转子系统耦合故障研究进展与展望

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转子动力学研究进展

转子动力学研究进展韩清凯;马辉【摘要】本文简要回顾了转子动力学的发展历程,指出了转子动力学的研究对象,如以汽轮发电机、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等大型装备为代表的复杂转子系统;主要研究内容涉及转子系统动力学建模、临界转速和振动响应计算、柔性转子动平衡技术、支承转子的各类轴承动力学特性、转子系统动力稳定性、转子系统非线性动力学、转子系统振动故障及其诊断技术、转子系统振动控制和多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦合振动等.未来的研究主要聚焦在转静子系统耦合振动,基于大数据的转子系统智能诊断和考虑新材料、新结构的转子系统振动控制技术等方面.【期刊名称】《动力学与控制学报》【年(卷),期】2018(016)006【总页数】2页(P481-482)【关键词】旋转机械;转子动力学;稳定性;振动控制;智能诊断【作者】韩清凯;马辉【作者单位】大连理工大学机械工程学院,大连 116024;东北大学机械工程与自动化学院,沈阳 110819【正文语种】中文引言转子动力学是研究旋转机械转子及其部件和结构动力学特性的学科.转子动力学起源于十九世纪六十年代,目前已经成为机械动力学的重要分支.当代转子动力学的研究对象主要是以汽轮发电机组、燃气轮机、离心/轴流压缩机和航空发动机等重大装备为代表的复杂转子系统.转子系统的运动以涡动运动为典型形式.通常情况下,转子系统的振动问题一般比较突出,并且也十分复杂,不仅有转轴的弯曲振动和扭转振动,还包括叶轮的振动、叶轮上叶片的振动、机匣和基础振动,以及流体介质或轴承油膜等因素引起的涡动失稳等．目前转子动力学与振动研究主要涉及：1)转子系统动力学建模；2)临界转速和振动响应计算；3)柔性转子动平衡技术；4)支承转子的各类轴承动力学特性；5)转子系统动力稳定性；6)转子系统非线性动力学；7)转子系统振动故障及其诊断技术；8)转子系统振动控制；9)多场耦合激励下转子系统振动,如机电耦联振动等.1 转子动力学的发展历程转子动力学的研究已有百年历史．关于转子振动分析的最早记录是1869年英国物理学家Rankine发表的题为“论旋转轴的离心力”的论文,该论文得出了转子只能在一阶临界转速以下稳定运转的错误结论．Foppl(1895年)和Jeffcott(1919年)指出了转子在超临界运转时会产生自动定心现象,因而转子可以稳定工作．随着转子超临界运转,Newkirk发现了油膜轴承导致自激振动失稳现象,从而确定了油膜轴承稳定性在转子动力学分析中的重要地位．在油膜轴承稳定性的研究方面,Newkirk、Lund、Child和Muszynska等做出了突出贡献.在国内转子动力学研究领域.众多学者和工程技术人员开展了大量的研究工作,包括复杂转子系统动力学建模、转子系统非线性理论与失稳分析、转子系统碰摩等多种故障以及耦合故障的机理研究、转子系统振动故障诊断技术、轴承或齿轮系统动力学与振动故障诊断、转子系统动力学设计技术、以及转子系统振动控制理论与技术等,经过多年的辛勤努力,取得了大量的高水平成果.这些研究成果不仅极大地提升了我国在转子动力学领域的国际学术地位,而且对推动我国诸多工程领域的产品与技术的发展,发挥了至关重要的作用.2 转子动力学未来发展当前转子动力学的研究进入了新阶段.一方面,针对具有复杂结构的转子系统,特别是转子系统与静子系统刚度接近、存在振动耦合的情况,转子和静子结构连接面多且形式复杂,考虑服役退化,以及整机动力学的研究,振动响应的高精度预估研究等,得到了人们的高度重视.另一方面,面向转子系统振动与故障机理与诊断研究,强调了大数据与智能预测方法研究,揭示故障表征的新模式,促进故障机理研究,开展基于大数据的转子系统智能诊断,也已成为目前研究的热点问题之一.转子系统振动控制技术也拓展应用到采用新材料、新结构和提高预测控制能力等方面,提高转子系统振动控制能力及其可靠性和准确度.目前转子动力学在以下六个方面,已经取得了一些代表性成果：1)大型复杂转子系统的力学建模和分析手段,主要涉及连接件建模、大型复杂柔性转子系统、柔性转子系统-柔性基础系统、非同步旋转机械、特殊转子系统.2)考虑非线性的大型转子系统降维理论,主要涉及高维非线性动力学系统的降维方法和提高现有非线性动力学理论能够求解的维数.3)失稳机理分析和非线性分析,主要涉及油膜力、密封力、叶尖气隙力(Alford力)、转轴的刚度不对称、转轴材料的粘弹性和转轴的结构阻尼、转子和静子在间隙内的相互碰摩引起干摩擦力、充液转子等诱发的失稳和非线性振动.4)基于大数据的转子-轴承系统智能故障诊断,主要涉及浅层稀疏网络特征提取方法,建立具有深层结构的深度学习网络,研究旋转机械装备健康状态的多标记体系,全面高效地描述大数据下旋转机械系统的故障信息,形成融合多物理信息源的深度学习模型.5)转子-轴承系统的非线性动力学设计,主要涉及多目标优化设计,不但要设计合理的稳定裕度,还要设计失稳转速使其对参数变化最不敏感,使稳定裕度对一定范围内的制造工艺偏差及运行条件变化最不敏感.6)转子-轴承系统的振动控制,如采用弹性支承加挤压油膜阻尼器的低刚度、高阻尼特性的“滚动轴承与减振元件一体化”结构.3 专刊内容本专刊所收录的论文来自于2018年5月在苏州召开的第13届全国转子动力学会议.它包括复杂转子-支承系统动力学特性与振动响应分析、齿轮转子系统和考虑螺栓连接结合面的转子系统动力学特性研究、滚动轴承动力学特性研究、以及转子系统动力学吸振器减振研究等.期望专刊的出版能对我国转子系统动力学与振动的研究以及相关学科的发展起到积极的促进作用.。

滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学特性研究

滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学特性研究梁明轩;袁惠群;蔡颖颖【摘要】建立了滚动轴承-偏置转子系统涡摆耦合动力学模型,模型中考虑了转子偏置量及圆盘摆振,滚动轴承模型中考虑了轴承游隙、非线性赫兹接触力及变刚度VC(Varying Compliance)振动等因素.采用数值方法对不同偏置量下,有无考虑圆盘摆振时系统动力学响应进行了计算与比较;分析了轴承游隙变化对不同偏置量的转子动力学性能的影响.结果表明:考虑圆盘摆振时偏置转子的非线性动力响应特征明显增强;相同转速下,不同偏置量的转子系统中频率成分亦不相同;转子偏置程度越大,系统临界转速对轴承游隙变化的敏感度越高.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2014(033)012【总页数】7页(P35-41)【关键词】滚动轴承;偏置转子;涡摆耦合;非线性;轴承游隙【作者】梁明轩;袁惠群;蔡颖颖【作者单位】东北大学机械工程与自动化学院,沈阳110819;东北大学机械工程与自动化学院,沈阳110819;东北大学理学院,沈阳110819;东北大学理学院,沈阳110819【正文语种】中文【中图分类】TH113.33旋转机械的广泛应用使得滚动轴承-转子系统动力学研究和振动分析显得越来越重要，为了满足滚动轴承-转子系统高转速与高精度设计要求，转子偏置位置、圆盘摆振以及轴承游隙变化逐渐成为不可忽视的影响因素。

滚动轴承-转子系统动力学建模过程中最基础的一步在于对轴承非线性分析模型的建立。

Yamamoto等[1-2]研究了滚动轴承VC振动，将对称刚性转子简化为受旋转载荷作用的滚动轴承，对轴承径向游隙引起非线性振动进行了研究；Harris[3]完善并发展了滚动轴承的拟动力学分析理论，成为目前绝大多数滚动轴承非线性分析模型的首选；Jedrzejewski等[4]亦在Harris的基础上，着重分析了离心力和陀螺效应对角接触球轴承刚度及变形的影响规律。

张耀强等[5]利用滚动轴承-Jeffcott刚性转子模型研究了转子系统的非线性响应；陈果[6-7]重点研究了含多故障的滚动轴承-转子系统动力学特性；邓四二等[8]建立了航空发动机双转子-滚动轴承耦合动力学模型，考虑了低压转子与高压转子之间的中介轴承游隙以及支承轴承参数，运用Newmark有限元法求解了系统响应。

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
维普资讯
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

