中介轴承故障动力学建模与振动特征分析

中介轴承是航空发动机转子的关键支承部件之一,工作转速高,润滑条件差,易发生故障。基于动力学模型的故障机理研究可以为中介轴承故障诊断提供依据。以Gupta圆柱滚子轴承复杂动力学建模方法为基础,考虑外圈的运动建立了中介轴承动力学模型,通过试验对模型进行验证。在此基础上,分别考虑滚道表面形貌和轴承间隙的变化,建立中介轴承磨损故障动力学模型;针对中介轴承滚道表面剥落等局部损伤故障,考虑滚动体通过损伤区域时趋近量和接触载荷方向的改变,建立中介轴承局部损伤故障动力学模型。利用所建故障动力学模型对不同磨损状态下中介轴承外圈径向振动响应进行研究。研究表明,出现磨损后,振动响应频率中出现若干随机成分;对于局部损伤和磨损的复合故障,随着磨损加剧,振动幅值随之增大,随机成分所占比重增加,损伤的故障特征不明显。     

柴油发动机曲轴轴承振动信号的双谱分析

为提取柴油发动机曲轴轴承振动信号的故障特征,采用双谱的分析方法,提出了用双谱特征频率面来描述信号特征.通过用双谱分析曲轴轴承振动信号,在双谱模域内进行搜索,得到了信号的特征频率面.结果表明,信号采集的最佳部位为曲轴左右两侧机体,最佳转速为1 800 r/min以上,对角线以外的区域包含了大量的故障特征.双谱能消除发动机振动信号中的噪声,有效提取出曲轴轴承振动特征信号.     

基于小波分形技术提取发动机曲轴轴承故障特征

利用小波技术对发动机曲轴轴承振动信号进行分解,对特定层的信号进行重构,并计算重构信号的分形维数,来实现发动机曲轴不同技术状态下特征提取。实验结果表明,特定频率带振动信号的分形维数更能敏感反应发动机曲轴轴承技术状态,它可以作为诊断发动机曲轴轴承故障的一个重要特征量。     

应用EMD-AR谱提取柴油机曲轴轴承故障特征

提出了一种基于经验模式分解(EMD)和AR(auto regressive)谱技术相结合的曲轴轴承磨损故障诊断的新方法。利用EMD方法分解发动机非稳态加速振动信号,得到一系列平稳的本征模式函数(IMF)分量,对占信号能量主要部分的前5阶IMF分量进行AR谱估计,分析各IMF分量的AR谱频带能量,提取能够反映曲轴轴承磨损故障的IMF分量的AR谱频带能量作为故障特征参数。试验时设置6组不同的振动传感器放置部位和4组不同的采集器触发转速,并利用本文提出的方法分析采集到的发动机非稳态振动信号。分析结果表明,基于EMD及AR谱技术提取得到的故障特征能够准确反映曲轴轴承的磨损状态,且当发动机转速高于1300 r/min,传感器放置于缸体与油底结合部右侧时,提取的故障特征最明显。     

近似熵与支持向量机在发动机故障识别中的应用研究

针对发动机曲轴轴承极易磨损,导致发动机出现故障的问题,提出了一种基于近似熵与支持向量机相结合的故障诊断方法。发动机在工作过程中,早期故障特征信号微弱。基于此,引入近似熵算法,分别模拟发动机曲轴轴承4种磨损状态,测取各状态下多测点的振动信号样本,计算样本近似熵值,构建了不同状态近似熵故障特征向量。结合支持向量机算法,构造支持向量机故障分类模型,将近似熵特征量带入其中进行训练与测试,测试结果准确率达到97.5%,并与普遍使用的BP神经网络诊断方法进行了对比,结果表明该方法具有更高的诊断识别率,是一种有效且准确率较高的在线诊断方法。     

扭振对轴承受力及整机噪声影响的研究

针对曲轴扭转振动与整机辐射噪声问题,以某直列四缸发动机曲轴系统为研究对象,基于AVL Excite软件,在匹配扭振减振器(torsional vibration damper,TVD)与不匹配TVD两种情况下,采用弹性流体动力学模型轴承计算模型研究了曲轴扭振对机体所受激励与轴瓦表面压力分布的影响;并且在两种情况下,分别对曲轴扭振与车内噪声进行了试验测试,测试与主观评价表明,匹配TVD情况下曲轴扭振幅值降低,车内原有异响声明显改善。研究分析结果表明,扭振会使得曲轴模态频率附近范围内机体所受激励幅值增加,改变轴瓦表面载荷的幅值与分布规律,导致发动机乃至整车产生异响。     

