CFD在柴油机连杆轴承穴蚀分析和轴承改进中的运用

轴心轨迹是分析轴瓦故障常用方法，根据轴心轨迹图可以判断轴承工作的可靠性，分析轴瓦损坏的原因。但轴瓦故障只能从轴心轨迹形状上加以判断，并不能从油膜压力的数值上进行准确地分析，因此在分析轴瓦损坏时，有必要求解整个油膜面压力分布。针对某型柴油机连杆大端轴瓦出现异常损坏故障进行了研究，利用轴心轨迹和计算液体动力学（CFD）方法，对轴瓦壁面油压进行了计算分析，结果表明在轴瓦损伤部位存在负压区，从理论上验证了发生穴蚀的可能性。运用轴心轨迹和CFD软件对轴瓦结构进行了改进，改进后使用结果表明，轴瓦运行状态良好，从而进一步证实了本计算方法的可靠性。     

基于显式有限元的转子不平衡与轴承故障耦合分析

为分析转子不平衡与轴承故障耦合振动特征及产生机理,在对转子不平衡与轴承故障耦合状态下受力分析的基础上,基于虚位移原理的增广拉格朗日法建立轴承运动控制方程,运用LS-DYNA建立转子-轴承系统二维显式动力学有限元模型,分析了故障耦合状态下轴承振动加速度、转子轴心运动轨迹,探明了转子不平衡-轴承缺陷耦合故障冲击响应特征及转子轴心运动轨迹突变机理,并通过试验进行了验证。结果表明:转子不平衡与轴承外圈故障耦合状态下,轴承座测点位置故障特征频率被转频调制,冲击幅值随转频变化;转子轴心轨迹呈椭圆形,且缺陷位于轴承承载区时,转子轴心轨迹存在突变。     

机械不平衡及轴瓦间隙对水轮机运行稳定性的影响分析

机械不平衡及间隙过大等问题是水力机械不平衡的主要原因,通过对45 MW轴流转桨式水轮机进行稳定性试验,包括空载、变转速以及变负荷试验,并对监测到的振动和摆度数据进行频谱分析以及主轴轴心轨迹分析,发现机组同时存在转子质量不平衡问题及间隙过大问题。为降低机组振动及摆度幅值,通过键相位法快速确定机组的质量不平衡点,并进行配重;又根据轴心轨迹特性逐步调整上导及水导间隙。通过三次配重试验,最终确定配重质量为36 kg,结合轴瓦间隙调整,上机架、顶盖等部位的振动幅值以及上导和水导的摆度幅值均有效降低至安全运行范围,提高了机组的运行稳定性。通过试验,验证了联合分析振摆特性和轴心轨迹对于综合判断机组多重因素引起振动问题的有效性,介绍了剔除干扰因素并确定直接影响因素的试验和分析方法,能够有效降低试验次数,快速确定故障原因,并提高故障诊断的准确率。     

有初弯非对称刚度转子系统等变速过程动力学特性研究

以具有初始弯曲的非对称刚度单盘转子系统为研究对象,建立等变速情况下圆盘中心无量纲运动微分方程,运用数值分析方法对振幅及轴心轨迹进行仿真模拟,针对系统振幅、轴心轨迹对刚度比、重力参数、初弯值、初弯与质量偏心间夹角的响应规律进行了讨论研究。结果表明刚度非对称的情况下,重力参数是系统出现副临界现象的主要原因,对系统的轴心轨迹及静挠度有重大的影响;系统共振峰值会随着初弯值的增加而增大,随着初弯与质量偏心间夹角的增大而减小,这可以为系统故障诊断提供理论依据。     

