利用时延相关解调法诊断滚动轴承的故障

为诊断滚动轴承的故障,常常对其振动信号进行包络解调,以获取故障特征。但所测振动信号中,包含大量的噪声,严重地影响解调结果,使得滚动轴承的故障特征难以凸现。为此,利用时延相关解调法以实现降噪解调。该方法利用相关函数的降噪特性,首先对振动信号进行相关分析,得信号的自相关函数。然后对自相关函数适当延迟以尽量避开噪声影响,再进行Hilbert变换,以求得解调结果。实验证明在滚动轴承故障诊断中时延相关解调法与直接解调法相比,噪声影响大幅减小,故障信息得以凸现。     

齿轮故障诊断的时延相关解调法

为诊断齿轮与滚动轴承的故障,常常对其振动信号进行包络解调,以获取故障特征。但所测振动信号中,包含大量的噪声,严重地影响解调结果,使得齿轮或滚动轴承的故障特征难以凸现。为此,本文提出了时延相关解调法以实现降噪解调。该方法利用相关函数的降噪特性,首先对振动信号进行相关分析,得信号的自相关函数。然后对自相关函数适当延迟以尽量避开噪声影响,再进行Hilbert变换,以求得解调结果。本文进行了仿真信号验证和实验验证,证明时延相关解调法与直接解调法相比,噪声影响大幅减小,故障信息得以凸现。      

航空发动机中介轴承的故障特征与诊断方法

提出了转差域频谱和转差域包络谱的概念,建立了诊断航空发动机中介轴承故障的方法.利用发动机高、低压转差作为触发信号,对发动机振动信号进行等转差周期采集,并在转差域对振动信号进行频谱和包络谱分析.结果表明:不平衡响应、不对中响应以及外环静止的轴承故障响应等振动信号在转差域频谱和转差域包络谱上的位置随转速变化;而中介轴承的故障响应在转差域频谱上的边频成分间距不随转速变化,具有倍频“恒间距”特征;在转差域包络谱上的位置也不随转速变化,具有“恒频”特征.带外环故障的中介轴承实验表明:转速变化时,在转差域包络谱中,外环故障特征倍频成分位置不变;在转差域频谱中,出现间隔宽度恒定为外环故障特征倍频的频率成分.      

基于平滑先验分析和排列熵的滚动轴承故障诊断

由于机械系统的复杂性,滚动轴承振动信号的特征信息表现在不同尺度上,因此需要对振动信号进行多尺度分析。基于此,提出一种基于平滑先验分析(Smoothness priors approach,SPA)和排列熵(Permutation entropy,PE)的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先采用平滑先验分析方法代替传统的时间序列分解方法对滚动轴承信号进行分解,得到轴承信号的趋势项和去趋势项;其次,分别计算趋势项和去趋势项的排列熵值;最后,将排列熵值作为特征向量,输入基于粒子群优化支持向量机建立的分类器。将该方法应用于滚动轴承实验数据并进行对比分析,结果表明,在训练样本数为每类50%的条件下,该方法的故障诊断正确率比PE和经验模态分解-PE分别高出12.5%和3.125%。     

Dynamic coefficients and stability analysis of a water-lubricated hydrostatic bearing by solving the uncoupled Reynolds equation

This paper concerns the dynamic characteristics of incompressible laminar flow hydrostatic bearings. An improved method based on the mathematical perturbation technique for calculating the stiffness and damping coefficients of hydrostatic bearings is presented; it raises the calculation efficiency by uncoupling the recess flow continuity equations from the solving of the Reynolds equation. The dynamic coefficients of a water-lubricated four-recess hydrostatic bearing are calculated with both the improved method and the conventional method. The comparisons between these two methods validate the effectiveness and correctness of the improved method. Furthermore, the dynamic response and stability characteristics of a rotor supported by the hydrostatic bearing are calculated and compared with experimental results. First, the dynamic responses calculated with the linear and nonlinear bearing dynamic coefficients models show that the linear model is inaccurate if the rotor whirls in a large eccentricity ratio range, owing to the nonlinearity of stiffness and damping. Second, according to the numerical and experimental results, the nonlinearity of bearing stiffness and damping coefficients could induce double rotational frequency component in the unbalance response frequency spectrum. Finally, the numerical results indicate that the stability threshold speed of the bearing increases with eccentricity ratio. The improved method proposed can be used to evaluate the dynamic performance of hydrostatic bearings efficiently, and the bearing characteristics presented could contribute to a better understanding of the performance of water-lubricated hydrostatic bearings.     

