基于时频分析的裂纹转子碰摩故障特征研究

为研究转子系统耦合故障特性,采用有限元方法建立了含有横向裂纹、转静碰摩的非线性转子动力学模型。首先研究了不同转速下裂纹、碰摩单一故障下转子系统的振动响应,其次研究了两种故障耦合情况下系统的振动响应特征。采用波形图、FFT谱图、瞬时频率和Hilbert-Huang时频谱(HHS)相结合的方法对故障转子振动信号进行了分析。分析结果表明:运用多种时频分析相结合的方法可以较为全面地了解转子的故障特征,裂纹转子在1/5、1/3临界转速时会发生较为明显的5X、3X谐波,且裂纹的产生会导致响应幅值增大,从而引起更为严重的碰摩。      

转子系统不对中-碰摩耦合故障的动力学特性

针对由于轴承不对中而引起不对中-碰摩耦合故障的转子-轴承系统,建立了双盘不对中-碰摩耦合故障转子系统力学模型和有限元模型.基于非线性有限元方法,使用等效不对中力矩及接触理论研究了不同转速对系统动力学特性的影响.研究结果表明,不对中-碰摩耦合故障常常以碰摩故障特征为主,并且二倍频出现较早及其峰值会急速增大.进一步运用小波基函数对故障信号进行等宽频带的划分,通过对故障转子系统频域响应中二倍频峰值变化趋势的分析研究发现,可将二倍频比例值作为含有不对中故障转子系统故障严重程度的一个判断依据.     

耦合故障转子系统的降维及动力学特性

比较非线性Galerkin法和标准Galerkin法在处理滚动轴承和不对中、碰摩故障引起复杂非线性问题时的降维效果,并用非线性Galerkin法进一步分析故障转子系统的动力学特性.考虑花键联轴器不对中啮合力,建立不对中-碰摩耦合故障转子-滚动轴承-花键联轴器系统动力学模型,采用两种Galerkin法对转子系统进行降维,并进行数值仿真,利用分岔图和瀑布图等进行对比分析.结果表明:非线性Galerkin法在处理不对中单一故障及不对中-碰摩耦合故障转子系统所得结果均能与未降维系统较好地吻合,而标准Galerkin法所得结果则存在一定差别甚至出现降维方法失效;应用非线性Galerkin法进一步分析故障转子系统发现,尽管降维使故障转子系统的维数减少,但并未改变故障转子的动力学特性,其故障特征信息仍得到保留.     

不同润滑油黏度对碰摩转子-轴承系统动力学行为的影响

在考虑非线性油膜力的基础上,建立了具有碰摩故障的转子 轴承系统的动力学模型·用Runge Kutta法详细分析了该转子 轴承系统的碰摩故障特性,发现了由倍周期分岔进入混沌运动、阵发混沌等多种进入混沌运动的道路.并深入研究了改变轴承润滑油黏度对具有碰摩故障的转子 轴承系统的动力学行为的影响,发现随着轴承润滑油黏度的降低,转子响应在二倍临界角速度以上的混沌区域扩大了,但是润滑油黏度的降低对转子系统在亚临界区域的运动状态影响不大·该结果为碰摩转子 轴承系统的安全运行和故障诊断提供了依据和参考·     

考虑油膜力的弹性转子系统碰摩故障研究

以现代非线性动力学和转子动力学理论为基础,分析了带有碰摩故障的弹性转子系统的动力学行为·针对短轴承油膜力的强非线性特点,用RungeKutta法在较宽范围内研究了定子刚度和激励频率等参数对该碰摩转子系统动态特性的影响,发现参数变化时系统存在周期、拟周期和混沌运动等丰富的非线性现象:该碰摩转子系统在一阶临界转速附近系统响应为混沌运动,转速较高时系统响应表现为拟周期运动,定子刚度很大时系统响应处于工频状态·该研究结果为转子轴承系统故障诊断、动态设计和安全运行提供理论参考·     

含有碰摩故障的多盘双转子系统动态特性

建立航空发动机双转子轴承系统的有限元模型,为考察碰摩特征对双转子系统的影响,在考虑转轴剪切效应、惯量分布效应、横向扭转以及系统结构的几何参数等重要影响因素的前提下考察碰摩故障对系统的影响.研究了碰摩间隙等参数变化时对双转子系统动态特性的影响规律.结果表明由于双转子本身结构和转速的影响,转子各处呈现非周期1运动.另外,由于碰摩影响,整个系统会出现非线性响应,但由于中介轴承的影响在无碰摩故障的转轴上非周期运动稍弱一些.中介轴承除了有耦合作用外,还起到了隔振的作用.     

