单盘转子碰摩条件分析

通过对单盘转子系统碰摩运动规律的理论分析和计算仿真,得出了转子初次碰摩转速的解析表达式;并对阻尼、偏心距和间隙对转子碰摩转速的影响进行了讨论分析.当转子的偏心距与间隙的比值大于1时,碰摩转速随偏心距的增大或间隙的减小而降低;随阻尼的增大而提高.当转子的偏心距与间隙的比值小于1时,碰摩转速随其比值变化规律是先增大,当达到最大值后又减小,且随阻尼的增大而减小.     

EMD方法在转子局部碰摩故障诊断中的应用

针对转子系统局部碰摩故障振动信号的特征，将经验模态分解方法（Empirical Mode Decomposition，简称EMD）应用于转子局部碰摩故障诊断中。采用EMD方法对转子振动信号进行分解，实现碰摩、背景和噪声信号分离，从而提取转子系统局部碰摩振动信号的故障特征。试验分析结果表明，对具有局部碰摩故障的转子振动信号进行EMD分解得到的基本模式分量（IMF）具有明显的调幅特性，而其他状态下的转子振动信号经过EMD分解后得到的IMF分量没有明显的调幅特性。因此，EMD方法可以有效地应用于转子系统局部碰摩故障诊断中。     

基于实测冲击响应的转子碰摩故障特征提取方法

提出基于被测系统实测冲击响应的碰摩故障特征提取方法.以归一化实测冲击响应为基函数对振动信号进行分析,可提取出冲击响应成分.在此基础上,提出针对冲击响应成分的信号分析方法一周期序列变换,该方法可有效识别出是否存在周期性冲击响应和冲击响应出现的周期.考虑到在检测方便性和信号成分简单性上静子振动信号较转子振动信号有诸多优越性,提出同时检测转静子两种振动信号对碰摩故障进行诊断的方法.试验验证结果表明所提出的理论方法和试验技术是可行和高效的.     

双转子系统转子间碰摩故障研究

建立了两端固支Jeffcott转子间碰摩的模型,推导了模型的运动微分方程,应用龙格库塔(Rung-Kutta)法求解运动微分方程特定转速下振动响应的幅值;同时对发生高低压转子间碰摩的发动机实测振动信号进行分析总结,得到了高低压转子间碰摩的典型振动特征,对今后相同或者相似的碰摩故障提供有益的参考。     

一种新的转子碰摩故障诊断特征的研究

建立Jeffcott碰摩转子的弯扭耦合振动非线性微分方程，通过数值仿真手段，着重分析转子碰摩故障的扭振时频域特点及其非线性振动特性，并描述动静间隙对碰摩转子扭振非线性特性的影响。研究表明，转子碰摩激起丰富的扭振频谱信息，主要包括N/2X、N/3X等分频成分以及1X、2X等倍频成分，且分频幅值往往比倍频大许多。在一定转速范围内，周期运动与复杂的非线性运动交替出现。而动静间隙对转子扭振特性影响明显，动静间隙越小，转子动静碰摩越严重，频谱成分越丰富，运动形式更趋复杂，相应的各复杂运动区的范围也越宽。文中揭示的扭振特征为转子碰摩的状态识别与诊断提供了一种新方法。     

基于谐波分量的转子系统碰摩故障定量诊断方法

提出一种利用碰摩转子系统响应中的高次谐波分量进行碰摩位置和碰摩力定量诊断的新方法。基于谐波平衡理论分析碰摩故障转子系统的动力学特性,证明了碰摩故障转子系统中任意两节点之间高次谐波分量之比等于无故障转子系统频率响应矩阵的相关元素之比。根据此关系,提出转子系统碰摩故障模型诊断方法和步骤:利用正常转子系统与故障转子系统响应的任意一阶谐波分量之差,结合转子系统的动力学模型,就可以诊断出碰摩的位置;进而可以根据故障转子系统响应的各次谐波分量还原出碰摩力分量。为验证该方法的有效性,对一转子系统进行偏碰和整周碰摩时的数值仿真,并分析支撑刚度及噪声对诊断方法的影响;又在模型转子试验台上进行了试验。该方法仅利用一个转速下两个节点的振动响应即可实现碰摩故障的在线定量诊断,因此便于在实际旋转机械上实行。     

碰摩故障诊断实例研究

本文以石化企业某烟机机组故障为实例,通过振动信号的时域、频谱以及转速三维谱图分析,对烟机机组的碰摩故障进行分析诊断。     

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。     

小波包能量谱在转子碰摩故障诊断中的应用

针对转静碰摩故障的振动响应问题,采用小波基函数db6三层小波包分解和能量谱相结合的分析方法,对实测的碰摩故障信号进行频带能量特征提取。通过对仿真和实测信号进行小波包分解后作频谱分析发现:当转子发生转静碰摩故障时,频谱图中除了转子的工频外,在分频、分频倍频处引起比较稳定的分数谐波,并出现了3x等高阶倍频频率成分。在对实测信号作进一步能量谱分析时,存在碰摩特征频率的频段能量发生了变化,因此小波包能量谱分析方法能够很好地区分转子的碰摩故障。     

碰摩转子系统的非线性振动特性研究

以航空发动机转子与静子的碰摩故障为研究对象，以刚度为分段线性的Jeffcott转子为模型，建立了系统的运动微分方程，以转子转速和不平衡量作为控制参数分析了系统非线性动力学中的分叉和混沌特性。     

