滚动轴承微弱故障检测与状态智能评估方法进行了研究,主要工作体现在:(1)分析了滚动轴承的振动机理与表面损伤信号特征,在此基础上,进行了滚动轴承外滚道表面损伤、内滚道表面损伤和滚珠表面损伤信号的仿真建模。(2)基于仿真信号对最小熵解卷积、小波分解、自相关分析3种信号处理方法的功能和效果进行了分析,提出了一种滚动轴承故障诊断的多方法协同诊断技术。进一步地,通过角域重采样技术将协同诊断法推广,使之可应用于转速连续变化的工作环境下。利用带机匣的航空发动机转子试验器,在不同工况下进行了大量滚动轴承故障试验,轴承故障包括人工线切割产生的内滚道、外滚道和滚珠的表面单点故障,以及通过疲劳试验产生的内滚道自然剥落故障。试验中采集机匣处振动加速度信号用于方法验证,结果表明:所提的多方法协同诊断技术能有效实现微弱故障信号下的滚动轴承故障诊断。(3)在误差分析的基础上,提出了一种特征向量空间分布超球优化的方法,并提出了一种超球化距离判别分析的数据描述方法,所提方法的有效性通过滚动轴承人工单点故障试验数据进行了充分的验证。在此基础上,将所提超球化距离判别分析应用于滚动轴承的状态评估,利用两种滚动轴承加速疲劳失效试验进行试验验证,结果表明:采用超球化距离判别得到的劣化指标相比于有效值对滚动轴承早期故障更加灵敏。
【学位单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V263.6
【部分图文】：

抱轴,主轴承

南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论1.1 研究背景及意义以航空发动机为代表的高速旋转机械，滚动轴承是承力传动系统的核心部件，其工作条件非常恶劣、复杂，往往工作在高速、高温以及高载荷的工况下，且工作中工况变化剧烈，在工作过程中极易发生故障。一旦轴承发生故障，将直接影响设备的使用安全，轻则会使转子系统振动增大、转静子碰摩，严重时甚至会导致灾难性事故。据统计，在 2005 年-2013 年期间，某新服役机型共计发生了几十起由于轴承问题致使发动机功能失效而导致的飞行事故，造成了数十亿经济损失[1]。例如，某发动机主轴承因磨损导致发动机抱轴失效致使某飞机发生了严重的飞行事故，如图 1.1 所示；某发动机附件齿轮箱滚动轴承的内滚道、外滚道和滚动体疲劳剥落导致的发动机故障，如图 1.2 所示。

表面剥落,齿轮箱,滚动轴承,附件

振动增大、转静子碰摩，严重时甚至会导致灾难性事故。据统计，在 2005 年-2013 年期间，某新服役机型共计发生了几十起由于轴承问题致使发动机功能失效而导致的飞行事故，造成了数十亿经济损失[1]。例如，某发动机主轴承因磨损导致发动机抱轴失效致使某飞机发生了严重的飞行事故，如图 1.1 所示；某发动机附件齿轮箱滚动轴承的内滚道、外滚道和滚动体疲劳剥落导致的发动机故障，如图 1.2 所示。图 1.1 某发主轴承磨损导致抱轴失效

航空发动机附件,深沟球轴承,机匣,滚动轴承

南京航空航天大学硕士学位论文第二章滚动轴承振动机理与特征分析言介绍了基于振动监测的滚动轴承故障诊断基本理论，包括单列深沟球轴承的滚动轴承振动信号产生的原理、滚动轴承故障信号的特点和滚动轴承故障特。同时，针对滚动轴承表面损伤故障的故障机理与振动信号特点，进行了滚仿真建模。本章所述内容是滚动轴承故障诊断的基础，所构建的滚动轴承故三章中用于算法性能分析。沟球轴承结构与基本参数轴承结构的差异，滚动轴承可分为单列深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱圆中，单列深沟球轴承常用于航空发动机附件机匣中（见图 2.1），本文主要的深沟球轴承（后文简称为滚动轴承或轴承），其几何结构如图 2.2 所示。

【参考文献】