转子系统支承松动的分岔特性与故障诊断

滚动轴承转子系统支承松动故障是旋转机械故障中常见且危害较大的故障,针对滚动轴承转子系统支承松动故障,考虑轴承松动间隙的非线性情况,以转子动力学、Hertz理论和非线性动力学理论为基础,建立含支承松动的转子系统动力学模型.通过数值仿真研究转子系统在松动间隙扩展时显示的分岔和混沌运动等复杂动力学现象及变化规律,研究表明,支承松动的转子系统在较低的转速和较小的间隙下也会出现混沌运动.这些结论为该类故障的工程诊断提供依据.     

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.     

挤压油膜阻尼器-滚动轴承-转子耦合系统的非线性响应分析

为了研究转子系统非线性动力学响应,建立了挤压油膜阻尼器-滚动轴承-转子耦合系统动力学模型。在转子系统模型中,考虑了转子、滚动轴承及挤压油膜阻尼器之间的相互耦合作用,并充分考虑了滚动轴承的间隙、非线性赫兹接触和挤压油膜阻尼器非线性油膜力等。运用数值积分方法分析了转子转速、支承刚度以及挤压油膜阻尼器油膜间隙对系统动力响应的影响,并结合分岔图、频谱图、Poincaré映射图和轴心轨迹图分析了转子系统的非线性动力学响应。结果表明:转子系统当转速较高、支承刚度较大或挤压油膜阻尼器油膜间隙较大时,转子系统容易出现拟周期运动。     

基于非线性度的滑动轴承-转子系统支承松动状态评估

基于振动信号非线性度建立了滑动轴承-转子系统支承松动状态评估方法。针对滑动轴承-转子系统支承松动故障,运用转子动力学、机械振动等理论分别建立转子系统存在支承松动故障与无故障时的非线性动力学模型,其中松动间隙产生垂直方向弹性力采用非线性项进行描述。根据非线性度的定义,对支承松动系统动力学模型中滑动轴承油膜力采用8个系数动态特性线性化,松动故障弹性力部分采用泰勒展开进行近似,得到线性近似系统动力学模型。比较存在支承松动转子系统动力学模型与线性近似动力学模型的动力学行为差异,结合MATLAB数值积分方法,计算在不同松动间隙大小情况下滑动轴承-转子系统动力学行为非线性度,建立非线性度与松动程度之间的关系,直观地反映出支承松动故障对滑动轴承-转子系统动力学行为的影响程度,为转子轴承系统的支承松动状态评估提供一种新的思路。     

含外圈故障的高速列车轴承转子系统非线性动力学行为分析

针对高速动车组列车的轴箱轴承,建立一种含外圈故障的滚动轴承非线性动力学模型,并分析轴承在正常状态和故障状态下模型的非线性动力学行为。该轴承为高速列车圆锥滚子轴承,模型考虑了轴承间隙、滚子和滚道之间的非线性赫兹接触力、由于转子质量偏心引起的不平衡力等因素。对模型进行数值求解,通过对比仿真和实际求得的变刚度频率外圈故障特征频率验证了模型的正确性。得到系统复杂的非线性动力学响应,分析转子速度、故障尺寸等因素对系统稳定性的影响,随着转子速度和故障尺寸的增大,系统会逐渐偏离稳定的运动状态,更早地进入混沌。通过频谱图、相平面图、分岔图以及Poincare映射图进行系统分岔和混沌特性分析,发现了通往混沌的拟周期运动、阵发性和倍周期分岔途径。分析结果对研究列车轴箱轴承故障的产生机理和演化规律具有一定的价值。     