转子系统松动与碰摩耦合故障非线性特性研究

建立了带有支座松动故障的非线性刚度转子系统局部碰摩动力学模型 ,利用数值积分和 Poincaré映射方法 ,对转子系统由于支座松动与局部碰摩耦合故障导致的非线性动力学行为进行了数值仿真研究 ,给出了系统响应随转子转动频率和偏心量变化的分岔图和一些典型的 Poincaré截面图、相平面图、轴心轨迹和幅值谱图等 ,以及非线性刚度对系统响应的影响。从中发现此类非线性振动系统具有周期、倍周期和混沌等复杂的动力学行为     

基于复值过程高阶累积量谱的轴心轨迹分析的研究

用复值过程表示轴心轨迹,将复值过程高阶累积量理论引入轴心轨迹分析这一研究领域。结合轴心轨迹的形状讨论了轴心轨迹复值过程的频域特点。证明了混杂在轴心轨迹中的高斯复噪声和实虚部非相关随机噪声的高阶累积量为零,定性说明了该理论亦可有效抑制宽带和窄带噪声。定义了双谱的工频切片和半工频切片。给出了利用双谱幅值谱及其工频切片分析轴心轨迹的计算方法,并将该方法用于转子不对中故障轴心轨迹的分析,验证了该方法同时具有对轴心轨迹的提纯和特征提取的功能。利用工频切片方法对多种故障的轴心轨迹进行了特征提取,其结果表明该方法可将不同故障的轴心轨迹转化为量值的组合,符合机械故障智能诊断的需要。     

示波器在旋转机械故障简易诊断中的应用

介绍一种转轴振动的直接测量的方法，并利用在示波上显示的轴心轨迹图，时基图对振动的幅值、相位、频率等振动特性进行分析。还将根据轴心轨迹图的变化对机组的典型故障进行简易诊断。     

提纯滤波轴心轨迹在齿轮箱故障识别中的应用

基于风扇驱动齿轮箱外啮合人字齿试验件试验时的现象,结合动力学分析及故障理论等知识,建立一套对轴心轨迹的提纯滤波方法。通过对比振动数据与提纯滤波轴心轨迹的变化趋势来判断故障类型,确定提纯后的轴心轨迹可以更早的发现问题,避免严重事故的发生。     

考虑常见故障的船舶输出轴系的刚柔耦合动力学模型

针对船舶输出轴系的不对中和不平衡故障进行动力学仿真，基于刚柔耦合方法建立船舶输出轴系的动力学模型。首先，将刚柔耦合模型与多刚体模型进行对比分析可知，基于刚柔耦合模型的船舶轴系的转速会出现速度波动且横向振动会出现多倍频现象；其次，研究转子不平衡和不对中故障对轴系振动特性的影响及振动对故障因素的敏感程度可知，船舶输出轴系只存在不平衡故障时，其弹性支撑的横向和垂向振动频谱只呈现单一的倍频，且幅值随着不平衡量的增加而呈增大趋势。当轴系存在不对中时，其轴向和垂向振动对转子不对中的敏感度较低，其弹性支撑的振动除了1倍频外还出现多倍频成分。随着平行不对中量的增大，转子系统1倍频幅值和多倍频幅值呈增大趋势，随着角度不对中量的增加，转子系统的2倍频幅值和多倍频幅值呈增大趋势。不对中量对转子系统2倍频及多倍频幅值贡献较大，当不对中严重时，其2倍频特征幅值明显超过1倍频幅值。此研究可为船舶推进轴系的设计和故障诊断提供理论依据和参考。     

铝锡轴瓦的疲劳裂纹分析

对AlSn20Cu轴瓦进行了疲劳试验,观察到疲劳裂纹的萌生及扩展过程,并以计算所得轴心轨迹、油膜压力和合金层应力分布为依据,分析了轴瓦的疲劳过程,与试验结果相吻合,从而为轴瓦的疲劳裂纹分析提供了新的研究方法。     

