碰摩转子系统各种图

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质量慢变碰摩故障转子系统动力学诊断研究

量慢变的转子系统而言，量的改变相当于施加在该质系统上的质量不平衡作用力发生变化，以导致系统所
的动力学行为发生改变。量慢变会引起该系统具有质
Ｐｆ：０
Ｌｋ
＋九＋１
‰≤０
‰＞０
收稿日期：０７Ｉ月２０年１
（））列，＋
（＜）ｅ６
’
★国家自然科学基金资助项目（编号：０３００５５５１）
２０２０８／
机械制造４卷第５２６２期
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征。
２２慢变质量碰摩转子系统动态特性仿真．
（３）
式中：碰摩法向刚度；为转静件间瞬态间隙值；ｋ为
九＋为第ｉ步迭代处的Ｉｇａｌｅ乘子力，以用下＋１Ｊｒｌａｇ可
式表示：
不同于众多恒定参数转子系统的动力学行为 “ １。ｌ于ｘ－，质量慢变的故障转子系统的研究比较少，献［】￣【】文１３研究了无故障慢变转子系统的非线性特性，括其自激包
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质量慢变碰摩故障转子系统动力学诊断研究★
口毛居全口姚红良口
沈阳
闻邦椿
１００１０４
东北大学机械电子研究所
摘
要：建立了碰摩故障转子系统的模型，在模型中考虑了由于质量变化引起的冲击力，采用数值方法分析了故障

裂纹-碰摩耦合故障转子系统时频特性分析

等高图，以诊断转子系统的裂纹一碰摩耦合故障。可
关键词：裂纹
碰摩
起机
小波等高图
文献标识码：Ａ文章编号：００—４９（０６０ —０３１０９８２０）８０７—０３
中图分类号：Ｋ６Ｔ２７
转动轴的裂纹故障是旋转机械的一种常见故障，裂纹会导致转轴刚度降低，而引起转子系统横向振从
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裂纹一碰摩耦合故障转子系统时频特性分析六
口宿苏英口姚红良口闻邦椿
摘要：分析了无故障转子系统、裂纹故障转子系统、纹一摩故障转子系统的起机过程时域特性，结合小波等裂碰并高图分析其时域、域特性。论结果显示，纹一摩故障转子系统既保留了裂纹故障的高频分量特征，保留了碰摩频理裂碰又故障的低频成分特征，速时域曲线出现波动。过实验验证了理论结果。究表明，过启机过程的时域波形结合小波升通研通
＋（ｋ２Ｆ【一靓）Ｏ２ｔｙ —ｙ）ｉｔ：ｅ／）（ｌＣＳ＋（ｌ２ｓｎ】０２ｍ＋ｃ＋ｋｙ＋ｋ１ｅ／）（ｌ２ｌ，ｌ【一（３２Ｆ】ｙ —ｙ）
ｉ（一）ｆ：ｆｅ６ｊＰ＝ｃＰ。Ｐ
在水平和竖直方向的分力为：
（）
故障，致机械设备的进一步损害 ” 。目前对裂纹或碰导１摩单一故障转子系统的动态特性和故障诊断的研究较多 ¨一１而对裂纹一碰摩耦合故障的研究多集中于分，析其稳态过程的动态特性一１对启、机过程等非稳，停态过程的研究较少。于启、机过程在旋转机械运行鉴停过程中的重要性，文分析了裂纹一碰摩耦合故障转本子系统的启机时域、域特性，结合小波分析理论，频并对其启机过程动态特性进行分析，果对此类转子系结统的故障诊断有一定参考作用。

