表面波纹度激励下的滚动轴承非线性接触噪声分析

滚动轴承的噪声对环境的影响一直是国内外工程界非常关注的问题。本文根据非线性力学和声辐射与传播理论，建立了滚动轴承在表面波纹度激励下的非线性接触噪声模型。对6202深沟球轴承进行了实例分析，研究了波纹度波数、初始幅值和最大幅值等参数变化对滚动轴承噪声声压级的影响。结果表明：波数与声压级存在着拟三角函数关系；声压级随着初始幅值的增加而变大；需要根据实际波数的情况采取不同的计算模型来确定最大幅值与声压级的关系。     

数学形态学分形维数广义估算方法及其应用

预测特征提取是设备故障预测中的关键问题,它直接关系到故障预测的可信性。滚动轴承故障信号具有典型的非线性特征,利用分形维数可以定量描述其复杂性和不规则度。首先对分形维数的形态学计算方法进行介绍,然后对形态学覆盖的定义进行扩展,提出了三种形态学分形维数广义估算方法,对其精确性和计算效率进行了对比分析。最后,提出基于形态学分形维数的和灰色关联分析的性能退化状态识别方法,采用轴承实测数据验证了该方法的有效性。     

基于数学形态学的分形维数计算及在轴承故障诊断中的应用

滚动轴承故障信号是一种典型的非线性信号,分形几何为描述轴承故障信号的特性提供了一个有力的分析工具。基于数学形态学的分形维数是在Minkowski-Boulingand维数基础上拓展的一种采用形态学操作计算分形维数的新方法。本文较详细的阐述了基于数学形态学的分维数计算方法,对比分析了与传统计盒维数方法的区别与联系,并对实际的滚动轴承正常、滚动体故障、内圈故障和外圈故障信号进行了分析,结果表明,基于数学形态学的分维数计算方法具有计算速度快,估计准确稳定的特点,为准确判断滚动轴承故障状态提供了一种快速有效的新方法。     

基于故障特征系数模板的变转速滚动轴承故障诊断

与恒转速相比,机械中普遍存在的变转速工作模式使滚动轴承的故障诊断更加困难;另外变转速条件下的常规方法—阶比分析存在误差以及计算效率方面的问题,因此,提出了基于故障特征系数模板的滚动轴承故障诊断方法。该方法主要包括六部分:(1)根据目标轴承的几何参数计算其故障特征系数以设定模板;(2)利用快速谱峭度滤波算法对滚动轴承振动信号进行滤波;(3)根据Hilbert变换以及短时傅里叶变换计算滤波信号的包络时频图;(4)通过峰值搜索算法从滤波信号的包络时频图中提取瞬时故障特征频率趋势线;(5)根据转速脉冲信号计算滚动轴承的转速曲线;(6)瞬时故障特征频率与瞬时转频相比获取瞬时故障特征系数,进而通过故障特征系数模板实现滚动轴承的故障诊断。随即以变转速情况下的故障轴承仿真信号以及实测的外圈故障、内圈故障和健康轴承的振动信号为例验证了该算法的有效性。     

基于数学形态学分段分形维数的电机滚动轴承故障模式识别

电机轴承是旋转机械中应用最广且最易损坏的机械零件之一,分形维数可以有效地描述滚动轴承振动信号的复杂性和不规则性。基于数学形态学的分形维数具有计算速度快,估计准确的特点,可以正确地区分滚动轴承系统的状态和判断轴承系统的故障行为。本文阐述了基于数学形态学的分形维数计算方法,,针对扁平结构元素长度的选取缺乏指导性的问题,提出一种基于数学形态学的分段分形维数计算方法,运用该方法对电机轴承实测信号进行分析,结果表明,该方法在一定程度上提高了分形维数计算的科学性和精确性,在电机轴承故障模式识别领域是行之有效的。     