转子动静碰摩故障仿真与试验研究

针对转子碰摩的特点，建立了以刚度为分段线性的Jeffcott转子模型，并对此模型进行了仿真计算，结果表明：转速低于临界转速时系统存在高阶倍频成分；转速超过一阶临界转速后系统中出现分频振动成分；当转速接近临界转速的整数倍时，该转速频率的幅值显著增大。按照转子碰摩模型，建立了转子碰摩故障试验系统，进行了转子碰摩故障模拟试验，采集了比较有代表性的碰摩样本数据，并得到每个状态下的频谱图和轴心轨迹图。试验分析与基于碰摩力模型的仿真分析结果一致，此研究对及时准确地诊断和预报旋转机械转子早期动静碰摩故障具有非常重要的意义。     

齿式联接不对中转子的弯扭耦合振动特性分析

以齿式联轴器的不对中故障为研究对象,推导不对中激励力表达式,并从动力学的角度,建立不对中弯扭耦合振动微分方程。基于该微分方程,文中先从理论分析角度,定性分析弯振对扭振的影响和扭振对弯振的影响,接着从变转速过程、质量偏心、不对中量以及阻尼系数对弯扭耦合特性影响几方面进行数值仿真分析。计算表明,弯振与扭振是相互耦合的,质量偏心是耦合的前提。弯振频率包含工频和二倍频成分等,不对中越严重,二倍频所占比例越大,其轴心轨迹为双环椭圆。弯扭耦合将激发各阶谐波扭振,包括工频、二倍频和三倍频,其中工频扭振占主导地位。     

基于ADAMS的两级行星轮系几何偏心故障特性研究

为获得几何偏心故障状态下两级行星轮系的传动特性,开展了仿真实验研究。以MW级风机齿轮箱中两级行星轮系为研究对象,基于SolidWorks与ADAMS建立了相应的虚拟样机,在合理设置仿真参数的基础上,进行了健康、第二级太阳轮几何偏心0.1 mm和0.2 mm这3种状态的动力学仿真。结果表明:两级行星轮系中,第二级太阳轮几何偏心故障对第一级行星轮系动态特性影响不明显,对第二级行星轮系动态特性影响较大;齿轮几何偏心故障状态下,故障频率的幅值随着几何偏心程度的增大而增大,啮合频率及其倍频的幅值随着几何偏心程度的增大而减小;边带啮合频率幅值比可以作为几何偏心故障的判别依据,可以通过该值来监测几何偏心故障的变化趋势。研究结果可以为两级行星轮系的几何偏心故障诊断提供一定的理论参考依据。     

转子—滚动轴承—机匣耦合系统的不平衡/松动耦合故障非线性动力学

建立含转子不平衡/松动耦合故障的转子-滚动轴承-机匣耦合系统动力学模型.在模型中,考虑转子不平衡和轴承座松动故障的耦合、滚动轴承间隙、滚动轴承滚珠与滚道的非线性赫兹接触力以及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的变柔性振动.运用数值积分方法获取系统响应,并利用振幅-转速曲线、分叉图、相平面图、频谱图、Poincaré断面图和轴心轨迹图研究系统的分叉与混沌运动,分析旋转速度、轴承座质量、转子偏心量、轴承座与机匣间的连接刚度以及机匣与基础间的连接刚度对系统响应的影响,得到了在不平衡/松动故障耦合下的转子-滚动轴承-机匣系统动力响应规律.     

基于Matlab的转子典型故障诊断与分析

以旋转机械为研究对象,采用Matlab软件平台,通过绘制转子在不平衡、摩擦典型故障时的轴心轨迹图方法,监测和分析旋转机械的振动故障。采用平均法提纯了轴心轨迹图,减小了随机噪声的影响,还原出干净的轴心轨迹图。试验表明,采用Matlab方法不会造成数据量的减少及细节信号的丢失,能较好地诊断转子的振动故障。     