转子系统碰摩故障实验研究进展与展望

ＭＡＨｕｉ，ＹＡＮＧＪｉａｎ，ＳＯＮＧＲｏｎｇ－ｚｅ，ＮＡＩＨａｉ — ｑｉａｎｇ，ＷＥＮＢａｎｇ — ｃｈｕｎ
（ＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ＆Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０８１９，Ｃｈｉｎａ）
振
动
与
冲
击
第３３卷第６期
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫ
转子系统碰摩故障实验研究进展与展望
马辉，杨健，宋溶泽，能海强，闻邦椿
１１０８１９）
（东北大学机械工程与自动化学院，沈阳
ｌｏｃｌａｕｂｒ－ｉｍｐａｃｔｉｎｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｒｏｔｏｒｓｙｓｔｅｍ，￣）ｌｏｃｌａｒｕｂ — ｉｍｐａｃｔｉｎｒｏｔａｔｉｎｇｂｌａｄｅ－ｃａｓｉｎｇ，＠ｌｏｃｌａｕｒｂ — ｉｍｐａｃｔｉｎｐｒａｃｔｉｃｌａ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｒｕｂ — ｉｍｐａｃｔｆａｕｌｔｂｅｔｗｅｅｎｒｏｔｏｒａｎｄｓｔａｔｏｒｉｎｒｏｔａｔｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｒｙ，ｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔａｂｏｕｔｒｕｂ — ｉｍｐａｃｔｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔｓｗａｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅｕｂｒ — ｉｍｐａｃｔｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔａｌｄｅｖｉｃｅｓｆｏｒｓｉｎｇｌｅｐｏｉｎｔｒｕｂ — ｉｍｐａｃｔ，ｌｏｃｌａｕｂｒ — ｉｍｐａｃｔａｎｄｆｕｌｌａｎｎｕｌａｒｒｕｂ — ｉｍｐａｃｔｗｅｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｎｄｔｙｐｉｃａｌｅｘｐｅｉｍｅｒｎｔａｌｐｈｅｎｏｍｅｎａｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｓｅｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆｒｕｂ — ｉｍｐａｃｔｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｍａｉｎｒｕｂ — ｉｍｐａｃｔｍｏｄｅｉｎｐｒａｃｔｉｃｌａｅｎｇｉｎｅｅｉｎｒｇｉｓｔｈｅｌｏｃａｌｕｂｒ — ｉｍｐａｃｔ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏ

双盘悬臂转子轴承系统碰摩故障数值仿真与实验分析

成转静件间隙的局部不均 # 从而导致局部间隙过小而发生碰摩 # 转子每涡动一周就有机会与静子发生碰摩一次 # 因此这种碰摩具有周期性特点 # 本文采用单点碰摩来模拟发生此种碰摩时系统的动
%* 力学特性 ) $
转子系统中转静件的碰摩 # 分为法向碰撞与切向摩擦两种行为 # 在非线性有限元中 # 可以归结为高度非线性的接触问题 $ 转子系统中转静件碰摩问题 # 可以看作是两个同心圆柱体的接触问题 # 可以近似地用点对点接触表示 $ 其中一个点表示静子 # 一个点表示转子 # 两个点的距离表示碰摩间隙# 当两个点的距离小于等于 # 时 # 就表示转静件发生了碰摩 ( 当两个点的距离大于 # 时 # 表示转静件脱离碰摩状态 $ 该转子系统基本参数如下 & 轴的直径> ) 悬臂部分长度 5 ) 轴承跨距4 ) ) # # YY# ! # YY# 圆盘直径> 圆盘宽度 9! ! # # YY# # YY# ! )> $ )* 阻尼系数/ 弹性模量 N # YY# a # # !# ) 9$ )! U )# # 泊松比 # 材料密度0 ) # & > 5 E a ’ )$ 6)#
’ * # 下导轴承刚度 $ , , a &,! # @ Y# & * ( # ] Y J ! )) * , 下导轴承阻上导轴承刚度为$ a ’,! # @ Y# $ )" ) 尼系数2 , 上导轴承阻尼系数2 # @’ T Y# ,! ! )$ $ ( # 并 , # 不平衡偏心量 # @’ a ’ YY TY ; ) (,! L )#
万方数据
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转子系统动静件间尖锐碰摩时的振动特征试验研究