基于MarC的混合陶瓷角接触球轴承的接触分析

基于一典型的混合陶瓷角接触球轴承,着重介绍了通过在Marc平台上如何建立合理的角接触球轴承的有限元分析模型;在对有限元模型的静力分析后,得到了混合陶瓷角接触球轴承的接触应力、应变分布和其他相关的初步有限元分析结果;针对有限元分析得出的结果,与经典弹性力学接触理论结果进行了对比,分析出可能导致两种方法不同计算结果的原因。     

基于小波包分析的航空发动机轴承故障诊断

振动分析是进行滚动轴承状态监测与故障诊断的重要手段。当轴承某一元件表面出现局部损伤时,产生周期性的冲击脉冲力。因此,原来的平稳振动信号变成了非平稳振动信号。傅里叶变换在频域上是完全局部化的,但它不能提供任何时域的局部化特征,而窗口傅立叶变换尽管在时域和频域均具有一定的局部化特征,但其局部化却是固定不变的。针对常规方法难以准确分析非平稳信号的局限性,提出了基于小波分析的滚动轴承故障诊断方法,通过滚动轴承外表面损伤的实验信号进行小波包频谱分析,验证了基于小波分析的滚动轴承故障诊断方法是可靠、准确的,可进一步应用于航空发动机主轴轴承的状态监测和故障诊断。     

Multi-faults diagnosis of rolling bearings via adaptive customization of flexible analytical wavelet bases

Multi-faults detection is a challenge for rolling bearings due to the mode mixture and coupling of multiple fault features, as well as its easy burying in the complex, non-stationary structural vibrations and strong background noises. In this paper, a method based on the flexible analytical wavelet transform (FAWT) possessing fractional scaling and translation factors is proposed to identify multiple faults occurred in different components of rolling bearings. During the route of the proposed method, the proper FAWT bases are constructed via genetic optimization algorithm (GA) based on maximizing the spectral correlated kurtosis (SCK) which is firstly presented and proved to be efficient and effective in indicating interested fault mode. Via using the customized FAWT bases for each interested fault mode, the original vibration measurements are decomposed into fine frequency subbands, and the sensitive subband which enhances the signal-to-noise ratio (SNR) is selected to exhibit the fault signature on its envelope spectrum. The proposed method is tested via simulated signals, and applied to analyze the experimental vibration measurements from the running roller bearings subjected to outrace, inner-race and roller defects. The analysis results validate the effectiveness of the proposed method in identifying multi-faults occurred in different components of rolling bearings.     

考虑粗糙效应的航空高速滚子轴承动态模拟

耦合高速滚动轴承动力学理论和部分弹性流体动力润滑（PEHL）理论,提出了考虑轴承元件表面粗糙效应的高速滚动轴承动态特性分析方法。分析结果表明,轴承元件表面粗糙度和表面粗糙纹理方向对高速轴承的动力学特性有较大的影响,提高轴承元件表面加工质量可以抑制高速轴承元件在运行中出现的动态不稳定性现象;实验工作不仅支持了本文的分析,而且支持了高速滚动轴承是在混合润滑状态下工作的结论。      

磁悬浮轴承金属橡胶环组合支承转子系统的动态性能

将磁悬浮轴承支承在金属橡胶环上,构成磁悬浮轴承金属橡胶环组合支承高速旋转实验系统.通过理论分析、试验模态分析以及系统高速旋转实验研究了金属橡胶环对系统动态性能的影响.研究结果表明,增加合适支承刚度及支承阻尼的金属橡胶环可以明显降低转子在第一阶弯曲模态频率处的振动,减轻磁悬浮轴承为抑制转子弯曲振动所付出的代价,有利于系统平稳越过第一阶弯曲临界转速.      

