滑动轴承油膜涡动与油膜振荡的故障诊断
飞机操控系统故障诊断方法研究
飞机操控系统故障诊断方法研究 发表时间：2016-01-12T10:05:19.350Z 来源：《基层建设》2015年18期供稿作者：郭莎[导读] 中航飞机研发中心本课题针对无人机在飞行过程中，操控系统易出现故障的缺点，提出了强跟踪卡尔曼滤波器的故障诊断方法，同时还结合专家系统及神经网络进行分析。中航飞机研发中心陕西汉中 723000 摘要：本课题针对无人机在飞行过程中，操控系统易出现故障的缺点，提出了强跟踪卡尔曼滤波器的故障诊断方法，同时还结合专家系统及神经网络进行分析。该方法不需要获取大量训练样本，无需占用过多的计算机资源，就能实现快速准确的诊断，克服了在线诊断能力差的缺点，该方法对无人机安全飞行意义重大。关键词：飞机操控系统；故障诊断方法；专家系统；神经网络；STF 引言 飞机对可靠性和安全性有严格的要求，必须对控制系统的潜在故障进行检测和诊断，及时发现输入、输出传感器、部附件和子系统的故障。故障诊断需要从系统结构上去检测和隔离故障。对控制系统故障检测技术的研究近年来发展很快，基于状态估计的故障诊断方法是利用状态观测器或 K a l m a n 滤波器，构造系统的状态空间观测器或滤波器，由系统的状态空间观测器或滤波器重构系统的状态或输出。把系统实测的状态或输出与利用这种数学关系得到的状态或输出进行比较，根据两者之间的差别进行故障诊断。 一、故障诊断技术的概况 1、故障诊断的涵义 飞机故障主要分为两种，一种是硬故障，一种是软故障。操作系统的故障属于软故障，故障诊断主要是对故障进行分析与判断，进而对其进行评价与决策。故障诊断需要花费大量的时间，才能诊断出故障的位置与大小，故障诊断主要的内容包括故障建模、故障检测、故障分析与故障决策。 2、故障诊断的技术 随着飞机设备的增多，其技术含量也在不断增加，为了保证飞机的安全，故障诊断技术得到了快速的发展，故障诊断的方法主要有三种，分别为模型解析法、信号处理法与知识法等。现阶段，故障诊断技术已经趋于成熟，其中线形系统技术的理论研究较多，但在具体的应用过程中仍需加强。 二、基于 STF 的飞控传感器故障诊断技术 通过强跟踪卡尔曼滤波器故障仿真实验研究发现，对垂直陀螺的注入故障时，故障观测器可以快速跟踪检测到故障的发生，以及对其他变量的跟踪和状态观测，但是对幅值估计并不是很精确。因此，本文主要是基于 STF 对飞控系统传感器故障诊断算法进行研究处理。 1、概述 强跟踪卡尔曼滤波器加上小波滤波去噪对飞控传感器进行故障诊断技术研究。其主要步骤：首先，依照飞控系统传感器的数学模型，将待测飞控系统的故障参数增加为状态变量，得到新的飞控系统传感器的数学模型，做好各个参数的匹配工作；其次，使用强跟踪卡尔曼滤波器对飞控系统传感器变量进行预测，算出飞控系统传感器的测量信息。最后，将强跟踪卡尔曼滤波所推理出的量测信息进行小波阈值去噪对飞控传感器的故障估计值进行去噪以便得到更精确的估计故障幅值。 2、基于强跟踪卡尔曼滤波的飞控传感器故障诊断 强跟踪卡尔曼卡尔曼滤波器是扩展卡尔曼滤波器的发展，为使扩展卡尔曼滤波器具有强跟踪的特点，须在线确定时变增益阵 K （k+1），使其满足正交性原理。此正交原理实质上是在状态估计残差最小方差性能指标的基础上有附加了一条输出残差序列，处处保持相互正交的性能指标。当由于模型不确定性的影响，造成滤波器的状态估计值偏离系统状态时，必然会在输出残差序列幅值上表现出来，这时只要在线适当调整增益阵K（k+1），使得残差序列仍相互保持正交，则可强迫滤波器仍保持对实际系统状态的跟踪。为了让扩展卡尔曼滤波器具有强跟踪滤波器的优良性能一种方法是采用变化的渐消因子对过去的数据进行渐消，实时调整状态预报误差的协方差阵以及相应的增益阵。由此构成了带次优渐消因子的扩展卡尔曼滤波器，即强跟踪卡尔曼滤波器。 3、强跟踪卡尔曼滤波器方法，可以有效地应用于一类非线性系统的在线传感器故障诊断。其基本思想：用扩展卡尔曼滤波器基础上算出残差，得到的残差值加强平方和运算实现故障检测；通过 STF 就能实现时变参数与系统状态的估计值；最后根据贝叶斯算法检验估计值，得到我们想要的诊断结果。 强跟踪滤波器的对飞控系统传感器故障诊断有如下的优点：： ①对于飞控系统的状态变量和故障参数有非常强的鲁棒性； ②飞控系统在建模时的测量噪声与系统噪声和系统的初值对我们观测变量和故障参数影响不是很大； ③如果飞控系统传感器故障发生了硬故障和软故障，故障参数的跟踪能力状态一直良好； ④适合于飞控系统传感器的在线估计状态变量和故障参数，它的计算量不大。 三、结合专家系统和神经网络 1、专家系统1.1概述 专家系统是利用一组计算机程序，通过知识推理从而协助人类进行故障的分类、诊断与决策等，并且根据专家的知识与经验结合自身的知识与经验，进而实现能力的完善。专家系统在众多领域均得到了应用，该系统提高了工作效率，节省了资源。 1.2具体设计
油膜轴承故障机理与诊断