胡茑庆张雨刘耀宗胡晓棠温熙森
摘要：过试验研究了转子系统中动静件间尖锐硅摩时的振动特征规通
律。根据硅摩的发展历程，碰摩严重程度划分为４个阶段：把刚开始触碰、早
期尖锐型触碰、中期丰尖锐型碰摩和晚期平钝型碰摩早期碰摩阶段，在发现
义见图３。
ｒ刚开蛄触碰ｊ卜—— 早期生锐型触碰．
求解方法
但对转子碰摩现象在机组实际运
行环境中所表现出的振动特征规律的试验研究、实测分析、有效检测手段和早期诊断策略研究却相对较少。。本文在试验室条件下研究了转子动静。件间尖锐碰摩时的振动特性，可望为实测分析和早期诊断提供一定依据。
时间短且有时位置不确定，因而这种故障现象相对难以检测和捕捉。如果碰摩现象经常发生，使转子或叶片长期受冲击作用，有可能导致叶片的断就裂，甚至引发其它严重故障的发生，成重大经济造损失甚至人员伤亡。因此，探究转子系统碰摩发生
ｊ，期碰ｌｐ晚平型Ｉｉｅ钝犀
ｆ
１试验原理、验装置及测试系统试
见图ｌ在转轴上固定１圆盘，定子支承：个在
Ｊ
Ｊ
上安装１个经淬火后的钢制顶秆．＿顶秆与圆盘的间
收稿日期：０００－３２０－８１基金项目：国家自然科学基金资助项目（９７０５５７５２）

转子-滚动轴承耦合系统的转静碰摩故障分析与智能诊断

第１０期
周海仑等：转子一动轴承耦合系统的转静碰摩故障分析与智能诊断滚
９１
与定子的间隙时，转静碰摩故障将产生。０为轴承则几何中心，，０为转子几何中心，０为转子质心，为静
无质量弹性轴，子两端采用对称结构的滚动轴承支转
故障诊断中，献［、］文５６分别研究了神经网络、持向支量机在碰摩故障诊断中的应用，是目前碰摩故障的但诊断往往需要大量的故障样本，而实际的碰摩故障样本获取并不容易，因此，如何利用碰摩故障动力学仿真
＝
∑ｃ（ｃｓｙｎ — ・。。，＋ｓＯｒｉｊ）
ＯＸＣＳ＋ｙｉｓｎ — ｒ。
子刚度，为弹性轴刚度，为转静间摩擦系数，，转ｃ为
统动力学模型，并对滚动轴承进行了详细建模，考虑了滚动轴承间隙、非线性赫兹接触及变柔性ＶＣ振动等非线性因素。近年来，工智能已被广泛地应用于碰摩人
转子－动轴承耦合系统碰摩故障动力学模型，用数滚运值积分方法研究了碰摩故障特征，获取了大量碰摩并
转静碰摩故障机理，提取故障特征，对碰摩故障诊断具有重要意义。
由于航空发动机普遍采用滚动轴承，因此，需要研
究滚动轴承支承下的转静碰摩故障。文献［］立了２建轴承一转子一定子多自由度系统碰摩故障模型，究了具研有局部碰摩的滚动轴承．子．子系统的非线性特性，转定但是该模型滚动轴承建模过于简单；文献［］［］３和４建立了具有碰摩耦合故障的转子一动轴承．匣耦合系滚机

转子系统碰摩故障的理论与实验研究

式中．、分别为碰摩力在、，ＦＦｌ方向的分量；Ｆ分Ｆ、
０前
言
别为油膜力在、方向的分量。ｙ
性研摩的者究均用ｌｌ — 的问“前学研点利线１【＿＋｝】理究转混热题。国的重是非论碰目沌点内篓子 ‘ ．＿＿ＩＩ
分析结果保持基本一致，所给出的结论可以作为碰摩转子故障诊断的依据。
关键词：碰摩；非线性；混沌；故障诊断
分类号：Ｈ１３Ｔ１文献标识码：Ａ文章编号：０１５８（０７Ｏ－０７０１０・８４２０１０３－３Ｊ
ＴｅｒｉａｄＥｐｒｅｔｌｅｅｒｈｏｕａｌｏｏｏｙｔｍｈｏｅｃｎｘｅｉｎａＲｓａｃｎＲｂＦｕｔｆｔｒｓｔｍＲＳｅ
（空军雷达学院电子对抗系，武汉４０１）３０９
摘要：针对发生全周碰摩故障的转子一短油膜轴承系统，从数值仿真和实验验证两个方面研究了碰摩转子的非线性特征和故障特征。在理论上运用ＲｎｅＫｔｕｇ．ｕｔａ方法对运动方程求取数值解，通过周期分岔图及轴心轨迹图研究其非线性特征；在实验上通过对转子碰摩模型系统的实验数据进行频谱分析研究其故障特征。数值仿真和实验的
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第４９卷第１期
２００７年２月
汽
轮
机
技术
Ｖｏ．９Ｎｏ１１４．Ｆｂ．０７ｅ２０
ＴＵＲＢＮＥＨＮＯＬＩＥＴＣＯＧＹ
转子系统碰摩故障的理论与实验研究