基于迭代广义解调算法的变转速滚动轴承复合故障特征的提取

变转速工作模式使得本来就互相干扰、彼此联系的滚动轴承复合故障特征的提取更加困难。为此提出了基于迭代广义解调算法的变转速滚动轴承复合故障特征提取方法。该方法根据复合故障轴承信号包络时频谱中代表故障特征频率的时频曲线的突出性,结合迭代广义解调算法可以将特定时频曲线转换成平行于时间轴的直线这一特点,直接对滚动轴承振动信号中的特定成分进行分析和提取。整个算法由以下四部分组成:对同步测取的故障轴承转速脉冲信号进行处理得到转频曲线,根据转频曲线以及目标轴承的故障特征系数确定迭代广义解调算法需要的相位函数;其次,对故障轴承信号进行包络分析获取包络信号;根据计算的相位函数对故障轴承包络信号进行迭代广义解调;对解调信号进行频谱分析,通过分析频谱中独立峰的位置对滚动轴承的健康状况进行判断。仿真与实验结果表明,该算法可以消除转速变化对滚动轴承复合故障特征的影响,有效实现复合故障特征的识别和提取。     

基于时时能量阶比谱的变转速工况滚动轴承微弱故障诊断研究

变转速工况下的滚动轴承微弱故障诊断同时面临两个难点:一是滚动轴承的故障特征信号容易被环境噪声和干扰信号淹没;二是滚动轴承故障振动信号的时变特征难以被常规频谱方法提取。针对上述问题提出了基于时时能量阶比谱的滚动轴承故障诊断方法。首先对变转速工况下的滚动轴承微弱故障振动信号进行时时(time-time,TT)变换,在双时域上刻画轴承故障振动信号的时变特征;然后利用提出的时时能量定义计算轴承故障振动信号的时时能量,获得轴承故障振动信号的时时能量信号;最后对时时能量信号进行阶比分析得到轴承故障振动信号的时时能量阶比谱,并根据时时能量阶比谱的阶次特征识别出轴承故障类型。分析了变转速工况下的滚动轴承故障仿真信号和实验测试信号,结果表明:时时能量信号能够有效追踪轴承故障振动信号的时变能量分布,增强故障特征信号的冲击特征,时时能量阶比谱较包络阶比谱抗噪能力更强,为变转速工况滚动轴承微弱故障诊断提供一种有效方法。     

LCD谱熵及其在滚动轴承退化状态识别中的应用

针对滚动轴承在出现故障时其振动信号呈现出非线性、非平稳特性,以及退化特征难以提取等问题,将局部特征尺度分解法应用到轴承振动信号分析中,并与信息熵理论融合提出局部特征尺度分解谱熵的滚动轴承退化特征指标。该方法首先对不同故障程度的轴承振动信号做局部特征尺度分解,基于得到的内禀尺度分量计算振动信号得能谱熵、奇异谱熵和包络谱熵用于表征轴承故障程度,仿真信号分析结果表明以上特征指标能够较好地反映滚动轴承的退化状态。对内圈故障和外圈故障模式下不同程度故障的轴承振动信号进行分析,结果表明该文提出的退化特征能够有效表征轴承的退化状态,并采用灰关联分析法构建轴承退化状态识别模型,可有效实现轴承退化状态识别。     

引入撞击力的滚动轴承内圈故障振动模型

轴承动力学建模是深入理解故障产生机理的重要手段,是滚动轴承故障诊断的理论基础和关键环节。为了更准确地预知振动特征,以Hertz接触理论为基础,将轴承内圈与轴、外圈与轴承座之间的接触部分简化为弹簧-阻尼连接,轴承与滚道的接触点等效为线性弹簧。并将与轴承转速密切相关的撞击力这一运动参数引入到振动模型中,建立了一种能够综合考虑结构参数和运动参数的三自由度滚动轴承故障振动模型。对滚珠与缺陷的接触过程进行了详细分析,给出了包含转速参量的撞击力求解公式,并采用Runge-Kutta法对得到的非线性振动方程进行数值求解。最后采用6204滚动轴承内圈故障实测信号与所提出的振动模型求解得到的仿真信号进行了比较分析。结果表明,所建立的考虑撞击力的振动模型能够有效地对轴承故障信号的故障频率以及幅值进行预测。     