基于贝叶斯网络的转子系统故障诊断研究

断的有效性。进
关键词：故障诊断；贝叶斯网络；转子系统；不确定性中图分类号：Ｐ９Ｔ３ｌ文献标识码：Ａ文章编号：６２— ５９２０００７０１７５４（０７）３— １６— ３
维普资讯
第３６卷第３期２００７年９月
Ｖｏ６Ｎｏ３Ｌ３．
Ｓｅｔ２０ｐ０７
基于贝叶斯网络的转子系统故障诊断研究
邵继业，徐敏强，日新，晶波王高
（尔滨工业大学航天学院，尔滨１００）哈哈５０１
题是如何从不确定信息中获得最终的故障原因。
１贝叶斯网络
在故障诊断领域，在很多不确定性问题。存
弥补当前故障诊断技术存在的不足。卜
尤其是大型的机械设备、组件之间及组件内部一般存在着很多关联耦合的相互关系，不确定信息充斥其间，故障可能表现为多故障、联故障等其关复杂形式。因此，备故障诊断所面临的主要问设
转子系统是旋转机械的重要部件，的工作它状态正常与否直接影响到整个机械系统的工作状
领域最有效的理论模型之一。贝叶斯网络是一种对概率关系的有向图解描
态。通常是建立故障征兆和故障类型之间的简单映射进行诊断，故障征兆主要包括振动频谱、振动变化量、动和温度、力等相关量的关系等，振压这
摘要：通过分析传统故障诊断方法在处理实际系统不确定性问题时存在的困难，究了基于贝叶斯网络的研

双盘悬臂转子轴承系统松动碰摩耦合故障分析

Ｊｎ２０７ｕ．０
双盘悬臂转子轴承系统松动碰摩耦合故障分析。
卢艳军
（阳航空工业学院自动控制系沈
任朝晖陈宏闻邦椿
沈阳，１０６（ｌ０３）东北大学机械工程与自动化学院沈阳，０４ｌ００）１
１２为碰摩力分量；．一１２３４分别为圆盘和，），（，，，）
轴颈处等效集中质量；为两轴承间跨距；，ｎ为悬臂长度；Ｃ等效松动刚度、乜，阻尼；为松动间隙。图１（）ｂ为碰摩力模型，尸为法向碰摩力；切向碰摩尸为
摘要
针对考虑松动一碰摩耦合故障的双盘悬臂立式转子一承系统，立了该系统的力学模型和有限元模型，基轴建并
于非线性有限元方法和接触理论研究了松动刚度和碰摩间隙两个重要参数对系统动力学特性的影响。过对在不通同松动刚度和不同碰摩间隙时系统动力学特性的研究分析，现转静件碰摩能够减小松动引起的低频振动，座发支松动产生的碰摩具有明显的方向性，而得出转子系统中诊断松动一摩耦合故障的依据。从碰
轴承ｎ处。
度。为了满足准确、效等要求，高目前旋转机械中转
静件的间隙越来越小，因此，当支座产生松动时，很

