双转子-中介轴承的动力学仿真及故障特征提取
中介轴承是支撑双转子发动机高、低压转子的关键部件，一旦中介轴承出现失效，可能直接导致飞机出现严重事故。因此，研究不同状态下中介轴承的动力学特性，并通过仿真结果识别中介轴承的典型故障，对深入开展中介轴承的在线监测和故障诊断研究具有重要意义。本文以中介圆柱滚子轴承为研究对象，通过显式动力学仿真和信号分析相结合的方式，实现了对中介轴承动力学仿真和典型故障的诊断。主要研究内容如下: (1)开展基于显式算法的中介轴承动力学仿真分析。通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了中介圆柱滚子轴承动力学模型，在考虑了中介轴承复杂的工作条件下，研究不同故障类别下中介轴承各部件的应力分布规律，并对比分析了中介轴承等效应力和接触应力在不同工况下的变化规律。 (2)开展基于动力学模型的中介轴承典型故障接触力分析。以内、外圈单一故障中介轴承动力学模型为研究对象，研究其接触力输出响应的动态特性，并对比分析了内、外圈的接触力分布规律及其频谱特征。 (3)开展基于动力学模型的中介轴承典型故障特征提取方法研究。建立了中介轴承内、外圈、滚动体以及内外圈复合故障动力学模型，获得中介圆柱滚子轴承故障状态下的加速度仿真信号，采用频域和自相关分析方法，提取中介轴承典型故障信号特征。 研究结果表明:正常状态中介轴承应力分布符合赫兹接触理论;中介轴承各部件故障裂纹的存在对其等效应力的分布产生了影响，最大等效应力出现在故障裂纹附近区域的某一深度处，且故障裂纹处存在明显的应力集中;等效应力和接触应力随内圈转速、径向载荷的增加而增大，另外，故障尺寸的增加也会导致等效应力增大;对缺陷中介轴承的接触力信号进行了定性分析，在内圈故障状态下，外圈接触力的幅值随时间的增加而衰减并伴随周期性，其频谱图中存在明显的外圈转频及其倍频成分，而内圈接触力的幅值没有规律且波幅上下波动，其频谱图中存在明显的内圈故障特征频率;通过对基于动力学模型的加速度信号进行频谱和自相关分析，均可提取信号故障特征，实现了中介轴承典型故障的识别，并验证了动力学模型的有效性。
飞机;双转子发动机;中介轴承;动力学特性;故障诊断;特征提取
北京化工大学
硕士
机械工程
王华庆;兴成宏
2017
中文
V233.45
111
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）