油膜轴承的故障机理与诊断 油膜轴承因其承载性能好，工作稳定可靠、工作寿命长等优点，在各种机械、各个行业中都得到了广泛的应用，对油膜轴承故障机理的研究工作也比较广泛和深入。 一、油膜轴承的工作原理 油膜轴承按其工作原理可分为静压轴承与动压轴承两类。 静压轴承是依靠润滑油在转子轴颈周围形成的静压力差与外载荷相平衡的原理进行工作的。不论轴是否旋转，轴颈始终浮在压力油中，工作时可以保证轴颈与轴承之间处于纯液体摩擦状态。因此，这类轴承具有旋转精度高、摩擦阻力小、承载能力强的特点，并且对转速的适应性和抗振性非常好。但是，静压轴承的制造工艺要求较高，还需要一套复杂的供油装置，因此，除了在一些高精度机床上应用外，其他场合使用尚少。 动压轴承油膜压力是靠轴本身旋转产生的，因此供油系统简单，设计良好的动压轴承具有很长的使用寿命，因此，很多旋转机器（例如膨胀机、压缩机、泵、电动机、发电机等）均广泛采用各类动压轴承。 在旋转机械上使用的液体动压轴承有承受径向力的径向轴承和承受轴向力的止推轴承两类，本节主要讨论径向轴承的故障机理与诊断。 在动压轴承中，轴颈与轴承孔之间有一定的间隙（一般为轴颈直径的千分之几），间隙内充满润滑油。轴颈静止时，沉在轴承的底部，如图1-1 (a )所示。当转轴开始旋转时，轴颈依靠摩擦力的作用，沿轴承内表面往上爬行，达到一定位置后，摩擦力不能支持转子重量就开始打滑，此时为半液体摩擦，如图1-1（b)所示。随着转速的继续升高，轴颈把具有黏性的润滑油带入与轴承之间的楔形间隙（油楔）中，因为楔形间隙是收敛形的，它的入口断面大于出口断面，因此在油楔中会产生一定油压，轴颈被油的压力挤向另外一侧，如图1-1（c）所示。如果带入楔形间隙内的润滑油流量是连续的，这样油液中的油压就会升高，使入口处的平均流速减小，而出口处的平均流速增大。由于油液在楔形间隙内升高的压力就是流体动压力，所以称这种轴承为动压轴承。在间隙内积聚的油层称为油膜，油膜压力可以把转子轴颈抬起，如图1-1（d)所示。当油膜压力与外载荷平衡时，轴颈就在与轴承内表面不发生接触的情况下稳定地运转，此时的轴心位置略有偏移，这就是流体动压轴承的工作原理。
状态监测与故障诊断的基本图谱
状态监测与故障诊断的基本图谱 一、常规图谱 常规图谱又称稳态图谱，是在转速相对稳定、没有大幅度变化情况下的有关图谱，因此其不含开停车信息。 1. 机组总貌图 机组总貌图显示了机组的总貌，可了解机型、转子支撑方式、轴承位置、运行转速等，主要是查看探头的位置及位号。 2. 单值棒图 较为形象、直观地显示实时振动值，并可知低报、高报报警值及转速。 3. 多值棒图 多值棒图显示实时通频值及各主要振动分量的振动值，可大致了解机组运行是否正常。 正常运转状态下的多值棒图通常是：一倍频最大、且与通频相差不大，二倍频小于一倍频的一半，0.5倍频微量或无，可选频段很小，残余量不大。 其中： （1）通频值～即总振动值，为各频率振动分量相互矢量迭加后的总和。 （2）一倍频～为转子实际运行转速n下的频率f，又称工频、基频、转频， f = n／60 [Hz]；转子动不平衡及轴弯曲、轴承不良（偏心）、热态对中不良、支承刚度异常、在临界转速区运行、电机气隙偏心等，都会引起一倍频振动分量的增大，发生概率依次降低。 （3）二倍频～二倍工频，转子热态不对中、裂纹、松动、水平方向上支承刚度过差等，都会引起二倍频振动分量增大，绝大多数是轴系不对中。 （4）0.5倍频～0.5倍工频，又称半频，油膜涡动会引起该频率段增大，轴承工作不良也会引起该段频率增大；旋转失速、摩擦也都有可能。 （5）可选频段～由用户根据机组常见故障自己定义的频段，一般可选择(0.4~0 .6)倍工频或(0.3~0 .8)倍工频，用来监测是否发生亚异步振动，如油膜涡动、旋转失速、密封流体激振、进汽（气）脉动、摩擦、松动等。主要是轴承因紧力、接触、摇摆、油档及油温等问题引起的油膜失稳、摩擦、旋转失速、进汽脉动。 （6）残余量～除上述频率成分外，剩余频率成分振动分量的总和，该部分振值高时，转子有可能发生摩擦、高频气流脉动等。 4. 波形图 波形图显示了振动位移与时间的关系，又称幅值时域图。 波形图显示了振幅、周期（即频率）、相位，特别是波形的形状和状态。 图中：① 振幅为正峰与负峰之间的位移量，比较各周期对应的峰高，即可知振幅值是否稳定；② 二个亮点之间为一个旋转周期，波形图的周期数可以选取，想了解波形重复性
油膜+滚动轴承
油膜轴承的基础知识 一、什么是油膜轴承？ 油膜轴承是液体摩擦轴承的一种形式；按润滑系统供油压力的高低可分为静压轴承、静—动压轴承、动压轴承，通常习惯称动压轴承为油膜轴承。油膜轴承由锥套、衬套、滚动止推轴承、回转密封、轴端锁紧装置等部分组成；或者说是轧辊一端所安装的全 部零、部件的统称。 油膜轴承（动压轴承）是一种流体动力润滑的闭式滑动轴承。在轴承工作时，带锥形 内孔的锥套（锥度约1：5的锥形内孔与轧辊相联接）与轴承衬套（固定在轴承座内）工作面之间形成油楔（即收敛的楔形间隙）；当轧辊旋转时，锥套的工作面将具有一 定粘度的润滑油带入油楔，润滑油产生动压力；当沿接触区域的动压力之和与轴承上 的径向载荷相平衡时，锥形轴套与轴承衬套被一层极薄的动压油膜隔开，轴承在液体 摩擦状态下工作。动压轴承的压力分布是不均匀的，而且，由于相对间隙、滑动速度、润滑油粘度及锥、衬套的表面变形等不同而不同，其峰值压力区越小（即压力分布尖锐）承载能力就越低。美国的摩根工程公司研制的Morgoil油膜轴承是其技术发展的典型代表，太原重工则是国内制造大型油膜轴承的唯一生产厂家。 二、油膜轴承形成的机理 动压轴承油膜的形成与轴套表面的线速度、油的粘度、间隙、径向载荷等外界条件有 密切关系。可用雷诺方程描述： —油的绝对粘度 —轴套表面的线速度 ★动压轴承（油膜轴承）保持液体摩擦的条件： 1、楔形间隙、即h-hmin≠常数 2、足够的旋转速度v 3、合适的间隙