转子动力学研究的回顾与展望

转子动力学研究的回顾与展望一、本文概述转子动力学，作为机械工程和航空航天工程领域的一个重要分支，主要研究旋转机械系统中转子的运动特性和稳定性问题。

随着科技的不断进步和工业的快速发展，转子动力学的研究不仅在理论层面取得了显著的突破，更在实际应用中发挥了不可替代的作用。

本文旨在全面回顾转子动力学的发展历程，总结其研究现状，并在此基础上展望未来的研究方向和潜在的应用前景。

文章将首先回顾转子动力学的起源和发展历程，介绍其从早期的线性理论到现代的非线性、多体动力学理论的演变过程。

接着，本文将综述转子动力学的主要研究内容和方法，包括转子系统的建模、稳定性分析、振动控制等方面，并重点分析当前研究的热点和难点。

在此基础上，文章将展望转子动力学未来的发展趋势，探讨新的理论方法和技术手段在转子动力学研究中的应用前景，以期为相关领域的研究人员和工程师提供有益的参考和启示。

二、转子动力学研究的回顾转子动力学，作为机械工程和航空航天领域的重要分支，其研究历史可追溯至19世纪末期。

自那时起，科学家们就开始了对旋转机械中转子行为特性的探索，以优化其性能并减少故障。

在20世纪早期，转子动力学主要关注转子的平衡问题，即如何通过设计和加工消除不平衡引起的振动。

随着工业技术的进步，转子的尺寸和速度不断增加，其动力学行为变得更为复杂。

因此，研究者开始关注转子的临界转速、稳定性以及振动控制等问题。

到了20世纪中后期，随着计算机技术的飞速发展，转子动力学的研究方法发生了革命性的变化。

数值分析、有限元法等计算方法的引入，使得研究者能够更准确地模拟和分析转子的动态行为。

同时，实验技术的进步也为转子动力学研究提供了更多手段。

进入21世纪，转子动力学的研究领域进一步拓宽。

除了传统的旋转机械外，还涉及到了风力发电机、燃气轮机、航空发动机等新型旋转机械。

随着对非线性动力学、混沌理论等的研究深入，转子动力学的理论体系也在不断完善和丰富。

回顾转子动力学的发展历程，我们可以看到其从简单的平衡问题发展到复杂的动力学行为分析，从单一的实验手段发展到多元化的研究方法。

汽轮发电机组转子及轴系弯扭耦合振动发展现状与展望

ＱＡＧＹｎＸＥＹｎ．ｉＺＡＧＤＩＮａ，Ｉｏｇｕ，ＨＮｉｈ
（ｃｏｌｆｎｒｙａｄＰｗｒｎｉｅｒｇＸ ’ｎＪｏｏｇＵｉｅｓｙＸ ’ｎ７４，ｈｎ）Ｓｈｏｏｅｇｎｏｅｇｅｉ，ｉａｉｔｎｖｒｉ，ｉａ０９ＣｉａＥＥｎｎａｎｔ１０
ＲｖｗａｄＰｏｐｃｆｒｏｐｅａｅａａｄＴｒｉｎｌｉｒｔｎｅｉｎｒｓｅｔｏｕｌｄＬｔｌｎｏｓａｂａｉｅＣｒｏＶｏ
ｏｕｂｇｎｒｔｒｎｔｈｆｎｆｒｏｅｅａｉＳａｔｇＴｏＵｉ
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第４８卷第５期
２００６年１０月
汽
轮
机
技
术
Ｖｏ．８Ｎｏ５１４．０ｃ．ｏ６ｔ２ｏ
ＴＵＲＢ及轴系弯扭耦合振动发展现状与展望
强彦，谢永慧，张荻
（西安交通大学能源与动力工程学院，西安７０４）１０９
摘要：随着汽轮发电机组容量增大，轴系增长，在役运行时间增加，转子部分多数会有质量偏心现象出现，这使得转子轴系的扭转振动与弯曲振动的耦合作用明显增强。从弯扭耦合的角度来研究汽轮发电机组轴系的振动，将能更准确地把握轴系的动力学特性。总结了近年来国内外对汽轮发电机组转子及轴系弯扭耦合振动问题的研究进展
ＡｂｔａｔＴｅｓａｔｇｆｒｔｒｏｅｅａｏｎｔａｅｏｏｇｒｄｅｔｔｃｐｃｔｎｒａｅｓｒｃ：ｈｈｆｎｏｂｇｎｒｔｒｕｉｈｓｂｃｍｅｌｎｅｕｏｉａａｉｉｃｅ，ｍｅｎｉ，ｒｔｒｃｍｐｎｎｓｉｕｓｙｓａｗｈｌｏｏｏｏｅｔｅｍａａｅｉｅｉｂｅｍａｓｅｃｎｒｉｉｎｒａｅｏｅｖｃｍｅ，ｔａｕｄｂｎｐａｅｔｏｐｅａｅａｎｏｓｏａｙｈｖｎｖｔｌｓｃｅｔｃｔｗｔｉｃｅｓｆｓｒｉｅｔａｉｙｈｉｈｔｗｏｌｒｇａｐｒｎｕｌｄｌｔｒｌａｄｔｒｉｎｉｃｌｖｂａｉｎｏｅｔｒｏｅｅａｏｈｔｓｓｅｉｒｔｆｔｕｂｇｎｒｔｒｓａｙｔｍ．Ｔｅｄｎｍｉｈｒｃｅｓｉｓｏｈｔｇｃｎｂｎｅｔａｅｒｘｃｌｆｍｏｈｆｈｙａｃｃａａｔｒｔｆｓａｉａｅｉｖｓｇｔｄｍｏｅｅａｔｒｉｃｆｎｉｙｏｔｅｖｅｐｉｔｆｃｕｌｄｌｔｒｌａｄｔｒｉｎｌｖｂａｉｎｈｒｖｏｓｓｕｙｆｒｃｕｌｄｌｔｒｌｄｔｒｉｎｉｒｔｎｏｒｈｉｗｏｎｏｐｅｅａｎｏｏａｉｒｔ．Ｔｅｐｅｉｕｔｄｏｐｅａｅａｓｏａｖｂａｉｆｔ－ｏａｓｏｏｎａｏｌｏｕｂｇｎｒｔｒｒｔｒａｄｓａｔｙｔｍｓｒｖｅｄａｄｐｒｏｅｆｒｆｒｅｔｄｓｐｏｉｅ．ＩｉｓｇｉｃｎｒｏｅａｉｎｓｅｙｏｅｅａｏｏｏｎｈｓｆｓｅｉｅｉｗｅｎｕｐｓｔｒｓｕｙｉｒｖｄｄｔｓｉｎｆａｔｐｒｔａｔｏｕｈｉｏｆｏｆａｄｆｉｒｉｇｏｅｏｒｏｅｅａｏｎｔｔＡＴｕｎｅｔａｉｎｏｈｏｐｅａｅａｎｏｓｏａｉｒｔｎ，ａｄｉｎａｌｅｄａｎｓｆｔｂｇｎｒｔｒｕｉｏＣ１ｙｏｔｉｖｓｉｔｎｔｅｃｕｌｄｌｔｒａｄｔｒｉｎｖｂａｉｕｕｇｏｌｌｏｎｔｍａｅｅｆｃｉｅｔｎｒｄｃｄａｃｄｍｅｈｉｓｋｏｌｄｅｉｕｈｒｓｕｙｙｂｆｔｏｉｔｏｕｅａｖｎｅｃａｃｎｗｅｇｎｆｒｅｔｄ．ｅｖｎｔＫｅｒｓｒｔｒｓａｔｓｓｅ；ｏｐｅａｅａｎｏｓｏａｉｒｔｎ；ｕｂｇｎｒｔｒｕｉｙｗｏｄ：ｏｏ；ｈｆｙｔｍｃｕｌｄｌｔｒｌａｄｔｒｉｎｌｖｂａｉｔｒｏｅｅａｏｎｔｏ