基于LMD和Lempel-Ziv指标的滚动轴承故障损伤程度研究

摘要：针对不同转速下,不同损伤程度的滚动轴承内、外圈故障,提出一种基于局域均值分解（Local Mean Decomposition,LMD)和Lempel-Ziv指标的滚动轴承损伤程度识别方法。LMD 方法是一种新的自适应时频分析方法,将轴承振动信号分解为若干个瞬时频率有物理意义的乘积函数 (Production Function, PF),再结合峭度条件找出蕴含故障信息的最优PF分量,计算其PF函数和包络的Lempel-Ziv的归一化值,再加权求和得到最终的Lempel-Ziv综合指标,表征了不同故障的损伤程度。同时还研究了在不同转速下的内、外圈故障轴承的Lempel-Ziv指标的分布规律,使结论更具有普遍性。经实验结果验证,此方法能有效地应用于滚动轴承的故障程度的诊断。     

工程陶瓷高效平面磨削表面波纹度试验研究

 以氧化铝和氧化锆两种工程陶瓷在高效磨削条件下的磨削振动和表面波纹度为研究对象,概述了磨削表面波纹度的定义和评价方法以及产生波纹度的原因,在超高速平面磨削实验台上进行磨削工艺试验,通过改变砂轮线速度、进给速度和磨削深度,分析了磨削参数对零件表面波纹度的影响。在试验研究的基础上,对磨削表面波纹度的影响因素和机理进行分析和讨论。试验结果表明,在陶瓷材料高效平面磨削中,砂轮线速度和进给速度是影响磨削颤振与表面波纹度的主导因素。在如120 m/s的较高砂轮线速度时,磨削过程振动主要是由强迫振动引起,工件表面质量好于低速情况。在保证较高磨削效率的前提下,陶瓷材料的高效磨削更适合在大切深和小进给速度条件下进行。     

Fracture-induced formation of semi-concentric patterns on polymeric films

Using the linear perturbation method, the effect of radial residual-compressive surface stress on the surface evolution of a solid film was analyzed. The result showed that the radial-compressive surface stress can cause the formation of concentric surface waviness on the surface of the film. An analytical relationship was established between the apparent surface stress, the spatial wavelength, and the film thickness. Using a concentrated-loading method, a complementary set of semi-concentric surface ripples was formed on the fracture surfaces of a polymer film which was sandwiched between two glass slides. The amplitude of the semi-concentric ripples first increased with increasing the film thickness and then became independent of the film thickness for the film thickness ranging from 491 nm to 636 nm. Using the derived relationship and the experimental data, the variation of the apparent surface stress with the film thickness was calculated. The magnitude of the apparent surface stress increased with increasing the film thickness.     

多级叶盘结构随机失谐响应特性分析

为研究多级叶盘结构最大失谐强迫响应幅值及最坏失谐模式,通过没置失谐变量为优化变量,提出了运用遗传算法和序列二次规划混合方法确定最大的失谐强迫响应幅值及最坏失谐模式的通用方法.针对典型三自由度扇区单级和耦合两级叶盘结构集中参数模型计算了相应谐凋系统叶片刚度失谐时的最大失谐幅值放大系数及最坏失谐模式,揭示了失谐跳变-局部化...     

Y形旋转超声波马达的设计与动态特性分析

为了探索和丰富旋转超声波马达的结构,使其满足响应精准且速度快以及控制简便的要求,设计了Y形旋转超声波马达,并对其结构及动态特性进行了分析。Y形旋转超声波马达将3组压电陶瓷片的横向振动复合成驱动足端面对转子的微幅驱动,通过摩擦耦合在惯性作用下推动转子顺时针或逆时针旋转。运用Workbench软件中的Design Exporation组件对Y形旋转超声波马达定子组件的结构尺寸进行了优化设计,提升了定子组件的性能。构建优化后Y形旋转超声波马达定子组件的有限元仿真模型,并通过模态分析获得了定子组件工作所需的固有振型,通过谐响应分析获得了定子组件的幅频特性曲线,通过瞬态分析获得了1个激励周期内定子组件的振动模态,验证了Y形旋转超声波马达的驱动机理。结果表明,Y形旋转超声波马达压电陶瓷片表面施加电压的最佳频率为20 739 Hz,对应的驱动足端面的振幅为6.95 μm。Y形旋转超声波马达结构简单且具有对称性,能效利用率高,对拓宽超声波马达的应用领域有重要参考价值。     