一种航空发动机中介轴承故障诊断方法

针对航空发动机中介轴承振动信号故障微弱,故障特征难提取的问题,提出了基于固有时间尺度分解(ITD)和近似熵(AE)结合随机森林(RF)的航空发动机中介轴承故障诊断方法。首先,利用航空发动机中介轴承试验台模拟并采集轴承在正常、外圈故障、滚动体故障三种状态下的振动信号;然后通过ITD方法将非平稳、非线性的中介轴承振动信号分解成一组固有旋转分量(PR),计算其近似熵;最后,将不同尺度的近似熵值作为特征向量,输入到随机森林分类器模型中进行分类识别与故障诊断。研究表明,该方法能有效提取出机匣表面振动信号中微弱的中介轴承振动故障信号特征,故障诊断准确率高,具有工程实用性。     

用循环谱理论分析柴油机曲轴轴承加速振动信号

探索了分析加速振动信号诊断发动机机械故障的方法.首先介绍了二阶循环谱理论和加速振动信号数据采集原理,并应用循环谱理论分析了柴油发动机曲轴轴承非稳态加速振动信号.试验与分析结果表明:定转速加速振动信号数据采集器能准确地测取发动机加速过程中的振动信号,具有良好的重复性和稳定性;采用二阶循环谱方法能有效提取加速振动信号中分析对象的故障特征;对应特定的循环频率,柴油发动机曲轴轴承存在着明显的二阶循环特征频段.     

连杆柔性化处理对机体表面振动及主轴承受力的影响

为了探究连杆的弹性变形对机体表面振动的影响,运用AVL-EXCITE Designer软件对某六缸柴油机进行多体动力学分析,建立了缸体、曲轴、连杆的有限元模型,并对缸体、曲轴的有限元模型进行模态分析及实验验证,确保了模型的准确性。通过发动机表面不同位置处选取点的振动加速度来评价连杆分别采用刚性体和柔性体对机体表面振动的影响。结果显示,对比连杆为刚性情况,弹性因素存在的情况下,缸体上各个分析点的加速度值都有一定的下降,并且在峰值处波动程度明显下降。于此同时,连杆柔性化处理使得主轴承方向受力变小,并且最小油膜厚度在峰值处也会变小。所以,在仿真中连杆的柔性化使得仿真更符合真实情况,探究其对机体表面振动的影响将有助于低噪声柴油机的研发。     

基于ANSYS/LS-DYNA高速列车轴箱轴承动力学分析与故障模拟

为了开发高速列车轴箱轴承的在线监测系统,合理布置振动传感器测点,进而完成轴承的实时故障诊断。施加了吻合实际工况合理的边界条件和载荷条件,在ANSYS/LS-DYNA中建立了高速列车轴箱轴承的动力学模型,并且仿真分析了高速列车轴箱轴承的动力学特性。进行了双列圆锥滚子轴承正常工作状态与滚动体表面剥落情况下的显示动力学运动仿真,并在运转工作状态下,将无故障轴承与滚动体表面剥落故障轴承的仿真信号进行了时域参数对比及利用小波包络谱频域对比。为进一步研究高速列车故障轴承的运动仿真与分析奠定一定基础。     

连杆轴承故障的诊断研究

针对连杆轴承磨损故障进行了振动测试研究，在EQ6100发动机上模拟连杆轴承磨损故障，测取了在不同的转速，轴承间隙，测点和冷热机状态下的故障信号，并用时域和频域分析法进行了分析比较，通过分析、提取了连杆轴承故障诊断的特征参数，并指出目前诊断所存在的问题。     

柴油机供油提前角对曲轴主轴承动载荷的影响

针对柴油机曲柄连杆机构整体模型,采用多体动力学方法建立柴油机曲轴动力学模型,分析了不同供油提前角下曲轴主轴承动载荷的变化,仿真过程中对曲轴进行柔性处理,同时计入油膜的动力润滑作用,将不同提前角下曲轴主轴承载荷进行比较,得出供油提前角对柴油机的影响规律。     

车用发动机凸轮轴轴承松脱的故障特征提取

车用发动机凸轮轴轴承松脱故障使得凸轮轴受力不均而引起冲击力,导致凸轮轴附近机体表面出现异常振动和显著噪声。通过对某发动机凸轮轴轴承松脱故障的试验测试,提取缸盖振动加速度信号进行时域分析,发现有明显的周期性冲击;利用小波包分解至较高频段并做解调分析,解调谱的故障激励频率非常显著。分析结果表明,凸轮轴轴承松脱故障有中高频调制现象,可综合利用时域分析、频谱分析和小波包分解与解调分析进行相应的故障特征提取。     