裂纹碰摩耦合故障转子系统诊断分析

刚度矩阵Ｋ。全开裂纹刚度矩阵Ｋｏ，开裂纹刚度，半
故障的等效力为外加力矩，碰摩故障的等效力主而要为外加力。利用裂纹故障引起的等效外加弯矩特性，用基于模型的故障诊断方法，以诊断出耦合采可
型的诊断方法，区别碰摩裂纹耦合故障和碰摩故障。
但是，际转子中，能会发生裂纹故障与碰摩故障实可
并存的情况，比如：裂纹引起转子系统横向振动振幅增大，重时可能导致转子系统上的转动部件（叶严如片等）与定子（如机匣）生碰摩，而形成裂纹一发从碰
摩耦合故障。在裂纹一摩耦合故障中，碰当碰摩比较严重时，响应信号中碰摩特征比较明显，容易掩盖裂纹特征，基于信号分析的诊断方法只能诊断出碰使摩，以诊断出裂纹故障。从而将裂纹一摩耦合故难碰
裂纹故障和转静子碰摩故障是转子系统中两种常见的故障。目前对裂纹和碰摩单一故障转子系统故障诊断的研究较多［，提出了各种方法来诊断１］裂纹故障和碰摩故障。如果转子系统中仅存在裂纹故障或碰摩故障，则利用各种诊断方法，不难诊断裂
矩阵Ｋｃ为ｆ一ＴｕＴＫＣｃ
Ｋ０Ｐ— Ｔ（ｕＣｃ＋ＣＰＴ０）（）２
故障中的裂纹故障信息。