基于信号共振稀疏分解与包络谱的齿轮故障诊断

当齿轮出现断齿、裂纹等局部故障时,其振动信号会出现周期性冲击脉冲。在齿轮故障早期,由于冲击脉冲微弱,常淹没在齿轮的啮合频率、转频等谐波成分以及噪声中,因此,对于齿轮早期故障,直接对齿轮振动信号做包络谱分析以诊断齿轮局部故障通常效果不佳。针对这一问题,将信号共振稀疏分解方法与包络谱分析相结合,提出了基于信号共振稀疏分解与包络谱的齿轮故障诊断方法。该方法采用信号共振稀疏分解将冲击脉冲从齿轮振动信号中分离出来,然后对冲击脉冲做Hilbert包络分析,获取冲击脉冲出现的周期,进而对齿轮状态和故障进行识别。仿真算例和应用实例证明了该方法的有效性。     

转子系统启动过程局部碰摩故障实验研究

通过转子台启动过程实验模拟了局部碰摩故障发生的过程,基于Hilbert-Huang变换（HHT）得到了不同程度局部碰摩故障的时频分布特征,给出了单点碰摩与局部碰摩故障的区分方法。实验分析结果表明,单点局部碰摩故障时频分布特征表现为瞬时频率沿基频的规律性的突变与波动,其强度与碰摩程度有关,并且突变时刻与碰摩发生位置相对应;局部接触碰摩发生时,时频图上基频成分波动变化加剧,出现低频及规律变化的高频成分。基于HHT的时频分布可以在转子系统发生局部碰摩早期发现故障,与传统的频谱分析相比,能更准确地反映碰摩故障的特征。     

基于多字典-共振稀疏分解的脉冲故障特征提取

针对信号共振稀疏分解(RBSSD)方法中因字典单一导致其在处理低信噪比信号时存在分解不完全,以及因参数繁多选取困难而使其在实际工程中存在应用局限的问题,提出了多字典-共振稀疏分解(MD-RBSSD)方法。该方法在RBSSD调Q字典的基础上添加了Symlet8字典和正弦字典,通过对RBSSD分解后的低共振分量进行再次分离来实现对故障脉冲的增强提取。同时,引入相关峭度指标对提取结果进行量化评价,以验证分解结果的可靠性。算法仿真、实验分析和工程实例结果均表明,与传统RBSSD方法相比,所提出的MD-RBSSD方法能够更加准确有效地提取故障冲击成分,降低了RBSSD参数选择的难度,从而增加了RBSSD方法在工程领域的适用性。     

基于改进Hilbert-Huang变换的转子碰摩故障诊断

针对信号总体平均经验模式分解中的两个参数———所加白噪声标准差和总体平均次数难以设置的问题,通过仿真信号实验分析,给出了这两个参数设置的一般方法。以转子碰摩故障信号为对象,提出了改进的Hilbert-Huang变换（HHT）算法并将其用于提取转子碰摩故障特征。仿真和实验结果表明,改进的HHT算法能较好地提取出转子碰摩故障特征,与传统HHT算法相比,改进的HHT算法效果更好。     

变分模态分解在转子故障诊断中的应用

针对转子故障诊断问题,提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)的信号处理方法。该方法在获取分解分量的过程中通过迭代搜寻变分模型最优解来确定每个分量的频率中心及带宽,从而能够自适应地实现信号的频域剖分及各分量的有效分离,对各单分量信号进行希尔伯特变换,即可得到瞬时的频率和幅值信息。对仿真信号和典型转子故障信号进行VMD方法和经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)方法的分析比较,以验证所提方法的有效性。仿真信号的分解结果表明,变分模态能够准确分离出信号中的固有模态分量且不存在模态混叠;转子故障实验信号的分析结果表明,所提方法能够有效提取出明显的故障特征,从而准确诊断出转子存在的故障。     

基于自适应优化品质因子的共振稀疏分解方法及其在行星齿轮箱复合故障诊断中的应用

在共振稀疏分解方法中,品质因子决定其共振属性,其值的选择对共振稀疏分解结果有着很大的影响。现有的共振稀疏分解方法主要是依靠人为选择品质因子,带有较大的主观随意性,对最终诊断结果的提升非常有限。为此,基于遗传算法的全局优化性能,提出一种自适应优化品质因子的共振稀疏分解新方法。与已有方法相比,该方法利用遗传算法优良的寻优性能,优化共振稀疏分解中的品质因子,自适应地得到与输入信号故障特征相匹配的高低共振分量的品质因子。将所提出的新方法应用于某行星增速齿轮箱中行星齿轮与行星架轴承的复合故障诊断中,有效地提取出振动信号中相应的故障特征,实现了早期复合故障的准确诊断,表明了该方法的有效性和实用性。     

转子-机匣系统的碰摩振动响应

当转子与静子发生碰摩时,考虑了机匣的振动,把转子与机匣作为一个整体,建立了数学模型和系统的运动微分方程,研究了在某些特殊情况下方程解的形式,通过对系统振动响应的频谱图、波形图、Poincare图以及轴心轨迹的研究,结果表明,当机匣的固有频率大于转子转速时,在振动响应中会出现机匣的固有频率成分.     

基于第二代小波变换的转子碰摩故障特征提取方法研究

为了能够提取隐含在振动信号中的故障特征,利用第二代小波对称、紧支撑和冲击振荡衰减的特点,有效地提取具有冲击响应特性的故障特征。实验证明,即使采用较小支撑区间的此类小波,也可获得理想的效果。另外,为了获得与原始信号相同的时间分辨率,采用单支重构的方法分别对逼近信号和细节信号处理,得到了转子碰摩故障的时域响应特征,为故障诊断和预示提供了一种分离故障时域特征的方法。