一种磁悬浮陀螺飞轮方案设计与关键技术分析

提出一种磁悬浮陀螺飞轮的设计方案,采用洛伦兹力磁轴承对陀螺飞轮转子进行五自由度支承以提供转动自由度,并利用洛伦兹力磁轴承磁力与电流的线性特性,间接测量陀螺仪的输入角速度.该装置作为姿态控制执行机构兼有敏感器功能,可同时进行三自由度姿态控制与两自由度姿态敏感.针对磁悬浮陀螺飞轮二自由度姿态敏感与三自由度姿态控制这两项关键...     

基于LMD与AO-PNN的中介轴承故障诊断方法

针对航空发动机中介轴承受噪声干扰大、传递路径复杂导致采用传统方法难以进行故障诊断的问题,提出了一种基于局部均值分解（LMD）与相关系数-能量比-峭度准则、结合天鹰座优化算法（AO）优化概率神经网络（PNN）的中介轴承故障诊断方法。使用LMD对传感器采集的振动信号进行分解;利用相关系数-能量比-峭度准则判决筛选分解得到的PF分量,重构筛选后的信号;计算重构信号的多尺度排列熵（MPE）,以构建特征向量;通过AO优化的PNN的平滑因子,将优化后的神经网络用于中介轴承的故障诊断。基于中介轴承故障试验数据对诊断结果进行了分析,结果表明：提出的方法可以有效诊断高背景噪声、复杂路径干扰下的航空发动机中介轴承的典型故障,与粒子群优化的概率神经网络方法（PSO-PNN）和传统的PNN方法相比,其诊断准确率分别提高了3.875%和8.125%,具有较好的全局收敛性和计算鲁棒性。     

航空发动机高速滚子轴承动态特性分析

 高速滚子轴承的动态特性对航空发动机转子系统的性能有重要的影响,为得到较准确的轴承动态性能,采用拟动力学法建立承受四自由度载荷的滚子轴承动力学分析模型,模型中各零件之间的力和力矩由建立的轴承零件相互作用模型计算得到,并使用较精确的弹流模型计算拖动力,给出了非圆滚道轴承动态性能的计算方法。通过算例分析了工况参数和结构参数对滚子轴承动态特性的影响规律,最后通过实验结果验证了程序的可靠性。滚子轴承动态特性的研究为研究航空发动机转子-轴承动态性能耦合分析奠定了基础。     

滚动轴承摩擦力矩的乏信息模糊预报

滚动轴承摩擦力矩的波动具有不确定性,属于概率分布与趋势规律都未知的乏信息系统.这阻碍了对轴承摩擦力矩的小样本分析与总体把握.为此,以模糊集合理论为基础,从小样本入手,建立了航天轴承摩擦力矩参数的经验概率密度函数及其模糊预报模型,并对摩擦力矩的均值上界和最大值上界进行预报.对HKTA和HKTB两种轴承摩擦力矩参数的试验研究表明,在99%～100%置信水平下,预报结果与试验结果之间的误差很小,最大绝对误差仅为0.081 1个设定单位,最大相对误差仅为10.165%,可以满足航天工程的要求.      