4、足够的粘度、适当的纯净润滑油 5、轴套外表面和轴承衬的内表面应有足够的精度和光洁度 在可逆式中厚板轧机上能否使用油膜轴承，在最大载荷的前提下取决于最低的咬入速 度和轧制节奏；中厚板轧机的油膜轴承使用的均为高粘度的润滑油，油膜的消失滞后 于轧机的制动，只要轧机可逆运转的间隔时间小于油膜消失的时间，油膜轴承就能满 足使用。 三、油膜轴承的发展 二十世纪三十年代美国摩根工程公司首先把油膜轴承应用于轧机上至今，油膜轴承的 技术已发生了巨大的进步。 1、结构上的改变 A、油膜轴承锥套与轧辊的联接，从最初的承载区的键联接发展到今天的承载区无键联接，消除了锥套在键联接处受力的作用产生变形而导致的板厚呈周期性的波动； B、油膜轴承的轴向锁紧装置由机械锁紧发展到液压锁紧，极大的方便了油膜轴承的拆装，减轻了装配的劳动强度； C、油膜轴承的轴向定位方式，由止推法兰演变到单端止推轴承加轴向拉杆的方式，再发展到目前的双端止推轴承的结构形式，有效地控制了辊的轴向窜动，改善了密封效果。 注：采用滚动轴承止推的注意事项：滚动轴承的外座圈与轴承箱之间要有足够的间隙，保证在油膜厚度（或者说偏心率）变化的任何时刻，在径向自由移动不承受径向力； 单独的供油系统，根据轧制速度供给充足的润滑油。 D、环保型的巴氏合金的开发、使用极大地改善了材料的蠕变性能，使衬套的寿命更长。 E、锥套结构尺寸的改变提高了油膜轴承的承载能力（即承载区的有键连接发展到无键连接）。 2、密封结构型式的进步 油膜轴承密封的作用，其一，防止油膜轴承的润滑油外泄，其二是避免轧辊冷却水、 润滑乳化液及氧化铁皮等进入到润滑系统中，污染润滑油导致润滑失效；任何形式的 接触密封随着服役期的延长，其密封效果都将下降，直至失效；油膜轴承的密封式消 耗件。当今油膜轴承普遍使用的密封是DF密封，摩根油膜轴承在DF密封的基础上又开发出新一代的HD密封加挡水板的组合结构。
机械故障诊断案例分析
六、诊断实例 例1：圆筒瓦油膜振荡故障的诊断 某气体压缩机运行期间，状态一直不稳定，大部分时间振值较小，但蒸汽透平时常有短时强振发生，有时透平前后两端测点在一周内发生了20余次振动报警现象，时间长者达半小时，短者仅1min左右。图1-7是透平1＃轴承的频谱趋势，图1-8、图1-9分别是该测点振值较小时和强振时的时域波形和频谱图。经现场测试、数据分析，发现透平振动具有如下特点。 图1-7 1*轴承的测点频谱变化趋势 图1-8 测点振值较小时的波形与频谱
图1-9 测点强振时的波形和频谱 (1)正常时，机组各测点振动均以工频成分）幅值最大，同时存在着丰富的低次谐波成分，并有幅值较小但不稳定的（相当于×）成分存在，时域波形存在单边削顶现象，呈现动静件碰磨的特征。 (2)振动异常时，工频及其他低次谐波的幅值基本保持不变，但透平前后两端测点出现很大的×成分，其幅度大大超过了工频幅值，其能量占到通频能量的75%左右。 (3)分频成分随转速的改变而改变，与转速频率保持×左右的比例关系。 (4)将同一轴承两个方向的振动进行合成，得到提纯轴心轨迹。正常时，轴心轨迹稳定，强振时，轴心轨迹的重复性明显变差，说明机组在某些随机干扰因素的激励下，运行开始失稳。 (5)随着强振的发生，机组声响明显异常，有时油温也明显升高。 诊断意见：根据现场了解到，压缩机第一临界转速为3362r/min，透平的第一临界转速为8243r/min，根据上述振动特点，判断故障原因为油膜涡动。根据机组运行情况，建议降低负荷和转速，在加强监测的情况下，维持运行等待检修机会处理。 生产验证：机组一直平稳运行至当年大检修。检修中将轴瓦形式由原先的圆筒瓦更改为椭圆瓦后，以后运行一直正常。 例2：催化气压机油膜振荡 某压缩机组配置为汽轮机十齿轮箱＋压缩机，压缩机技术参数如下： 工作转速：7500r/min出口压力：轴功率：1700kW 进口流量：220m3 /min 进口压力：转子第一临界转速：2960r/min 1986年7月，气压机在运行过程中轴振动突然报警，Bently 7200系列指示仪表打满量程，轴振动值和轴承座振动值明显增大，为确保安全，决定停机检查。
油膜轴承
油膜轴承是一种主要表面加工精度、表面粗糙度以及相关参数匹配非常理想的滑动轴承，它的主要特点有： 1、承载能力大，轴承的外径相同油膜轴承的承载能力要远大于滚动轴承。 2、使用寿命长：从原理上讲，油膜轴承是不会发生磨损的。但是实际上，即使正确的使用和妥善地维护，也是要发生磨损的，只是很轻微而已。其理论上寿命可达15年左右，一般实际由于润滑和轧机设备等原因，寿命在5-10年左右。 3、速度范围宽：轧机油膜轴承可以在很低的速度下工作，也可以在很高的速度下运行，还可以使用可逆轧机：有正转速到零，再由零到负转速的状态下工作，速度范围十分之宽。 4、结构尺寸小：在相同的承载能力下，油膜轴承轮廓尺寸要比滚动轴承小。 5、摩擦系数低：油膜轴承轴承的摩擦系数一般在0.001-0.005之间，摩擦系数低，从而摩擦损耗低。 6、抗冲击能力强：油膜轴承中的油膜的挤压效应对于冲击载荷的承受能力，使得油膜轴承能很好地承受冲击载荷。 