转子系统碰摩行为的研究

应用非线性动力学现代理论对一个带间隙转子系统的数学模型进行了研究 ,通过以转速比变化为参数的分岔图发现 :在超临界转速下存在完整的间隔混沌、周期加分岔序列 ,即系统在周期运动与混沌运动之间交替 ,且周期加一、周期数与临界转速的倍数对应相等 ;在转速小于临界转速时 ,各个连续阶次谐运动的转换区分别都出现了经由一个倍周期分岔直接导致的混沌频带 ,后又直接由一个逆倍周期分岔转化为周期一的现象。同时还揭示了阻尼对系统谐波振动幅值和转换区混沌频带宽的抑制作用 ,以及非线性刚度对混沌频带的抑制和对谐波响应幅值的促进作用。提出设计转子系统时应适当增加阻尼和选材时综合考虑系统的动力学特性 ,系统提高转速时 ,转速不要在转换区滞留太长及工作转速尽量不要选在系统的临界转速的倍频上等建议 ,这些都对减小系统故障发生率和提高系统动力学特性有重要意义     

键合压力对超声换能系统非线性混沌特性的影响

利用基于关联维数的相位随机化的替代数据算法,对不同键合压力下超声换能系统中换能杆末端轴向振动的实测数据进行正确替代,并用非线性动力学的理论来检验其是否具有非线性。通过实验对所测振动时间序列的关联维数进行计算,结果表明在实际键合过程中,不同键合压力下变幅杆末端轴向振动都具有非线性成分。这有利于更好地认识超声引线键合换能系统,并为进一步利用非线性时间序列分析方法研究引线键合过程中的复杂振动提供了深入分析的科学手段。     

Rotor Design and Finite Element Analysis of Traveling Wave Rotaty Ultrasonic Motor

The dynamic transfer mechanism of the traveling wave rotary ultrasonic motor rotor-stator' s contact surface is studied in the paper and the key parts stator and cone flexible rotor of ultrasonic motor are designed.The three-dimensional contact model and finite element model considering the radial sliding between the rotor and the stator are established. The relation between the stator surface particle that amplitude frequency characteristics,resonance speed,radial displacement of ultrasonic motor and the tooth height are analyzed. Mass point radial relative displacement of contact surface between the cone flexible rotor,flexible rotor and the stator are contrasted. The cone flexible rotor is better placed on the surface of the stator tooth through its elastic deformation is interpreted. The cone flexible rotor reduces the radial slip between the stator and the output efficiency of ultrasonic motor is improved. The displacement trajectory of the stator surface is synthesized in a row wave cycle. The method of the stator mass point elliptical motion drives the rotor rotation is verified.     

利用关联维数分析机械系统故障信号

根据机械系统运行中测量到的信号的处理，进行系统特征识别。针对非线性系统的特点，区别于以往对线性系统使用的时域，频域定性分析法，用分形维数定量刻画机械系统运行状态。使用分形维数中能直接反映转子系统运行特点的关联维数来获得转子运行故障以及故障发展程度的定量描述。本文采用的高效关联维数算法，提高了计算速度和描述转子系统故障的精度。     

呼吸性裂纹转子的瞬态振动特性分析

旋转机械转子轴萌生裂纹后,瞬态加速过程中转涡差角时变使裂纹周期性开合,系统发生不同于稳态情况的振动。本文基于中性轴法确定裂纹开合,数值计算了呼吸裂纹引起刚度时变的转子过临界转速的瞬态振动,分析了裂纹大小、方向角和重力对线性加速转子瞬态振动的影响,以及定功率加速瞬态过程中系统振动响应及稳定性。结果发现,瞬态条件下带呼吸裂纹转子系统亚谐波共振并不明显;裂纹越大,过临界转速时瞬态振幅越大;在临界转速附近裂纹瞬时张开会激起很大的振动;定功率加速过程下,若功率不足够提供转子顺利穿过临界转速,则会出现外界扭矩与瞬态振动的能量耦合,大裂纹还可能造成瞬态振动发展成混沌。