滚动轴承-柔性碰摩转子系统非线性动力学响应分析

１．１非线性滚动轴承力模型
』《【
咖
＝ｓｉｎｑ￣
（、５Ｊ），
假设轴承外圈与外支承之间刚性连接，内圈与转子轴之间刚性连接，滚动体等距排列，滚动体与
滚道之间为纯滚动，含接触角的滚动球轴承动力学
则轴承Ａ非线性滚动轴承力可以表示为：
２０１３－０２－２２收到第ｌ稿，２０１３－０４－０２收到修改稿国家高技术研究发展计划项目（２０１２ＡＡ０４０１０４）十通讯作者Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｕａｎ－ｈｑ＠１６３．ｃｏｍ
应，建立了滚动轴承一柔性对称碰摩转子系统非线性集中质量模型．通过数值计算与比较，结果表明：低转
速下系续响应主要表现为滚动轴承的变刚度振动，高转速下轴承变刚度振动的影响相对减弱，转子不平衡
和碰摩故障对系统的影响逐渐增强，陀螺效应对高转速下对称转子的响应不容忽略．
图１中转子系统两端由相同的滚动轴承支承，质量为分别为ｍ和ｍ，轴承支反力在，Ｙ方向的
以上对滚动轴承．转子系统动力学的研究多是基于深沟球轴承一刚性转子模型，并且忽略了圆盘陀螺效应对滚动轴承一转子系统非线性响应的影
轴承，对系统的非线性振动进行了数值分析，得到了转子系统的超谐波、亚谐波和混沌运动规律；文
莱截面图和频谱图讨论转速、轴承游隙、碰摩刚度

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一、激励频率W=900Hz 但静子刚度不同时：
1、kc=7.5e6N/m:
2、kc=2.6e6N/m 时：
位移 x 位移 y
kc=7.5e6N/m 的轴心轨迹图
x
d x /d t
kc=7.5e6N/m 的Poincare 截面图
t
x
kc=7.5e6N/m 的时域图
位移 x 位移 y
kc=2.6e6N/m 的轴心轨迹
图
x
d x /d t
kc=2.6e6N/m 的Poincare 截面图
t
x
kc=2.6e6N/m 的时域图
3、kc=2.9e6N/m 时：
4、kc=3.1e6N/m 时：
位移 x 位移 y
kc=2.9e6N/m 的轴心轨迹图
x
d x /d t
kc=2.9e6N/m 的Poincare 截面图
t
x
kc=2.9e6N/m 的时域图
位移 x 位移 y
kc=3.1e6N/m 的轴心轨迹图
x
d x /d t
kc=3.1e6N/m 的Poincare 截面图
t
x
kc=3.1e6N/m 的时域图
二、静子刚度kc=3.5e6N/m 但激励频率不同时：
1、w=1000rad/s 时：
2、w=1800rad/s 时：
位移 x 位移 y
w=1000rad/s 的轴心轨迹图
x
d x /d t
w=1000rad/s 的Poincare 截面图
t
x
w=1000rad/s 的时域图
位移 x 位移 y
w=1800rad/s 的轴心轨迹图
x
d x /d t
w=1800rad/s 的Poincare 截面图
t
x
w=1800rad/s 的时域图
三、偏心对碰摩转子系统的影响：
1、kc=3.5e6N/m 、w=2300rad/s, b=0.025mm 时：
2、kc=3.5e6N/m 、w=2300rad/s, b=0.03mm 时：
位移 x
位移 y
b=0.025mm 的轴心轨迹图
x
d x /d t
b=0.025mm 的Poincare 截面图
t
x
b=0.025mm 的时域图
位移 x 位移 y
b=0.03mm 的轴心轨迹图
x
d x /d t
b=0.03mm 的Poincare 截面图
t
x
b=0.03mm 的时域图
四、kc=3.5e6、w=2300时不同摩擦系数对碰摩的影响： 1、f=0.1时：
2、f=0.2时：
3、f=0.31时：
位移 x 位移 y
x
d x /d t
t
x
位移 x 位移 y
x
d x /d t
t
x
位移 x 位移 y
x
d x /d t
t
x。