16系列轴承 16系列轴承 使用部位摩根图号轴承类型制造型号备注 二齿轮增速机A 162250 成对球轴承MRC 7334D1B 二齿轮及三轴高速增速机B 162250 滚子轴承MCS-140-160 三轴增速机及锥箱长轴C 162250 成对球轴承MRC 7226D10E CA 162250 球轴承MRC 7226D11S 三轴增速机D 162250 滚子轴承MRC-128-107 DA 162250 滚子轴承MRC-128-108 锥箱长轴E 162250 成对球轴承MRC 7224D10E F 162250 滚子轴承U-1024-EMR-305 从动轴及锥箱长轴G 162250 滚子轴承MRC MR126KC10 滚子轴承U-1026-EMR-103 从动轴GA 162250 滚子轴承MRC MR126KC11 GB 162250 滚子轴承MRC MR126KC9 GO 162250 滚子轴承MRC R126KC9 GD 162250 滚子轴承MRC R126KC7 GE 162250 滚子轴承MRC R126KC8 从动轴及惰轴H 162250 滚子轴承MRC MR312C4 HA 162250 滚子轴承MRC MR312C4 HB 162250 滚子轴承MRC R3122011 HC 162250 滚子轴承U-1211-EMR-107 HD 162250 滚子轴承MRC MR215C5 HE 162250 滚子轴承MRC MR210KC1 HF 162250 滚子轴承MRC MR211C3 HG 162250 滚子轴承MRC MR319C2 HH 162250 滚子轴承MRC R312C12 HJ 162250 滚子轴承MRC MR212C6
故障诊断的常用图谱
故障诊断的常用图谱 5.1常规图谱（又称稳态图，不含开停车信息） 5.1.1机组总貌图——显示机组总貌，查看探头的位置及位号。 5.1.2单值棒图——显示实时振动值，并可知低报、高报警值及转速。 5.1.3多值棒图?——显示实时通频值及各主要振动分量的振动值，可大致了解机组运行是否正常。 ①通频值——通频值即总振动值，为各频率下振动分量相互迭加后的总和。 ②一倍频——又称基频、工频，为转子实际工作转速的频率， f = n /60 [Hz]；转子动不平衡、轴承工作不良、热态对中不良等均会引起一倍频增大，发生概率依次降低。 ③二倍频——二倍工频，转子热态对中不良、裂纹、松动等都会引起二倍频增大，主要是对中不良。 ④0.5倍频——0.5倍工频，油膜失稳会引起该频率段增大，轴承工作不良（如间隙、紧力、接触、摇摆、油档等）也会引起该段频率增大；旋转失速（喘振的先兆）的频率为(0.4~0.8)倍工频，也有可能。 ⑤可选频段——用户根据机组的特点，自己定义的频段。 ⑥残余量——剩余频率成分振动分量的总和。该部分振值高时，转子有可能发生摩擦、气流脉动等。 正常运转状态下的多值棒图通常是，一倍频最大，二倍频小于一倍频的一半，0.5倍频微量或无，残余量不大。 5.1.4波形图——显示通频振动位移（总振值）与时间(周期)的关系，又称幅值时域图。
在正常的状态下，波形图应为较平滑的正弦波，且重复性好。 a．动不平衡时，在一个周期内为典型的正弦波； b．中不良时，在一个周期内为波峰翻倍，波形光滑、稳定、重复性好； c．摩擦时，波峰多，波形毛糙、不稳定、或有削波； d．自激振荡（油膜涡动，旋转脱离）时，波形杂乱、重复性差、波动性大。 5.1.5频谱图——显示了在各振动分量的频率及其振幅值。 横坐标可选择“阶比”或“频率”，一般用阶比。 各种频率所对应的故障可参照前面在多值棒图中的介绍。 正常运转状态下的频频图通常是，一倍频最大，二倍频次之、约小于一倍频的一半，三倍频、四倍频…x倍频逐步参差递减，低频（即小于一倍频的成份）微量。 看图谱不能就图看图，一定要与历史和正常运转下的频谱图相比较，查找那些频率成份发生了变化，变化的倍率有多大。 5.1.6轴心轨迹图——显示转子轴心相对于轴承座涡动运动的轨迹。 有原始、提纯、平均、一倍频、二倍频等轴心轨迹，主要看提纯。 在正常的情况下，轴心轨迹为一椭圆形。 若轴心轨迹的形状、大小重复性好，则表明转子是稳定的。 对中不良时，为香蕉状，严重时为8字形； 摩擦时，多处出现锯齿尖角或小环； 瓦块安装间隙相互偏差较大时，会出现明显的凸起状。
滑动轴承油膜厚度计算
1 滑动轴承的工程分析 下面是径向动压滑动轴承的一组计算公式。 1.最小油膜厚度h min h min =C-e=C(1－ε)=r ψ(1－ε) （1） 式中C=R －r ——半径间隙，R 轴承孔半径；r 轴颈半径； ε=e/C ——偏心率；e 为偏心距； ψ=C/r ——相对间隙，常取ψ=(0.6-1)×10-3(v)1/4 ， v 为轴颈表面的线速（m/s ） 设计时，最小油膜厚度h min 必须满足： h min /(R z1+R z2)≥2-3 ［1］ (2) 式中R z1、R z2为轴颈和轴承的表面粗糙度。 2.轴承的特性系数（索氏系数） S=μn ／（p ψ2 ）（3） 式中μ——润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度（Pa ·s ）； n ——轴颈的转速（r/s ）；p ——平均压强 （N/m 2 ） 用来检验轴承能否实现液体润滑。 ε值可按下面简化式求解。 A ε2 +E ε+C=0 （4） 其中A=2.31(B/d)-2 ,E=－(2.052A ＋1), C=1＋1.052A －6.4088S. 上式中d ——轴径的直径（m ）；B ——轴承的宽度（m ） 通常ε选在0.5-0.95之间，超出0-1间的值，均非ε的解［1］ 。 3．