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

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振
动ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
与
冲
击
第３卷第ｌ期ｌ７
ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＯＮＩＡＮＤＨＯＣＫＳ
转子系统耦合故障研究进展与展望
马辉，李焕军，刘杨，闻邦椿
１０１）１８９
（东北大学机械工程与自动化学院，阳沈
ＡｂｓｒｃＡｎｏｅｖｅｏｅｅｒｈｏｏｐｉｇｆｕｔｎｒｔｒｓｓｅｎｒｃｎｅｒｓｐｒｖｄｄＴｅｅｃｕｌｎｔａｔ：ｖｒｉｗｆｒｓａｃｆｃｕｌｎａｌｉｏｏｙｔｍｓｉｅｅｔｙａｓｗａｏｉｅ．ｈｓｏｐｉｇｓｆｕｔｉｌｎｌｄｅｒｃｏｐｅｔｕｉａｔａｌｓｍａｎｙｉｃｕｄｃａｋｃｕｌｄｗｉｈｒｂ－ｍｐｃ，ｐｅｅｔｌｌｏｅｅｓｃｕｐｅｔｂ—ｍｐｃ，ｍｉａｉｎｎｏｐｌｄｄｓａｏｓｎｓｏｌｄｗｉｈｒｉａｔｕｓｌｍｅｔｃｕｅｇｗｉｂｉａｔｉｆｌｉｔｂｌｙｃｕｌｄｗｉｈｒｂ—ｍｐｃ，ｅｃＣｏｉｉｇｄｍｅｔｃｓｕｙｎｃｉｖｍｅｔｆｃｕｌｎｔｒ —ｍｐｃ，ｏｌｉｍｎｓａｉｉｏｐｅｔｈｕｔｕｉａｔｔ．ｍｂｎｎｏｓｉｔｄｉｇａｈｅｅｎｓｏｏｐｉｇｆｕｔｔｈｓａｏｄ，ｔｅｕｒｎｓｕｄｉｇｓｔａｉｎｗａｓｍｍａｚｄｆｏｔｅａｐｃｓｏｙａｃａｌｓｗｉｔｏｅｂｒａｈｈｃｒｅｔｔｙｎｉｕｔｏｓｕｉｒｅｒｍｈｓｅｔｆｄｎｍｉｍｏｅ，ｎｎｉｅｒｄｌｏｌｎａｄｎｍｉｈａａｔｒｓｉｓａｌｄｉｇｏｉｎｄｍｏｌｅｐｒｍｅｔｏｙｐｒｂｅｏｕｕｅｓｕｙｗｅｅａｓｅｅｔｄｙａｃｃｒｃｅｉｔｃ，ｆｕｔａｎｓｓａｄｅｘｅｉｎ．Ｓｍｅｋｅｏｌｍｓｆｒｆｔｒｔｄｒｌｏｐｒｓｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｔｒｓｓｅ；ｃｕｉｇｆｕｔｏｏｙｔｍｓｏｐｌａｌｓ；ｏｌｆｌｉｓａｌｔｏｐｅｔｂ—ｍｐａｔｒｃｏｐｅｔｂｎｉｍｎｔｂｉｙｃｕｌｄｗｉｒｉｉｉｈｕｃ；ｃａｋｃｕｌｄｗｉｒ — ｈｕｉｍｐａｔｅｅｔｌｌｏｅｅｓｃｕｅｔｕ－ｍｐｃｃ；ｐｄｓａｏｓｎｓｏｐｌｄｗｉｒｂｉａｔｈ
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摘要：对近年来转子系统耦合（故障的研究现状、多）进展进行了综述，包括裂纹一碰摩、松动一碰摩、不对中一
碰摩、油膜失稳一碰摩等耦合故障形式，结合国内外有关耦合故障的研究成果，从动力学模型、非线性动力学特性、障诊故断和试验研究等方面来介绍该领域的研究现状，并阐述了对该领域相关发展方向的一些看法，最后对转子系统耦合故障
今后的研究方向进行了展望。关键词：转子系统；合故障；膜失稳一碰摩；纹一碰摩；动一碰摩耦油裂松
中图分类号：０２；Ｈ１３２Ｔ１３
文献标识码：Ａ
Ｒｅｉｗｎｐｒｓｃｏｅｅｒｈｏｏｐｌａｔｎｒｔｒｓｓｅｓｖｅａｄｏｐｅｔｆｒｒｓａｃｆｃｕｉｆｕｌｓｉｏｏｙｔｍｎｇ
一
不平衡、体诱导自激振动或干摩擦等）流的二次效应，而碰摩的发生又会导致热效应、摩擦现象和冲击效干应以及其它故障的出现。耦合故障由于具有多种故障之间的非线性耦合，因此较单一故障转子更加复杂，更
转子轴承系统的耦合故障是指系统中同时存在两种以上的故障ＩＪ２。工程实际当中转子系统的耦合故障是很普遍的，如碰摩故障的发生就是其它故障（不如
平衡、不对中、转子裂纹、油膜失稳、础松动、心、基偏热
膜力激发的油膜失稳（油膜涡动和油膜振荡）转子系是
统的典型故障。这些非线性故障因素的存在使系统同频周期运动失稳后会产生较大的低频振动，与同频其
周期运动迭加会使系统产生非谐调进动。当振动达到