基于ABAQUS的汽车轮毂轴承套圈早期裂纹动力学分析

基于ABAQUS/Explicit建立含表面裂纹的汽车轮毂轴承多体动力接触有限元模型,进行动力学仿真,分析正常轴承的应力及振动加速度的变化,并与不同载荷作用下含裂纹轴承的应力及振动加速度的变化进行对比。结果表明:含裂纹轴承裂纹处接触应力比正常轴承大,在较大载荷作用下,裂纹处单元应力在超越屈服应力之后出现不可恢复的塑性变形;在10 kN载荷时,振动加速度基本上不受裂纹影响,随载荷增大,振动加速度波动范围随之增大,在270 kN载荷作用下,裂纹轴承振动加速度比正常轴承大4~6倍。     

基于AVL Excite Designer的发动机曲轴主轴承润滑性能分析

以某型直列四缸发动机为研究对象,对曲轴主轴承进行弹性流体动压润滑分析。考虑非线性连接,采用多体动力学软件建立润滑仿真模型对曲轴主轴承进行动力学润滑计算。通过对最小油膜厚度、最大摩擦接触应力和磨损进行分析,揭示了设计中存在的隐患,为该型发动机曲轴主轴承的优化设计提供了参考依据。     

基于虚拟样机的发动机曲轴系动力学仿真分析

基于多刚体和柔性多体系统动力学理论,在虚拟样机软件平台下,针对分析问题不同的侧重点,建立了某型号发动机曲轴系多刚体和柔性多体动力学模型.仿真计算得到曲柄销载荷、活塞缸侧推力以及曲轴的扭转振动谱线等动力学参数.从一个角度证实了基于虚拟样机技术的发动机曲轴系动力学仿真分析的方便性与可靠性,并为发动机曲轴系的设计提供了依据.     

轴瓦轮廓修形对发动机连杆轴承磨损性能的影响

为了消除发动机连杆轴承在做功行程中两端出现的偏磨损,减少轴承的摩擦功耗,建立了某发动机曲轴系柔性多体动力学分析模型并进行了动力学仿真计算。根据连杆轴瓦内孔变形量仿真结果对轴瓦表面轮廓进行了修形设计。计算结果表明：对轴瓦轮廓修形后,轴承的润滑性能变化较小,最大油膜压力及最小油膜厚度随曲轴转角的变化趋势及数值大小均与原圆柱轮廓基本接近,消除了做功行程中的轴瓦偏磨问题,轴承的粗糙接触摩擦功耗无论是最大值还是平均值均降低,轴瓦表面粗糙接触压力沿轴瓦宽度方向分布均匀。     

激励力对发动机机体表面振动影响的仿真分析研究

发动机工作时内部主要激励力包括燃气爆发压力、活塞连杆等运动件惯性力、配气机构激励力和活塞敲击力等,机体表面振动是发动机内部各种激励力叠加的响应,构成成分复杂。通过AVL EXCITE软件,建立有限元与多体动力学联合仿真模型,计算获得不同激励力作用下的机体表面振动信号数据,再通过时域、频谱分析,研究激励力对机体表面振动的影响,从而解决真实发动机难以进行相关试验测试分析的问题,为发动机振动分析与优化设计提供可靠的依据。     

基于图结构的轴承故障诊断北大核心

滚动轴承故障振动信号具有非线性、非平稳的特征,在轴承早期破损阶段,即使轴承表面出现了损伤,故障产生的振动信号仍然表现得非常微弱,再加上大量噪声的影响,仅从时域和频域很难发现故障特征,给故障检测造成了较大的难度。针对轴承振动信号的特点,将短时Fourier变换与图模型相结合,提出了一种基于图模型的时频分析方法,利用短时Fourier变换得到信号的时频图,选取每一时刻频谱图中各主频的幅值构建图模型,通过图模型的相似性对比检测轴承故障并通过主频幅值的变化量确定故障频率。     

不同平衡块曲轴对机体振动影响分析

运用三维建模软件UG对某型发动机机体和曲轴系统进行三维建模,运用AVL/Excite软件进行了多体动力学仿真以求得主轴承座激励,其中考虑了主轴承润滑油膜厚度变化等关键影响因素;最后用运Ansys软件对机体进行瞬态动力学响应计算分析。为了模拟再现真实工作情况,按需要在分析中假设主轴承座激励力随曲轴转角变化,其作用力大小,作用区域和方向在不停地改变,找出规律,编程实现准瞬态加载,同时用程序控制瞬态动力学响应求解,很好地实现了在工作状态下不同结构曲轴对机体振动影响的分析研究。