轴承的温升 油的平均温度t m 必须加以控制，否则，润滑油的粘度会降低，从而破坏轴承的液体润滑。 油的温升为进出油的温度差，计算式为： ) 5()(v K vBd Q c f p T S ψπψρψ += ? 式中 f —摩擦系数；c —润滑油的比热，通常取1680-2100 J/kg ℃；ρ—润滑油的密 度，通常取850-900kg/m 3；Q —耗油量(m 3 /s)，通常为承载区内流出的端泄量；K S —为轴承体 的散热系数［1,2］ 上式中的（f/ψ）、（Q/ψνBd ）值，如ε=0.5-0.95可按 f/ψ=0.15＋1.92 (1.119－ε)［1＋2.31 ( B/d )-2 (1.052－ε)］ （6） Q/ψνBd=ε(0.95-0.844ε)/[(B/d)-2+2.34-2.31ε] ［2］ （7） 求解，上式中的B ，d 的单位均为m ，p 的单位为N/m 2 ，ν为油的运动粘度，单位为m/s. 轴承中油的平均温度应控制在 t m =t 1+△T/2≤75℃ （8） 其中t 1为进油温度；t m 为平均温度 2 径向动压滑动轴承稳健设计实例 设计过程中可供选择的参数及容差较多，在选用最佳方案时，必须考虑各种因素的影响 和交互作用。如参数B 、轴颈与轴瓦的配合公差、润滑油的粘度的变化对油膜温升及承载能
无人机飞行控制系统故障诊断专家系统设计
无人机飞行控制系统故障诊断专家系统设计 大脑 " 控制无人机整个飞行过程。它的工作状态直接影响到飞行的品质和安全性。为了确保无人机高安全性地飞行，必须确保无人机飞控系统运行状态良好，从而要求故障诊断系统能够全面准确地诊断出故障部位，及时排除故障。 专家系统是近年来故障诊断领域最显著的成就之一，它是一种基于特定领域内的大量知识与经验的计算机智能程序系统。他应用人工智能技术，根据领域内专家所提供的专业知识、经验进行推理和判断，模拟专家做决定的过程来解决那些需要专家解决的问题。 故障诊断采用专家系统技术设计，能够有效地对无人机飞控系统及时进行故障诊断和排故，保证飞行的安全。 1、无人机飞控故障诊断专家系统总体结构本文所构建的无人机故障诊断专家系统总体结构如图-1所示。图-1无人机飞控故障诊断专家系统是一个包含极其丰富的无人机飞控领域知识的系统，该专家系统包括以下六个部分：(1)故障知识库：存放无人机飞控故障诊断规则；(2)综合数据库： 存放无人机故障原因的描述以及专家意见等信息；(3)推理机：
对整个故障诊断推理过程的控制，根据无人机飞控综合数据库中的当前信息与知识库中的规则进行匹配，然后利用适当的控制算法推理得出结论；(4)知识获取： 地面维护人员通过人机接口建立、修改和删除无人机飞控系统故障诊断的规则；(5)解释决策： 在维护人员需要时，对整个故障诊断做出的详细解释；(6)人机接口： 维护人员通过人机接口直观获得无人机飞控故障详细信息以及专家系统获取飞控领域的专业知识。 2、无人机飞行控制系统故障诊断专家系统的设计2、 1、专家系统知识的获取和知识库的建立专家系统的知识是由领域专家向系统提供一定数量的数据及资料，系统通过机器学习，将这些数据和资料按一定格式整理成知识，形成知识库。知识表示就是专家系统利用某个专业领域的各种知识在计算机内部代码表示的知识进行推理和做出决策。知识表示方法的好坏将直接影响到系统推理效率。基于无人机飞行控制系统的复杂性、故障测试点的分布和测试结果的相关性，将系统故障按不同的级别分类列表，形成具体的故障模块单元。 无人机飞行控制系统故障可以分为：计算机分系统故障、传感器分系统故障、作动分系统故障，每个分系统故障，还可以逐级细分。2、
滑动轴承常见故障及解决方法
滑动轴承常见故障及解决方法 【摘要】滑动轴承是机器中应用很广泛的一种传动，其工作平稳、可靠、无噪声。但在运行过程中常见故障很多，影响设备的正常运行。因此，总结故障原因，找出消除故障的解决方案和预防措施，从而可以达到设备正常运行，降低维修率，提高企业的经济效益。 【关键词】异常磨损；巴氏合金；轴承疲劳；轴承间隙 巴氏合金是滑动轴承常用材料之一，因其独特的机械性能，很多旋转机械广泛采用为滑动轴承材料。在日常工作中发现因滑动轴承故障导致停产，造成很大损失的情况时常发生。总结积累经验，参考有关书目知识，对巴氏合金轴承故障因素及解决方法作以简要论述。 一、巴氏合金松脱 巴氏合金松脱原因多产生于浇注前基体金属清洗不够，材料挂锡，浇注温度不够。当巴氏合金与基体金属松脱时，轴承就加速疲劳，润滑油窜入松脱分离面，此时轴承将很快磨损。 解决方法：重新挂锡，浇注巴氏合金。 二、轴承异常磨损 轴径在加速启动跑合过程中，轻微的磨合磨损和研配磨损都属正常。但是当轴承存在下列故障时，将出现不正常或严重磨损。 1、轴承装配缺陷。轴承间隙不适当，轴瓦错位，轴径在轴瓦中接触不良，轴径在运行中不能形成良好油膜，这些因素可引起转子振动和轴瓦磨损。 解决方法：更换轴承或重新修刮并做好标记，重新装配，使其达到技术要求。 2、轴承加工误差。圆柱轴承不圆，多油楔轴承油楔大小和分布不当，轴承间隙过大或过小，止推轴承推力盘端面偏摆量超差、瓦块厚薄不均,都能引起严重磨损。 解决方法：采用工艺轴检测修理轴承瓦不规则形状。 3、转子振动。由于转子不平衡、不对中，油膜振荡、流体激进等故障，产生高振幅，使轴瓦严重磨损、烧伤、拉毛。
油膜轴承维护知识
