含典型故障的滚动轴承—转子系统非线性动力学行为分析

发布时间：2017-04-19 19:23

  本文关键词：含典型故障的滚动轴承—转子系统非线性动力学行为分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：旋转机械是广泛应用于航空航天、能源、交通、制造等领域的一类机械设备,轴承-转子系统作为旋转机械的核心部件,发挥着不可替代的作用。机械系统尤其是旋转机械在工作时不可避免地会产生振动,振动会降低工作效率、损害机械部件的寿命。机械系统一旦产生故障,会引发更加剧烈的振动,甚至会在短时间内导致事故发生。从非线性动力学角度来看,含有故障的旋转机械在工作时会表现出复杂的动力学行为,这些动力学行为与故障的类型、严重程度和故障的演化过程都存在着千丝万缕的联系。因此,有必要从非线性动力学出发,分析存在典型故障时的动力学行为,揭示故障产生、发展的一般规律,为旋转机械的设计、维护和故障诊断提供理论依据。 论文第二章介绍了基于Hertz点接触理论的滚动轴承刚度求解过程和Runge-Kutta法的基本思想,并以一类Duffing系统为例介绍了应用数值积分求解并分析其非线性动力学行为的一般过程。 论文第三章分析了考虑滚动轴承内外圈波纹度、径向间隙和非线性赫兹力作用下的滚动轴承-转子系统非线性动力学响应。根据不同参数下的分岔图、时域波形图、频谱图、相图和庞加莱截面图,研究了轴承表面波纹度最大幅值和转速对系统的非线性振动的影响,找到了不同故障类型的特征频率。 论文第四章建立了一种改进的含局部缺陷的滚动轴承-转子系统非线性动力学模型,所建缺陷模型不仅考虑了径向内间隙和非线性赫兹力等非线性因素,还考虑了滚动体通过故障区时轴承接触刚度的变化。采用数值积分的方法求解了多种缺陷类型的系统响应。并通过不同转速、缺陷尺寸和系统参数下的频谱图、庞加莱截面图和分岔图分析了系统的非线性动力学行为,找到了两种通往混沌的路径：阵发性分岔和拟周期环面破裂分岔。 论文第五章利用混沌吸引子特征量可以刻画滚动轴承在不同故障状态下振动特性的特点,提出一种基于关联维数、最大李雅普诺夫指数和信息熵的新的故障诊断方法。结合试验数据,应用支持向量机技术分析了三类特征量对滚动轴承的故障识别能力,并对比了特征量两两组合的分类效果。研究表明：三类特征量都包含着不同的故障信息,将其结合可以明显提高故障识别率。通过对实测轴承数据的故障分类研究发现,与单一特征量方法相比,该方法可以有效区分不同故障类型和故障严重程度,为滚动轴承故障的超精密诊断提供了可能性。 最后在第六章中对本文内容进行了归纳总结,并指出了该课题若干可能的研究方向。
【关键词】：滚动轴承 非线性动力学 波纹度 局部缺陷 混沌特征量
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.33;TH165.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 课题背景和研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 滑动轴承-转子系统动力学研究进展11-13
• 1.2.2 滚动轴承-转子系统动力学研究进展13-16
• 1.2.3 滚动轴承故障诊断研究进展16-17
• 1.3 论文研究内容及创新点17-19
• 1.3.1 论文主要研究内容17-18
• 1.3.2 主要创新点18-19
• 第二章 基本理论和方法19-32
• 2.1 Hertz接触理论及滚动轴承刚度计算19-24
• 2.1.1 Hertz接触理论19-21
• 2.1.2 滚动轴承刚度计算21-24
• 2.2 Runge-Kutta算法及其应用24-31
• 2.2.1 Runge-Kutta算法24-25
• 2.2.2 一类Duffing系统的非线性动力学行为分析25-31
• 2.3 本章小结31-32
• 第三章 含波纹度故障的滚动轴承-转子系统非线性动力学行为分析32-49
• 3.1 系统模型32-35
• 3.1.1 轴承-转子系统模型32-33
• 3.1.2 波纹度模型33-34
• 3.1.3 非线性赫兹力34-35
• 3.1.4 系统动力学方程35
• 3.2 系统的非线性动力学行为分析35-48
• 3.2.1 不考虑波纹度时系统的响应36-39
• 3.2.2 仅考虑外圈波纹度时系统的响应39-43
• 3.2.3 仅考虑内圈波纹度时系统的响应43-47
• 3.2.4 考虑内圈和外圈波纹度时系统的响应47-48
• 3.3 本章小结48-49
• 第四章 含局部缺陷的滚动轴承-转子系统非线性动力学行为分析49-64
• 4.1 系统模型49-55
• 4.1.1 滚动轴承局部缺陷模型49-52
• 4.1.2 系统动力学方程52-55
• 4.2 系统的非线性动力学行为分析55-63
• 4.2.1 内圈滚道含局部缺陷的响应55-58
• 4.2.2 外圈滚道含局部缺陷的响应58-59
• 4.2.3 滚动体含局部缺陷的响应59-60
• 4.2.4 系统参数的影响60-63
• 4.3 本章小结63-64
• 第五章 基于混沌吸引子特征量的滚动轴承故障诊断64-72
• 5.1 混沌吸引子特征量64-66
• 5.1.1 关联维数64-65
• 5.1.2 最大李雅普诺夫指数65-66
• 5.1.3 信息熵66
• 5.2 支持向量机理论66-67
• 5.3 实验分析67-71
• 5.3.1 实验数据67
• 5.3.2 实验结果67-69
• 5.3.3 结果分析69-71
• 5.4 本章小结71-72
• 第六章 结论与展望72-74
• 6.1 结论72-73
• 6.2 展望73-74
• 参考文献74-82
• 致谢82-83
• 个人简历、在学期间的研究成果及发表的学术论文83

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张勇;纪国宜;;基于混沌振子和小波理论的轴承故障诊断方法[J];轴承;2010年05期

2 杨积东,徐培民,闻邦椿;裂纹扩展对转子动特性的影响[J];东北大学学报;2001年02期

3 罗跃纲,李振平,曾海泉,闻邦椿;非线性刚度转子系统碰摩的混沌行为[J];东北大学学报;2002年09期

4 李振平,罗跃纲,姚红良,闻邦椿;转子系统支承松动的非线性动力学及故障特征[J];东北大学学报;2002年11期

5 袁惠群,闻邦椿,王德友,刘叔伦;滚动轴承-转子-定子系统的碰摩故障分析[J];东北大学学报;2003年03期

6 韩清凯,任云鹏,刘柯,闻邦椿;转子系统油膜失稳故障的振动实验分析[J];东北大学学报;2003年10期

7 姚红良,刘长利,李鹤,闻邦椿;采用瞬态传递矩阵法分析复杂转子系统碰摩故障[J];东北大学学报;2004年01期

8 汤炳新，闻邦椿;裂纹转子动力特性的有限元分析[J];东北大学学报;1994年01期

9 唐德尧,王定晓,杨政明,宋辛辉,王巍松;共振解调技术与机车车辆传动装置故障诊断[J];电力机车技术;2002年05期

10 陈敏,胡茑庆,温熙森;混沌振子在转子系统早期碰摩故障检测中的应用[J];国防科技大学学报;2001年01期

  本文关键词：含典型故障的滚动轴承—转子系统非线性动力学行为分析，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：316992