内外激励作用下含侧隙的齿轮传动系统的分岔和混沌

为研究支承刚度和齿侧间隙对齿轮-转子系统的分岔和混沌运动的影响,考虑齿侧间隙和内外激励的作用,建立齿轮-转子系统的非线性动力学模型。在对动力学方程进行数值仿真的过程中,为判断齿轮-转子系统的振动是否为混沌运动,采用混沌时间序列分析的方法计算齿轮-转子系统的高维非线性方程的最大Lyapunov指数。结果表明,随着支承刚度的增加,系统的弯扭耦合临界转速也会相应地增大,出现分岔和混沌的区域也随之改变。齿侧间隙对齿轮-转子系统的一阶弯曲临界转速附近的振动的影响较大,当齿侧间隙相对较小时,一阶弯曲临界转速附近的振动相对较好;当齿侧间隙增大到一定值时,一阶临界转速处的振动接近倍周期运动;当齿侧间隙继续增大时,一阶临界转速附近的振动从倍周期运动进入混沌;当齿侧间隙增大到较大值时,一阶临界转速附近的振动迅速转变为混沌运动。混沌时间序列分析方法能有效的计算高维非线性方程的最大Lyapunov指数。     

滚动轴承转子系统的非线性动力学特性分析

接触非线性和间隙非线性耦合导致滚动轴承 转子系统表现出复杂的动力学特性 ,在工作转速范围内系统会产生分岔混沌振动 ,从而影响系统工作的稳定性和可靠性 ;在计及轴承接触非线性和径向间隙的条件下 ,建立了滚动轴承支承的水平刚性转子系统的非线性动力学模型 ,用数值积分方法得到系统在不同参数域中的相图、轴心轨迹、频谱图及Poincar啨映射图 ,研究了系统响应随转子转速的变化趋势。结果表明 :轴承的径向间隙是决定轴承 转子系统动态响应的一个重要参数。随着间隙的增大 ,混沌响应区变宽 ,轴承的动态刚度减小 ,故在设计滚动轴承 转子系统时 ,应对径向间隙进行优选。     

发动机转子系统碰摩-裂纹-松动耦合故障作用下动力学特性分析

建立了滚动轴承支承下的双跨转子系统非线性动力学模型,采用四阶-五阶定步长Runge-Kutta法分析比较了系统在无故障、碰摩故障、裂纹故障、一端松动故障以及碰摩-裂纹-松动耦合故障5种工况下随着转速变化的转子动力学响应。数值分析了在碰摩-裂纹-松动耦合故障工况下转子不平衡量、碰摩刚度、松动端轴承座质量对系统响应的影响。结果表明:当系统存在碰摩故障时,一阶临界转速有所提高,动力学行为更为复杂;存在裂纹故障时,一阶临界转速有所降低;存在松动故障时,响应混沌区域变大;存在三种耦合故障时,超一阶临界转速响应出现大面积混沌。随着转子不平衡量、碰摩刚度的增大,响应趋向于混沌,松动端轴承座质量在高速下响应具有敏感性。     

滚动轴承支承下的不平衡转子系统非线性动力响应分析

建立了滚动轴承支承下的转子系统非线性动力学模型。在滚动轴承模型中,充分考虑了滚动轴承的间隙、滚动轴承的滚珠与滚道的非线性赫兹接触力及由滚动轴承支撑刚度变化而产生的VC（varying compliance）振动,在转子系统中考虑了由于转子质量偏心而产生的不平衡力。运用数值积分方法获取了系统的非线性动力响应,分析了转子旋转速度、滚动轴承间隙对系统动力响应的影响,并运用分叉图、相平面图、频谱图及Poincaré映射进行了系统分叉与混沌特征分析,发现了通往混沌的倍周期分叉、拟周期环面破裂和阵发性分叉途径。     

基于SIMULINK的齿轮-转子-轴承系统非线性动力学仿真

根据拉格朗日方程,建立了齿轮-转子-轴承传动系统平移-扭转耦合非线性动力学模型,模型中考虑了齿轮系统阻尼、齿侧间隙及滚动轴承径向间隙非线性,对动力学方程进行无量纲化处理,将方程组转化为统一的矩阵形式。利用MATLAB/SIMULINK仿真软件对齿轮间隙非线性动力学模型进行数值仿真,通过建立仿真模型,对其在某些参数域中进行了非线性振动研究,分析参数变化对系统稳态响应的影响。结果表明,在一定的激励频率区间内,随着激励频率的减小,系统的响应首先由单周期谐振动响应演变为二周期的次谐响应,然后演变为四周期的次谐响应,最后表现为混沌响应;在齿侧间隙相同的前提下,轴承支承间隙加强了系统的非线性。基于SIMULINK数值仿真的方法可以很方便的求解更加复杂的齿轮传动系统动态响应,为深入研究齿轮非线性动力学问题提供了一种方法。     