摩根油膜轴承使用维护培训教材 发布日期：[2006-6-29] 共阅[2505]次目录 第一章概述 第二章油膜轴承的组装与使用 第三章油膜轴承的维护 第四章油膜轴承的润滑 第五章参考图以及资料
说明：本教材仅供参考和掌握基本知识使用，部分内容并不全面，如有疑问，请致电摩根油膜轴承（上海）有限公司，摩根油膜轴承（上海）有限公司拥有对于本教材内容的全部解释权利。 第一章概述 一、油膜轴承原理及摩根油膜轴承的历史
二、摩根油膜轴承的构造 三、摩根油膜轴承的型号含义 四、摩根油膜轴承的特性 一、油膜轴承原理及摩根油膜轴承的历史 、油膜轴承工作原理 油膜轴承又称液体摩擦轴承，它是利用液体润滑在锥套与衬套间形成一个完整的压力油膜，分离两个工作表面，而不发生直接的金属接触，达到液体摩擦状态。它被广泛地应用与轧机轴承中，按其油膜形成的条件，可分为动压油膜轴承，静压油膜轴承和动静压油膜轴承。 目前多数轧机使用的为动压或动静压油膜轴承，它是基于粘滞流体动压效应（也称为楔形效应）：当把油从楔形的大间隙带入小间隙时，油液受到挤压，而液体本身是不可压缩的，于是就产生抗力实现承载。而应用于轴承中，由于轴比轴承小，只要轴与轴承不同心，就存在不相等的间隙，只要轴转动，就能带动轴颈附近的油顺转动方向运动，从而把油带入收敛的楔形间隙内，实现油膜轴承的正常工作。而静压油膜轴承的工作原理是基于液体的静压效应，在轴承的工作区开设油腔，并通入压力油，将轴抬起。动静压油膜轴承是在动压轴承的承载区域内开设很小的压力油腔，并通入高压油，即具备静压和动压双重效应，具备两者的特点。 1．2、油膜形成的条件
飞行控制系统常见故障研究与分析
飞行控制系统常见故障研究与分析 发表时间：2018-07-18T16:11:33.690Z 来源：《科技中国》2018年1期作者：杨恒[导读] 摘要：飞行控制系统能控制直升机的飞行姿态，能控制飞机飞行方向和实现自动区域导航、自动悬停、地速、垂直速度保持及巡航无线电高度保持等功能，是直升机上重要的航电系统。本文通过研究飞行控制系统的常见故障和处理方法，提高现场排故效率。 摘要：飞行控制系统能控制直升机的飞行姿态，能控制飞机飞行方向和实现自动区域导航、自动悬停、地速、垂直速度保持及巡航无线电高度保持等功能，是直升机上重要的航电系统。本文通过研究飞行控制系统的常见故障和处理方法，提高现场排故效率。 关键词：飞行控制系统、飞控计算机、故障 1 引言 飞行控制系统由飞控计算机、飞控操纵台、飞控放大器、速率陀螺组、并联舵机等14件成品组成，计算机是飞控系统的核心部件，计算机内部接线复杂，和飞控产品交联多，同时也和外部的组合导航、综显系统相交联，导致飞控系统故障处理起来复杂，研究飞控系统常见的几种故障和处理方法，能保障外场及时的解决故障，提高工作效率。 2 飞行控制系统的简介 飞行控制系统通过与组合导航系统、备份航姿系统、无线电高度表、综显系统、大气数据系统等进行交联（见图1），完成飞控（姿态航向）保持、气压高度保持、无线电高度保持、协调转弯、预选航向保持、自动区域导航、空速保持、地速保持、自动悬停保持、最小高度保安和总距保安等功能，并能够进行地面自检测和飞行状态监控。 3飞行控制系统常见故障与处理 飞控系统故障通过飞控操纵台的数码管显示，可以通过操纵的翻页查看故障代码，飞控系统常见以下几种故障。 3.1 操纵台报“FCMF”故障 FCMF故障代码表示操纵台未收到计算机发送的ARINC429信号，它有两种情况报故： a、在上电自检测阶段，如果飞控操纵台在完成自身上电自检测后，紧接着连续15秒未接收到飞控计算机通过ARINC429总线发送的周期性数据，飞控操纵台自主显示“FCMF” b、在正常工作阶段和PBIT申报阶段，如果操纵台连续0.25秒（即10拍）未接收到飞控计算机通过ARINC429总线发送的周期性数据，操纵台自主显示“FCMF”。 对应处理方法： a、更换飞控计算机，检查故障是否消失，若消失，则飞控计算机故障。 b、按图2检查线路是否都导通，若不导通，则更换对应线路。 c、更换飞控操作台，检查故障是否消失，若消失，则飞控操作台故障。
滑动轴承油膜厚度计算
稳健设计理论在液体动压滑动轴承中的应用 滑动轴承是各种传动装置中广泛采用的支承件，特别是在高速运转机械中，为了减小摩擦，提高传动效率，要求轴承与轴颈间脱离接触并具有足够的油膜厚度，以形成液体间的摩擦状态。 在滑动轴承设计中，只有当轴承尺寸、轴承载荷、相对运动速度、润滑油的粘度、轴承间隙以及表面粗糙度之间满足一定关系时，才能实现液体摩擦。任一参数取值不当，将出现非液体摩擦状态，导致液体摩擦的失效。以上参数的优化设计对轴承的使用性能及寿命有十分重要的作用。 通常，在设计中，往往对轴承的各设计参数和使用条件提出更高要求。轴承的设计参数或误差对轴承的性能的影响是非线性的，在不同的设计方案中，同样的误差程度，所产生的性能波动不尽相同。稳健设计就是找到一种设计方案，使得液体动压轴承的性能对误差不十分敏感，同时达到较宽松的加工经济精度而降低成本的目的。 本文对某液体动压滑动轴承进行稳健设计，建立相应的数学模型，并求得优化的设计方案。 1滑动轴承的工程分析 下面是径向动压滑动轴承的一组计算公式。 1.最小油膜厚度h min h min=C-e=C(1－ε)=rψ(1－ε)（1） 式中C=R－r——半径间隙，R轴承孔半径；r轴颈半径； ε=e/C——偏心率；e为偏心距； ψ=C/r——相对间隙，常取ψ=(0.6-1)×10-3(v)1/4，
