航空发动机主轴轴承振动可靠性分析

发布时间：2017-10-07 11:35

  本文关键词：航空发动机主轴轴承振动可靠性分析

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【摘要】：航空发动机轴承属于高端精密轴承,作为发动机转子系统的重要组成部分,其运行状态与整个发动机的状态息息相关,因此对轴承可靠性的要求也越来越严格。对设备进行可靠性分析就是通过发动机历史失效寿命数据或者能反映发动机运行状态的特征信息,结合相关可靠性分析模型来对其运行状态进行可靠性分析和预测,掌握设备的运行状态,有效地避免故障,并为后面的设备维修提供技术性支持。传统的可靠性模型是基于应力和强度为随机变量,应用古典概率和统计的方法进行分析。因此,进行可靠性分析必须首先要确定应力和强度的分布类型,依赖大样本数据,必须大量进行试验获取相关统计参数,没有将设备振动特征与传统可靠性理论相结合,不能作为一种有效的分析手段。本论文提出了航空发动机轴承的振动可靠性分析方法。所谓振动可靠性是从设备的振动方面入手来进行可靠性分析,通过运用信号处理手段对采集到的设备工作运行状态下的振动信号进行特征提取,再结合传统可靠性理论来建立振动可靠性分析模型,从而实现对设备可靠性的有效分析。在这其中,振动特征的正确提取以及模型参数的估计是关键部分。论文首先介绍了航空发动机轴承及其失效形式,并研究了当前振动特征提取的一些方法,在基于这些方法的基础上,提出了一种小波去噪结合希尔伯特变换的信号处理方法来提取振动特征,并通过实测信号验证该方法的优越性。在获取振动特征的前提上,重点分析发动机轴承的可靠性,提出了两种有效手段,第一种是基于设备振动运行状态的比例故障率模型,第二种就是运用小波能量熵来进行可靠性分析,都取得了较为理想的效果。最后建立了基于振动可靠性分析的MATLAB GUI可靠性分析界面,使得整个分析过程一目了然,清晰明朗,方便快捷。
【关键词】：航空发动机轴承 振动信号 特征提取 可靠性分析
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V232
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 1 绪论8-14
• 1.1 课题研究背景和意义8-10
• 1.1.1 课题研究背景8-9
• 1.1.2 课题研究意义9-10
• 1.2 国内外研究发展现状10-12
• 1.2.1 国外研究发展现状10-11
• 1.2.2 国内研究发展现状11-12
• 1.3 本论文研究内容安排12-14
• 2 航空发动机轴承及其信号采集14-22
• 2.1 航空发动机轴承工作环境及特点14-15
• 2.1.1 航空发动机轴承工作环境14
• 2.1.2 航空发动机轴承性能特点14-15
• 2.2 滚动轴承的失效形式和振动特征15-17
• 2.2.1 轴承的失效形式15-17
• 2.2.2 轴承振动故障特征17
• 2.3 振动信号采集系统17-21
• 2.3.1 微型涡喷航空发动机18-19
• 2.3.2 振动传感器的选择原则19-20
• 2.3.3 传感器安装方式20
• 2.3.4 加速度传感器的校准20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 轴承振动信号特征提取22-38
• 3.1 振动信号预处理22-25
• 3.1.1 预滤波22
• 3.1.2 零均值化处理22
• 3.1.3 错点奇异点消除22-24
• 3.1.4 消除趋势项24-25
• 3.2 振动信号时域特征参数25-28
• 3.2.1 有量纲时域振动参数26
• 3.2.2 无量纲时域振动参数26-28
• 3.3 振动信号特征提取方法28-33
• 3.3.1 传统信号处理28-29
• 3.3.2 小波分析29-30
• 3.3.3 小波包分析30-31
• 3.3.4 希尔伯特变换31-32
• 3.3.5 小波去噪32-33
• 3.4 小波去噪及希尔伯特变换在实际特征提取中的应用33-37
• 3.4.1 滚动轴承的振动故障特征频率33-34
• 3.4.2 振动故障特征提取34-37
• 3.5 本章小结37-38
• 4 基于威布尔比例故障率模型的振动可靠性分析38-54
• 4.1 航空发动机振动可靠性分析38-39
• 4.2 可靠性理论39-42
• 4.2.1 可靠性常用指标39-40
• 4.2.2 可靠性函数40-41
• 4.2.3 传统的可靠性分析方法41-42
• 4.3 设备失效趋势42-43
• 4.4 比例故障率模型43
• 4.5 威布尔分布43-44
• 4.6 威布尔比例故障率模型及参数估计44-47
• 4.6.1 威布尔比例故障率模型44-45
• 4.6.2 威布尔比例故障率模型参数估计45-47
• 4.7 威布尔比例故障率模型在实际可靠性分析中的应用47-52
• 4.7.1 在电机轴承可靠性分析中的应用47-49
• 4.7.2 在航空发动机轴承可靠性分析中的应用49-52
• 4.8 可靠性提高措施52-53
• 4.9 本章小结53-54
• 5 归一化小波能量熵的可靠性分析54-61
• 5.1 信息熵定义54-55
• 5.2 振动信号功率谱熵55-56
• 5.3 振动信号归一化小波能量熵56-58
• 5.3.1 振动信号能量56-57
• 5.3.2 振动信号的归一化小波能量熵57-58
• 5.4 归一化小波能量熵在实际可靠性分析中的应用58-60
• 5.4.1 在电机轴承可靠性分析中的应用58-59
• 5.4.2 在航空发动机轴承可靠性分析中的应用59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 6 航空发动机轴承可靠性分析的MATLAB GUI设计61-67
• 6.1 MATLAB GUI设计原则61-62
• 6.2 GUIDE的启动方式及设计方法62-63
• 6.2.1 GUIDE的启动方式62-63
• 6.2.2 GUI的设计方法63
• 6.3 界面设计步骤63
• 6.4 界面具体设计内容63-66
• 6.4.1 登陆界面64-65
• 6.4.2 主界面65
• 6.4.3 振动可靠性分析界面65-66
• 6.5 本章小结66-67
• 7 结论67-68
• 7.1 总结67
• 7.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72-73
• 致谢73-75

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