有摩擦的非线性多转子系统的动力特性

用近代非线性动力学理论分析弹性支承有间隙和摩擦的非线性刚性多转子系统的复杂运动，建立支座松动和有摩擦的弹性支承的力学模型，导出这类多转子系统的运动微分方程组，用数值方法得到系统在某些参数区域内的轴心轨迹图、Poincare映射图和分岔图等。以转子转速、刚度、阻尼、摩擦系数、轴承间隙或时间等为控制参数讨论了进出混沌区的不同路径和系统各种形式的拟周期、倍周期和混沌运动。分析结果为定性地改善转子系统的稳定运行状态提供理论依据。     

高速列车轴箱振动无线采集器

随着铁路事业的飞快发展,列车运行速度越来越快,其运行安全显得尤为重要。轴箱作为列车走行部的关键部件,其振动情况可以很好地反映出列车的运行安全状态,本文介绍以JN5139低功耗无线通信模块和C8051F021单片机为基础,用于采集高速列车轴箱振动信号无线采集器的设计。     

带有支座松动故障的离心泵叶轮转子分岔特性分析

将离心泵叶轮转子系统简化为中间带有刚性圆盘的柔性转子,在引入非线性横向流体激振力的条件下,建立带有支座松动故障的不平衡离心叶轮转子在非线性轴承油膜力作用下的振动模型,并推导系统的无量纲运动方程.运用数值积分法研究系统的分岔特性,分析横向流体激振力以及松动端轴承支座质量对该类离心泵叶轮转子系统非线性动力学特性的影响.     

轴承间隙对轴承振动影响的理论模型与试验研究

传动设备在安装和运行过程中,都会存在轴承间隙问题,它是影响轴承使用性能的因素之一,因此对轴承间隙的研究具有重要的理论意义与工程价值。为了确定轴承内间隙对轴承振动的影响,从轴承振动的动力学特性入手,建立了2-DOF滚动轴承的理论模型。对测试的轴承,基于赫兹弹性接触理论分析滚动轴承动力学特性,轴承内圈平衡点的个数取决于轴承间隙的大小。当轴承间隙e<4.5μm时,有一个稳定的平衡点,而且在平衡点中心附近,轴承内圈存在周期振动;当轴承间隙e≥4.5μm时,随着轴承间隙和转速的不断增加,系统会产生混沌振动,发生混沌振动的区域也不断增多。同时,对?127滚动轴承的台架实验结果表明：在相同的阻尼参数、轴承尺寸和转速下,由实验数据得到的奇异吸引子的结果与通过求解运动方程结果接近,这种定性的结果不仅证实了轴承混沌行为的存在,而且验证了理论模型的可靠性。     

一种考虑轴承缺陷影响的机构动力学分析方法

为有效地揭示轴承滚道缺陷特征对高速机构动态响应特性的影响规律,在多体动力学理论框架下提出一种考虑轴承缺陷影响的机构动力学分析方法。该理论采用力约束方法构建机构中滚动轴承转动副模型,通过分析轴承中各滚动体与滚道缺陷几何特征之间的接触关系,计算滚动体接触载荷并获取轴承转动副等效约束反力,探讨轴承缺陷激励对高速机构动态性能的影响规律。在此基础上,以含深沟球轴承的曲柄滑块机构为例,分析轴承滚道表面局部式缺陷和分布式波纹度缺陷对机构动力学特性的影响。研究表明,轴承滚道缺陷将引发轴承各滚动体接触动载荷突变。这种突变载荷经传播后,直接影响着机构中各构件的运动状态,对高速机构运动平稳性将产生严重影响。此外,该理论方法具有一般性,具有不同滚道几何缺陷特征的滚动轴承均可嵌入到本方法中,分析轴承转动副缺陷对各类机构动力学特性的影响。     