采用瞬态传递矩阵法分析复杂转子系统碰摩故障

采用Raccati传递矩阵和Newmark β法相结合的瞬态传递矩阵法分析碰摩故障转子系统的瞬态和稳态响应,用多次迭代的方法确定瞬时碰摩力的精确值·该方法能够分析多盘、多跨转子系统等复杂的非线性转子系统的碰摩故障,并且可以同时考虑陀螺力矩、非线性油膜力等多种因素的影响·最后利用本方法分析了一个含有非线性碰摩刚度的局部碰摩故障双跨转子系统的运动,发现了其中的拟周期、混沌等丰富的非线性现象,验证了本方法的可行性·     

滑动轴承-转子-定子系统耦合故障的非线性动力学特性

以某型发动机转子碰摩故障为背景,建立了滑动轴承-弹性转子-定子系统碰摩故障的四质量非线性动力学模型,分析了非线性油膜力、油膜剪力和碰摩力对转子系统耦合故障响应的影响·利用数值模拟分析了考虑油膜剪力情况下该系统的分岔与混沌运动,得到了该轴承转子定子系统在某些有实际意义的参数域内的非线性响应的Poincar啨映射图、Lyapunov指数曲线图、分岔图、相轨线图、轴心轨迹图和幅值谱图,发现了该系统的丰富的非线性行为·分析结果表明,系统响应在较宽的频率范围内存在着分频周期运动、拟周期运动和混沌运动,在混沌运动区内存在大量的窄带周期窗口     

非线性耦合力作用下转子系统混沌行为分析

研究了具有非线性局部碰摩力和油膜力耦合作用下转子-定子系统的分叉与混沌运动,利用计算机仿真对某发动机转子的碰摩及油膜故障进行了数值模拟,讨论了转子系统参数的变化对转子混沌运动状态的影响,发现了具有非线性碰摩力及油膜力的局部耦合作用下转子系统的各种多周期运动和混沌运动及其演变过程,为大型旋转机械的故障诊断提供参考。     

转子系统局部碰摩故障传递机制特性研究

旋转机械的高速化和高效化使系统转定子间的间隙越来越小,转子振动经常引发局部碰摩故障,进而使整个转子系统响应呈现非线性,影响系统的稳定运行,及时掌握碰摩转子系统的动力学特性为处理故障建立基础.以谐波平衡和有限元理论为基础,建立碰摩转子系统的有限元模型并利用系统振动响应各次谐波分量与频率响应矩阵之间的关系,提出转子系统局部碰摩故障传递机制,即系统某处发生故障后对其他位置产生的影响.通过数值仿真和实验验证了此机制的正确性.具有n个故障的转子系统,仅需要任意n+2个节点的响应就可以得到剩余所有节点的响应.对于不平衡、碰摩、不对中和裂纹等转子系统的常见故障,传递机制具有良好的适用性.     

转子系统碰摩故障的实验研究

为了研究碰摩转子的非线性动力学行为,建立了多圆盘碰摩转子系统的实验台,并且设计了一种可以模拟整周碰摩的机构。观察碰摩转子在不同条件下的振动情况,同时利用波形图、频谱图、轴心轨迹图和Poincare图等工具分析了系统在碰摩发生后的非线性响应和分岔特性,并通过改变转速来研究转子系统的碰摩发展变化。结果表明:当转子发生碰摩时,系统会激发出高倍频和分数倍频,在系统发生严重碰摩时还会出现混沌现象。     

转子系统常开裂纹故障信息提取方法的研究

针对由于横向常开裂纹引起的裂纹故障转子系统,根据Paris理论,运用由应力强度因子及应变能密度函数推导得到的裂纹柔度系数矩阵,建立了裂纹转子系统动力学模型.由于含有横向裂纹故障的转子系统的刚度矩阵会发生相应变化,因此,在已知柔度系数矩阵的基础上,通过对比无故障转子系统与裂纹转子系统的动力学方程,可以推导出裂纹转子系统的剩余量动力学方程.分析裂纹所在轴段两端的受力情况,结合剩余量动力学方程,从振动信号中提取出常开裂纹发生的位置及裂纹深度信息.结果表明,本文运用的常开裂纹信息提取方法理论上只需要采集两个不同转速下,三个节点的振动信号进行诊断分析,简便可行,并可为转子系统、悬臂梁、桁架结构等常开裂纹故障诊断提供一定的理论依据.     