v 为轴颈表面的线速（m/s ） 设计时，最小油膜厚度h min 必须满足： h min /(R z1+R z2)≥2-3［1］(2) 式中R z1、R z2为轴颈和轴承的表面粗糙度。 2.轴承的特性系数（索氏系数） S=μn ／（p ψ2）（3） 式中μ——润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度（Pa ·s ）； n ——轴颈的转速（r/s ）；p ——平均压强（N/m 2） 用来检验轴承能否实现液体润滑。 ε值可按下面简化式求解。 A ε2+E ε+C=0（4） 其中A=2.31(B/d)-2,E=－(2.052A ＋1),C=1＋1.052A －6.4088S. 上式中d ——轴径的直径（m ）；B ——轴承的宽度（m ） 通常ε选在0.5-0.95之间，超出0-1间的值，均非ε的解［1］。 3．轴承的温升 油的平均温度t m 必须加以控制，否则，润滑油的粘度会降低，从而破坏轴承 的液体润滑。 油的温升为进出油的温度差，计算式为： )5()(v K vBd Q c f p T S ψπψρψ +=? 式中f —摩擦系数；c —润滑油的比热，通常取1680-2100J/kg ℃；ρ—润滑油的密度，通常取850-900kg/m 3；Q —耗油量(m 3/s)，通常为承载区内流出的端泄量；K S —为轴承体的散热系数［1,2］ 上式中的（f/ψ）、（Q/ψνBd ）值，如ε=0.5-0.95可按
飞行操纵故障总结与分析
飞行操纵 ——故障总结与分析 不正常事件数据分析 (1)我司从1996年以来，737飞机发生由于飞控系统故障造成的延误大约为60起，公司所有延误事件大约为1005件。飞控系统不正常事件在总的延误事件中大约占0.6%。 (2)根据以上数据可以看出，主要是襟翼不正常事件（包括：襟翼机械卡阻，后缘不对称，前缘过渡灯亮以及蜗杆作动器漏油）在飞行操纵不正常事件中占绝大部分。 (3)另外主操纵系统中的方向舵、副翼以及升降舵占的比例差不多，方向舵配平故障早期主要表现在配平电门，经过波音改进后，近两年未再发生；由升降舵故障而引起的延误主要是感觉压差灯故障。副翼故障主要是配平与操纵力感觉大。 (4)从统计中可看出辅助操纵系统的襟翼与安定面的故障情况，决定了飞控系统的70%右的延误数量。 (5)主操纵系统由于可靠性好，所以故障率较低。但如果有故障，影响放行。 主要故障总汇与评估 (1)前缘位置指示故障，在3/400飞机的飞控系统中故障率最高，该故障属多发故障，也是很典型的故障。据波音调查，大部分用户以不同的间隔对前缘指示系统的电门、线路作检查，但效果不明显，波音也未推荐采取何种方法。800飞机前缘故障出现不多，目前还未出现较难的前缘故障。不过我司800飞机曾发生过由于前缘卡在放下位引起的前缘过度灯不灭故障。所以放行人员在前缘故障放行时一定要注意前缘的实际情况。 (2)3/400飞机后缘襟翼故障（包括襟翼机械卡阻与后缘襟翼指示不对称）,且后缘襟翼卡阻属于事故征候条款。而后缘襟翼卡阻主要由蜗杆磨损产生。从这里可见BEAVER公司的蜗杆可靠性差，波音已要求订购UMBRA公司的产品。由襟翼位置传感器与位置指示器引起的故障相映较少，位置传感器故障主要分布在近一两年，主要在2001年，连续发生3次由位置传感器引起的后缘不对称故障（2960，2970以及2937），这可能是使用时间较久，引起传感器失效。800飞机目前我司发生一次由位置传感器引起的后缘不对称，BOEING认为没有可靠性问题。 (3)副翼配平与操纵力感觉过大是主要引起延误的故障。而副翼操纵力感觉大在很多3/400飞机中都反映过（800飞机2636曾多次反映），是比较典型的问题，该故障应与设计有关。 (4)升降舵中典型的故障是感觉压差灯亮，该故障在800飞机的飞控系统中故障率最高。若该故障在地面稳定出现，影响放行。 (5)各操纵面的PCU（动力控制组件）漏油的故障较多，影响飞控与液压系统的操作。 (6)起飞警告与失速警告故障率低，据统计3/400飞机有两次起飞警告与减速板手柄位置有关，一次与前缘警告测试电门（S784）有关。起飞警告会引起飞机取消或中断起飞。 (7)安定面电配平失效主要在800飞机中出现，而且故障率较高，属于第二大故障。3/400飞机较少，主要有两次更换电配平马达，有两次配平手轮，一次极限电门（S84）。总的来说，安定面电配平故障马达故障较高，是一个影响放行的重要因数。 (8)速度刹车故障，机组报告率仅次于前缘故障.该故障虽不影响放行，但影响使用。 故障分析以及处理措施 典型故障 副翼配平故障： 主要表现在：空中平飞过程中副翼配平指示偏左或右几个单位。 ●可能原因： (1)副翼定中机构不在中立位。 (2)副翼或调整片校装有误差。
油膜振荡