车削状态下主轴轴心轨迹测试技术的研究

研究了车削状态下进行主轴轴心轨迹在线测试的问题,搭建了适用于工业现场的主轴轴心轨迹测试系统。通过该测试系统,分析了主轴在空载、夹持工件及车削状态下的主轴轴心轨迹的变化情况。实验表明,该测试系统能够准确分离主轴的圆度误差和主轴轴心轨迹,通过测得的轴心轨迹图,可以分析主轴在不同工况下的主轴振动情况,进行机床主轴的故障评估以及建立故障自动识别系统。     

裂纹转子的理论分析与实验研究

对横向裂纹转子系统建立力学模型，求得刚度矩阵，建立运动微分方程。通过运动仿真对裂纹转子基本故障特征进行了分析，得到不同裂纹深度、裂纹方向下转轴的运动特性。并通过实验，得到裂纹轴运动轴心轨迹、三维频谱，证明偏心质量、裂纹深度、方向这些因素对转子振动影响特性，其理论分析和实验结果可作裂纹故障的分析和识别依据。     

大偏心下滑动轴承热弹流润滑状态及特性*

滑动轴承在大偏心条件下工作时，热效应及弹性变形使得油膜润滑状态发生变化，进而影响摩擦特性。为此建立耦合轴瓦弹性变形、轴颈轴瓦粗糙峰接触、油膜温度分布及黏温-黏压关系的滑动轴承混合润滑模型，采用有限差分法求解得到不同工况下油膜压力场、温度场分布，分析热效应及弹性变形对润滑状态转变及轴承各特性参数的影响；搭建实验台测量试件内表面温度分布，测试结果验证了计算模型的正确性。结果表明：大偏心时热效应和弹性变形使得油膜润滑状态出现转化；粗糙峰的接触使摩擦热增加，且在最小油膜处形成温度峰值；热效应和轴瓦弹性变形使得接触压力峰值集中在轴承两端，承载能力和摩擦力均有所下降。     

基于转子动力学的偏心齿轮对轴旋转的响应分析

乏组水下检测装置是核电站中堆外重要装备之一,对乏组件的测量精度关系到核电站的安全运行。检测装置轴上齿轮存在不平衡质量,降低了测量精度、破坏了测量稳定性。选取乏组水下检测装置中一关键传动轴结构,简化模型并建立了传动轴的运动微分方程,通过有限元法进行了转子动力学分析,得到了多工况下齿轮节点的轨迹图和位移时程图。从分析结果可以看出:偏心将导致齿轮中心点轨迹产生较大变化;偏心量一定时,两齿轮间的偏心相位角决定了齿轮中心点轨迹,节点位移幅值关于180°成对称关系。     

考虑时变侧隙与时变轴承刚度的含质量偏心齿轮系统动力学分析

为了探究齿侧间隙与轴承刚度的时变特性对含质量偏心齿轮系统动态特性的影响,结合其耦合后的动力学模型,并利用龙格库塔(Runge-Kuta)算法,求解了时变侧隙和时变轴承刚度;根据不同偏心距,对齿轮系统进行了动态响应分析。首先,根据几何关系建立了因轴承变形引起的时变齿侧间隙模型,利用赫兹接触理论推导了滚动轴承时变轴承刚度公式;然后,基于时变齿隙与时变轴承刚度,建立了含齿面摩擦与质量偏心的六自由度直齿轮系统动力学模型;最后,分析了在不同偏心距下齿隙与轴承刚度的时变特性对齿轮系统动态响应的影响。研究结果表明：考虑齿隙和轴承刚度的时变特性后,动态传递误差幅值相比恒定齿隙和轴承刚度所对应幅值分别提高了16.46%、2.02%;偏心距从0 mm增加到0.5 mm及1 mm时,其对应系统的最大边频幅值从0μm增加到0.19μm和0.33μm;质量偏心会影响系统动态响应,且随偏心距的增大,其由稳定的周期运动变为有波动性的周期运动,波动幅度与偏心距成正相关;同时,质量偏心会导致系统出现边频,边频幅值随偏心距的增大而增大;因此,应将偏心距控制在合理范围内,以防其过大而引起齿轮系统发生不稳定现象。