制造误差对气体静压轴承涡流力矩影响分析方法研究

 采用有限元方法研究了制造误差对狭缝节流气体静压轴颈—止推轴承的涡流力矩的影响。对于轴颈—止推相连结构的气体轴承,通过相容变换进行统一编程计算;在离散化过程中,利用加权余量法将二阶偏微分方程降低一阶,放松了对插值函数连续度的要求,便于借助有限元技术分析狭缝节流气体静压轴承的流场参数。分析了狭缝气膜宽度误差和轴颈圆度误差对涡流力矩的影响,以及轴颈的不同安装角度、偏心等因素对涡流力矩的影响。经对比验证,有限元计算结果与实测结果基本一致,研究结果对于气体静压轴颈—止推轴承的设计、装配优化和性能预测有重要指导意义。     

航空发动机主轴轴承故障诊断

某型航空发动机的主轴轴承由于频繁出现早期失效而引起发动机故障,因此,对滚动轴承进行状态监测和故障诊断具有重要的实际意义。针对常规方法难以准确分析非平稳信号的局限性,本文研究了基于小波分析的滚动轴承故障诊断方法,通过滚动轴承外表面损伤的仿真信号进行小波包频谱分析,验证了基于小波分析的滚动轴承故障诊断方法是可靠、准确的,可以应用于航空发动机主轴轴承的状态监测和故障诊断。     

UKF方法及其在方位跟踪问题中的应用

采用UKF(Unscented Kalman Filter)方法处理了平面内地面站对目标的方位跟踪的估计问题。目标的位置和速度由选定的高斯分布采样点来近似，在每个更新过程中，采样点随着状态方程传播并随着非线性测量方程变换，由此不但得到目标位置和速度的均值及较高的计算精度，而且避免了对非线性方程的线性化过程。仿真结果表明，UKF方法比传统的扩展卡尔曼滤波(EKF)算法有更高的估计精度，并能有效地克服非线性严重时，方位跟踪问题中很容易出现的滤波发散问题。     

An Overview of Performance Characteristics, Experiences and Trends of Aerospace Engine Bearings Technologies

In this paper, the operating conditions, technical requirements, performance characteristics, design ideas, application experiences and development trends of aerospace engine bearings, including material technology, integration design and reliability, are reviewed. The development history of aerospace engine bearing is recalled briefly at first. Then today＇s material technologies and the high bearing performances of the bearings obtained through the new materials are introduced, which play important roils in the aeroengine bearing developments. The integration design ideas and practices are explained to indicate its significant advantages and importance to the aerospace engine bearings. And the reliability of the shaft-bearing system is pointed out and treated as the key requirement with goals for both engine and bearing. Finally, as it is believed that the correct design comes from practice, the pre-qualification rig testing conducted by FAG Aerospace GmbH ＆ Co. KG is briefly illustrated as an example. All these lead to the development trends of aerospace engine bearings from different aspects.     

航空发动机滚动轴承的载荷分布研究

滚动轴承载荷分布的研究大多应用基于Hertz接触理论的拟动力学法进行。由于Hertz接触理论半无限空间的边界条件,以及分析时采用刚性套圈假设,拟动力学法的计算结果与实际情况有较大出入。近年来随着有限元、边界元等数值计算方法的发展,使考虑套圈变形和边界条件影响的滚动轴承载荷分布的研究成为可能。建立滚动轴承载荷分布的有限元分析模型,分析载荷参数对轴承接触应力、接触角和变形的影响规律,并将有限元法的计算结果与拟动力学法及实验结果进行分析比较。研究表明:由于有限元法考虑套圈变形以及边界条件的影响,与实验结果更为接近。     

一种用于电磁轴承特性可控的弹性备用轴承

 为了提高电磁轴承备用轴承的性能,基于动力特性可控的径向电涡流阻尼器、弹性支撑以及滚动型或衬套型备用轴承提出了一种动力特性可控的弹性备用轴承新结构。介绍了这种新型备用轴承的结构和工作原理,在不同的转速和转子不平衡量下测量了电磁轴承失效后转子坠落在新型弹性备用轴承上的瞬态响应,分析了新型备用轴承对转子坠落在备用轴承上的瞬态冲击响应的抑制作用。结果表明：这种新型弹性备用轴承不仅具有结构简单、无工作介质、动力特性易于进行控制等特点,而且还能够显著减小电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承上的瞬态冲击响应,使转子的振动很快得以衰减,减小了转子对备用轴承的冲击作用,是一种具有良好发展和应用前景的主动电磁轴承备用轴承结构。