转子—滚动轴承耦合系统碰摩故障动力学分析与智能诊断

发布时间：2020-05-01 20:46

【摘要】： 缩小转静间的间隙是航空发动机追求高性能的重要手段,但加剧了转静件间碰摩的可能性。目前碰摩故障已经成为了航空发动机设计、制造和使用过程中的“拦路虎”,并对飞行安全造成了极大威胁。有鉴于此,本文针对航空发动机的碰摩故障,建立了转子-滚动轴承耦合系统模型,进行了碰摩故障动力学机理分析,并在此基础上,运用支持向量机实现了碰摩故障的智能诊断。第一、本文针对实际航空发动机模型,在考虑滚动轴承非线性赫兹接触和轴承径向间隙的情况下,建立了含不平衡-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承耦合系统动力学模型。利用时间波形图、轴心轨迹图、频谱图、三维瀑布图、Poincaré图、分岔图等方法,讨论了转子系统旋转速度、轴承间隙、碰摩刚度、不平衡量和碰摩间隙等参数对系统响应的影响,并研究了碰摩故障特征。第二、研究了基于支持向量机的转静碰摩故障智能诊断。首先介绍了支持向量机的相关理论,然后利用ZT-3多功能转子实验台和航空发动机转子实验器,获取了不同状态下的碰摩故障样本,基于碰摩机理研究,利用倍频分析方法,提取了碰摩故障的特征征兆,形成了实验碰摩故障样本库。同时,利用含不平衡-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承耦合系统动力学模型仿真了不同转速及系统动力学参数下的碰摩故障样本,经过特征提取后,形成仿真碰摩故障样本。最后,利用仿真碰摩故障样本对支持向量机进行了学习训练,利用实验碰摩故障样本进行了诊断分析。同时,对比了支持向量机和神经网络的智能诊断结果,结果充分表明了支持向量机在航空发动机转静碰摩故障识别中的应用潜力。第三、为了进一步研究碰摩耦合故障非线性特征,在论文中将关联维数理论应用于非线性时间序列分析,对仿真计算和实验获取的耦合故障非线性时间序列进行相空间重构,并计算出关联维数,比较了不同碰摩程度和系统不同的运行状态下的关联维数特征,发现了耦合故障下关联维数的变化规律。
【图文】：

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、弹性特性及装配时的误差等因素，轴承不可避免g compliance vibrations），进而使转子的轴向位移噪声和转子不稳定运转的最主要的原因。研究表是有限的，并且轴承运转时受载滚动体的个数随化，导致轴承的支承刚度周期性的变化，进而产生支承滚动轴承进行详细建模，，考虑滚动轴承非线使所建的转子-滚动轴承系统模型更加接近实际航统动力学模型的含不平衡-碰摩耦合故障的转子动力学模型，在无质量弹性轴，转子两端采用对称结构的滚动轴O2为转子几何中心，O3为转子质心，kr为静子刚PTYPNFyLF

对插值得到的非线性时间序列进行分析。本文选取的转子系统的初始参数如下：mrR= mrL=4.0kg，mrp=32.1kg，crb=1050N s/m，crp=2100 N s/m。3.2 转子-滚动轴承耦合系统动力学分析3.2.1 模型验证本文使用与文献[45]中相同的滚动轴轴承，在相同的低转速下，仿真计算了转子的响应。在文献[45]中，Mevel 建立了在滚动轴承支承和静载荷作用下的平衡转子动力学模型，并运用六阶龙格库塔法进行数值仿真获取转子响应。本文考虑转子不平衡故障，仿真计算了转子-滚动轴承耦合系统的转子响应。转子的旋转速度为低转速 300r.p.m，图 3.3 为采用本文模型计算得到的转盘处 X 和 Y 方向振动位移；图 3.4 为文献[45]中 Mevel 的计算结果。通过对比，可以发现本文计算结果与 Mevel 的计算结果达到了很好的一致性，振动幅值上的区别为不同转子参数所致。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TH113

【引证文献】