资源描述：
《支承松动转子系统模型及其故障诊断方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第17卷增刊振动工程学报Vol.17No.S2004年8月JournalofVibrationEngineeringAug.2004支承松动转子系统模型及其故障诊断方法研究刘献栋‘何田2李其汉2(‘北京航空航天大学汽车工程系北京，100083)“北京航空航天大学能源与动力工程学院北京，100083)摘要针对滚动轴承转子系统支承松动故障，以转子动力学、Hert:接触理论和非线性动力学理论为基础，建立了转子系统的动力学模型。在对转子系统动力学方程进行数值积分之后，利用频谱和小波变换对所获振动信号进行了处理
2、，并将结果进行了比较、分析。关键词:滚动轴承;转子系统;小波分析;故障诊断中图分类号:TM711转子系统支承松动故障是旋转机械故障中比较示。在该模型中，左、右支座的质量均为ml，转轴及常见且危害较大的故障。松动故障可以降低系统的转盘在转盘处有等效质量M，在两端轴承处的等效抗振能力，使原有的不平衡、不对中所引起的振动更质量都为m2，等效质量之间为无质量弹性轴段，阻加剧烈。当松动故障严重时，旋转机械可能引起转动尼系数为。，刚度系数为k。两端由滚动轴承支承，忽件与静止件碰撞、摩擦等故障，甚至导致灾难性事故略
3、轴承质量，将其简化为非线性弹簧,a。为轴承的发生。非线性刚度系数。忽略轴的轴向位移，只考虑轴承径目前，对转子系统支承松动故障的诊断侧重于向振动。假定左端支座垂直方向出现松动，松动最大频谱分析〔卜21。而频谱分析，不能较好地揭示非平稳信号的信息。滚动轴承转子系统在支承松动下的振间隙为6;k，和c，为无松动端(即右端)基础与支座动信号中包含冲击等非平稳信号，因此对这种非平的刚度系数和阻尼系数(径向垂直与径向水平方向稳信号的检测和分析对于其诊断有重要意义。本文相等);kf,和。f,(r=1为径向水平方向，r
4、=2为径向针对系统本身的特点，建立了带有支座松动故障的垂直方向)为左端基础与松动支座的刚度系数和阻滚动轴承一转子系统动力学模型，进行了数值模拟，尼系数(松动时是关于位移的分段函数)。并利用频谱、小波变换对支座在正常、松动两种情况下的振动信号进行了研究、分析。1.1滚动轴承非线性支承力滚动轴承可简化为无质量、无阻尼的非线性弹1滚动轴承一转子系统支承松动的力簧[3]。按照Hertz理论，滚动轴承的弹性作用有以下学模型形式[‘〕本文对弹性支承的转子一轴承系统进行研究。带尸=ao护有支座松动的滚动轴承一转子的
5、力学模型如图1所式中a,>0为非线性刚度系数，对于球轴承，b=3/2。滚动轴承相当于一个硬性弹簧。1.2动力学方程m1k,根据前述的轴承一转子系统力学模型和轴承刚c,度的非线性形式，可得到如下的转子系统动力学方程图1系统的力学模型收稿日期:2004-03-20增刊刘献栋等:支承松动转子系统模型及其故障诊断方法研究m,x,+cfx，十kfx,+F,i=0承一转子系统动力学方程，将其改写为状态方程，二m,yl+Cfyi+kfy,+F,,1=一m,gf(s,t)的形式，然后利用四阶的龙格一库塔(R-K)法进
6、行积分。m2x2+c(x:一x3)+k(x:一x3)=F=1M2Y:十c(y:一y3)+k(y:一y3)=Fy，一M292小波变换在松动故障信号奇异性检M.x3+c(x，一z2)+k(x，一x2)+测中的应用c(x3一xa)+k(x3一x4)=mew2cos(wt)M.Y3十c(.Y3一Y2)+k(y:一.Y2)十针对图1所示的转子系统左端支座正常和松动c妙:一YO+k(.Y3一y4)=mew2sin(cut)一Mg情况，在。=410rad/s转速下进行数值仿真，并对m2xq+c(x;一x3)+k(x
7、;一Xs)=Fza左支座振动仿真结果10个周期的振动信号进行M2Y4+c(Y;一YO+k(y;一YO=F,,‘一M29Fourier变换和小波变换。图2所示的正常情况和图m,xs十Cf,xs+kf,xs十凡;二03所示的松动情况下的振动信号频谱图没有明显差别，可见通过Fourier变换在该转速下不能有效地mlys+Cf,YS+kf,YS+凡;=一mig识别轻微的松动效应。考虑到轴承的压缩量S的方向性，则轴承的弹性支频谱图承力为1十aosign(x:一x,)Ix:一xiI01‘Jaosign(y:一Yl
8、)IY:一Yi}“恻l}F,,}二臀队esaosign(x‘一X,)Ix‘一xsIhJ‘‘‘.，..
9、0﹄0ndo0n、.aosign(y;一Ys)IY‘一Y51b曰且︸}Fs,,,=_频创丈八﹃Z气甘本文考虑了转子系统正常、松动两种情况下支承的图2正常情况刚度和阻尼:频谱图1)正常情况才‘一‘hf,;}kfz一‘vf,玛l`f}=Chf,Lc几=几人暨2)支座松动松动端的水平径向、垂直径向的刚度和阻尼由5001000于松动间隙的影响而视为分段线性频率/