油膜振荡的特征及判别方法 山东工程学院曲庆文马浩柴山 摘要：油膜振荡是大型机电设备出现故障较多的原因之一，本文主要对机电设备中出现油膜振荡的特征及判别方法加以总结论述，以便尽可能地避免油膜振荡的产生，提高机电设备的利用率和生产效率，减少设备的维修时间。 关键词：油膜振荡；设备故障；故障检测 1 涡动 转轴的涡动通常有惯性涡动、液力涡动和气隙涡动等［1］。对于轴颈轴承受到动载荷时，轴颈会随着载荷的变化而移动位置。移动产生惯性力，此时，惯性力也成为载荷，且为动载荷，取决于轴颈本身的移动。轴颈轴承在外载荷作用下，轴颈中心相对于轴承中心偏移一定的位置而运转。当施加一扰动力，轴颈中心将偏离原平衡位置。若这样的扰动最终能回到原来的位置或在一个新的平衡点保持不变，即此轴承是稳定的；反之，是不稳定的。后者的状态为轴颈中心绕着平衡位置运动，称为“涡动”。涡动可能持续下去，也可能很快地导致轴颈和轴承套的接触，稳定性是轴颈轴承的重要性能之一，是由于惯性作用的主要例证。 惯性涡动是由于转子系统的不平衡重量引起的惯性离心力P强迫引起的涡动。图1所示，矢量P与瞬时轴的动态挠度oH的夹角ψ表示惯性涡动的不同位置，夹角ψ随轴的转速n W变化。对于小的n W值，ψ接近于零，当轴的转速小于临界转速时，ψ由零增加至90°，此时力P可以分解成作用在挠度方向oH上的力P r和垂直于OH的力P t。P r与轴的弹性变形后生成的弹性力相平衡；而P t则没有与之平衡的固定力，于是被迫形成“同步涡动”。当轴的转速达到临界转速n k时，涡动达到极值；若转速继续增加，超过临界转速n k后，涡动减小。此时， P r与挠度方向相反，产生自动对中现象，这是柔性轴的特征。
01摩根油膜轴承培训教材_MS_
摩根油膜轴承使用维护培训教材 摩根油膜轴承（上海）有限公司 二OO七年五月
目录 第一章 概述 第二章 油膜轴承的组装与使用 第三章 油膜轴承的维护 第四章 油膜轴承的润滑 第五章 参考图以及资料 说明说明：：本教材仅供参考和掌握基本知识使用本教材仅供参考和掌握基本知识使用，，部分内容并不全面部分内容并不全面，，如有疑问如有疑问，，请致电摩根油膜轴承请致电摩根油膜轴承（（上海上海））有限公司有限公司，，摩根油膜轴承摩根油膜轴承（（上海上海））有限公司拥有对于本教材内容的全部解释权利对于本教材内容的全部解释权利。。
第一章 概述 一、油膜轴承原理及摩根油膜轴承的历史 二、摩根油膜轴承的构造 三、摩根油膜轴承的型号含义 四、摩根油膜轴承的特性 一、油膜轴承原理及摩根油膜轴承的历史 1.1、油膜轴承工作原理 油膜轴承又称液体摩擦轴承，它是利用液体润滑在锥套与衬套间形成一个完整的压力油膜，分离两个工作表面，而不发生直接的金属接触，达到液体摩擦状态。它被广泛地应用与轧机轴承中，按其油膜形成的条件，可分为动压油膜轴承，静压油膜轴承和动静压油膜轴承。 目前多数轧机使用的为动压或动静压油膜轴承，它是基于粘滞流体动压效应（也称为楔形效应）：当把油从楔形的大间隙带入小间隙时，油液受到挤压，而液体本身是不可压缩的，于是就产生抗力实现承载。而应用于轴承中，由于轴比轴承小，只要轴与轴承不同心，就存在不相等的间隙，只要轴转动，就能带动轴颈附近的油顺转动方向运动，从而把油带入收敛的楔形间隙内，实现油膜轴承的正常工作。而静压油膜轴承的工作原理是基于液体的静压效应，在轴承的工作区开设油腔，并通入压力油，将轴抬起。动静压油膜轴承是在动压轴承的承载区域内开设很小的压力油腔，并通入高压油，即具备静压和动压双重效应，具备两者的特点。 1．2、油膜形成的条件 1.2.1、两个工作面间必须形成楔形区域。 在油膜轴承中，锥套外表面直径与衬套的内径的差值即可得到这个楔形。 1.2.2、两个工作面必须存在一定的相对运动。
油膜振荡分析与处理
油膜振荡分析与处理 油膜涡动是由于油膜不稳定造成的，其振动频率一般在0.4~0.6倍频，但在现场实际观察也有0.3~0.7倍频的情况甚至更高；影响油膜的原因很多，如：1转速，2轴承载荷，3油的粘度，4轴颈与轴的间隙，5轴颈与轴的尺寸，6油的温度7油压8轴承进油孔的直径等’还有轴瓦的宽度等。除了润滑油品质的影响外，还有轴瓦载荷的影响，轴瓦载荷较小时容易发生油膜涡动，过大的振动容易产生油膜涡动； 油膜涡动和油膜振荡在高、中压和低压转子上均可能发生，并且由于转子标高受热负荷的影响，油膜失稳不但可能在升速过程，而且也可能在带负荷期间发生。油膜振荡不仅会导致高速旋转机械的故障，有时也是造成轴承或整台机组破坏的原因。 其实所有的振动都是轴心绕其旋转中心旋转的，这个旋转中心并不一定是轴瓦中心，因为大家都知道在运行中轴是有偏心的； 解决油膜涡动的方法当然也不是使转子运行在临界转速以下，工作转速是设计好的，不可能都改成刚性转子； 可以从轴心位置图看到其轴心是否过高，可以判断该轴瓦是否载荷较低； 解决油膜涡动，一个是检查油的质量使其合格，保证油温在设计范围内，还有就是增加该轴瓦的载荷，比如抬高轴瓦，增加轴瓦的轴径比等。
油膜涡动： 油膜的楔形按油的平均流速绕轴瓦中心运动的现象称为油膜涡动，因其平均速度为轴颈圆周速度的一半，故又称为半速涡动。 机理： 油润滑滑动轴承工作时，以薄的油膜支承轴颈。在轴瓦表面的油膜速度为零（轴瓦静止），而在轴颈表面的油膜速度与轴颈表面相同（轴颈高速旋转）。因此，不论在圆周上的任何剖面，油膜的平均速度均为轴颈圆周速度的一半。 轴颈高速旋转时，油膜厚度随楔形变化，但油的平均流速却相对不变。由于油的不可压缩性，多出的油将从轴承两端流出，或者油膜的楔形按油的平均流速绕轴瓦中心运动。 如何诊断油膜涡动引起的振动？ 诊断油膜涡动可从以下的振动特征来判断： （1）油膜涡动的特征频率为略小于转子转速的1/2，并随转速的升高而升高，常伴有1倍频； （2）振动较稳定，次谐波振幅随工作转速的升高而升高； （3）相位较稳定； （4）轴心轨迹为双环椭圆，进动方向为正进动； （5）对轴承润滑油的温度、粘度和压力变化敏感。 怎样消除？ 当前在生产中，可通过以下途径来消除油膜涡动： （1）从结构上，保证轴颈相对于轴瓦处于较大的偏心下工作；