转定子系统整周多点碰摩故障仿真

以单跨双盘柔性转子系统为研究对象,基于接触动力学理论,应用有限元法,建立了考虑整周多点碰摩的转定子系统动力学模型.将转子和定子简化为一个点点接触单元,分析了两种不同载荷工况(两圆盘偏心同相位和反相位)导致的共振情况下,侵入量(未碰摩转子振幅与转定子间隙之差)和定子刚度对系统振动响应的影响.研究结果表明,两圆盘偏心反相位时的碰摩比同相位时更为剧烈,定子刚度对转定子碰撞导致的反弹程度以及定子振动加速度影响较大.     

机动飞行中转子轴承系统新型碰摩的动力学行为

采用考虑转静间隙变化和叶片数的新型碰摩模型,同时考虑转子在机动飞行条件下引起的机动载荷和滚动轴承非线性赫兹接触力,建立了转子-滚动轴承-碰摩耦合系统非线性动力学微分方程.利用数值方法分析了转速和机动载荷对系统动力学行为的影响.研究结果表明:机动飞行条件下碰摩转子系统亚谐波共振幅值增加;低速时,碰摩主要激发高频振动,高速时则激发低频振动;机动载荷增加使转子系统振动增大,从而引起转子与定子间的碰摩.     

非线性转子局部碰摩故障的分叉与混沌行为

研究了非线性转子系统碰摩故障的分叉与混沌行为,应用中心流形定理和n维Hopf分叉定理分析了转子系统特征值出现双零实部的情形,讨论了非孤立奇点对转子系统分叉特性的影响,得到了相应的稳定条件,并进行了计算机仿真数值模拟·分析表明,非线性转子系统发生碰摩时,呈现多种形式的周期与概周期运动,以及多种分叉与混沌行为·     

旋转机械中碰磨故障的模糊识别

本文简要介绍汽轮发电机组中的碰摩故障,并用模糊集间的距离和贴近度的概念分析和计算了单盘模拟转子和实物转子的振动响应。结果表明,贴近度与碰磨力的大小成反比,相对的和绝对的汉明距离,欧几里德距离与碰磨力成正比。     

转子径向摩擦故障诊断技术的研究

结合二维全息谱技术进一步分析了径向摩擦故障对转子振动的影响,给出了新的诊断转子径向摩擦故障的典型诊断信息,解决了正确区分径向摩擦故障和其它转子故障的问题,使转子径向摩擦故障极易识别.实验结果和理论分析能很好的吻合,实际应用效果良好.     

多跨故障转子系统动态特性有限元仿真研究

对膜片联接的齿轮传动多跨转子系统进行了故障动态特性仿真研究.利用ANSYS有限元分析软件进行建模、仿真,根据在裂纹和碰摩故障工况下单跨转子与整个转子系统的固有频率在弯扭耦合振动下的变化情况,研究了系统的非线性动态特性和响应,以及膜片联轴器与齿轮对转子系统的影响.研究结果表明,此种情况下发生的故障对故障跨的影响比其余跨大;膜片联轴器和齿轮能够削弱或阻隔弯曲振动及裂纹故障对系统的不利影响,有助于故障诊断的定位与维修,也为产品设计提供参考.     

基于模态扩展与谐波分解的转子碰摩故障精确诊断

以某单跨双盘模型转子实验台为例,建立了该转子-轴承系统有限元模型,得到转子系统前两阶固有频率和振型向量等模态参数·基于转子系统碰摩力的周期性假设,利用模态扩展方法,对故障和健康转子系统振动信号的残差矩阵进行傅立叶级数的分频谐波近似,估算得到转子-轴承各节点的碰摩力·根据转子各结点估算碰摩力的频谱、时序以及等效碰摩力幅确定碰摩发生位置,进而对碰摩故障的程度进行定性评估·试验表明,这种方法可以对转子周期性碰摩进行较精确的诊断,并为其他转子-轴承系统故障诊断提供参考·