有限变工况特征迁移学习方法及其在高速列车轴箱 轴承故障诊断中的应用

以高速列车轴箱轴承为研究对象,提出了一种适用于有限数量变工况下的轴承故障诊断方法。该方法以有监督的学习模式构造自编码器,将不同工况下特征值集向参考工况下特征集做映射迁移,从而减弱由工况变化引起的轴承故障特征值改变的影响。再将迁移后的特征集输入由参考工况特征集预训练的基于卷积神经网络的故障诊断模型,实现变工况下轴承故障的诊断。凯斯西储大学轴承公开数据集和高速列车轴箱轴承数据集的试验结果表明,经监督式自编码器特征迁移后的轴承故障识别准确率有了较大提升,该方法能够较好的实现有限工况下的特征序列的迁移,解决工况变化带来的故障特征的畸变问题。     

基于轴箱振动与动力学模型驱动的高速列车车轮失圆状态识别方法

针对高速列车车轮失圆识别难以兼顾效率与精度问题,提出一种基于轴箱振动与动力学模型的高速列车车轮失圆状态智能识别方法。首先,利用静态检测设备采集车轮非圆原始数据,提出一种数据增强技术构建车轮非圆增强数据集。其次,将增强数据集输入至高速列车车辆—轨道耦合动力学模型,获取车轮不同失圆状态下轴箱振动样本集。最后,通过构建恰当结构与配置参数的一维卷积神经网络(1-dimensional convolutional neural network,1-DCNN),可对轴箱振动信号进行自适应特征提取,实现对车轮失圆状态的智能识别分类。结果表明：提出的车轮失圆状态智能识别方法能实现正常车轮、多边形车轮、擦伤车轮、随机非圆化车轮与局部缺陷车轮5类车轮失圆状态的智能分类,准确率达99.2%(标准差为0.05),且单个样本平均识别耗时为0.4 ms。结合现场试验,所提方法对实测轴箱振动具有较好识别能力,测试精度为95%。与经典的SVM和BP神经网络相比,1-DCNN模型具有更高的识别准确度。     

松动对碰摩转子-轴承系统非线性特性的影响研究

在同时考虑轴承油膜力和碰摩发生时转子与定子之间的相对滑动速度对非线性摩擦力的影响基础上,构造了含有松动和碰摩故障转子系统的动力学模型,对转子 轴承系统由松动和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,发现该类系统在运行过程中存在周期运动、拟周期运动和混沌运动等丰富的非线性现象,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了理论参考。     

支承松动的质量慢变转子系统混沌特性研究

建立了带有支承松动故障的质量慢变转子系统的动力学模型，利用数值积分和Poincare映射方法，对该转子系统由于支承松动故障而导致的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变化的分岔图、最大Lyapunov指数曲线图、典型的Poincare截面图和幅值谱图等，以及质量慢变系数对系统响应影响的分岔图。结论表明：转子的横向均为多周期运动，纵向响应几乎均为混沌运动；随着转动频率的增加，转子的振动幅度出现波动，而在2倍固有频率处达到极小值；质量变化幅值系数的增加致使混沌运动的频率区间增大等。     

滚动轴承非线性时变参数动力学模型与故障机理研究

基于滚动轴承故障动力学模型研究其振动特性及故障机理是实现轴承故障准确诊断的基础。为描述滚动轴承缺陷对其振动响应特性的影响,考虑滚动体与缺陷的相对几何关系,提出了时变接触变形与时变刚度耦合的滚动轴承故障非线性动力学模型。以NSK6205深沟球轴承为对象,通过建立6+N_b自由度非线性时变参数动力学模型,分析了滚动体通过外圈缺陷区域时接触变形、接触刚度以及振动响应的变化过程,得到了不同缺陷尺寸下滚动轴承故障冲击振动响应特征变化规律。理论分析和实验研究结果表明,随着缺陷尺寸的增加,滚动轴承故障振动响应产生由双冲击到多冲击的变化特征,不同缺陷尺寸下,滚动体进入和离开缺陷过程中产生的冲击响应明显不同。研究成果为基于振动信号实现滚动轴承故障尺寸判断提供了理论依据。