航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承故障特征提取方法研究及動(dòng)力學(xué)仿真.pdf

1、航空發(fā)動(dòng)機(jī)是飛行器的動(dòng)力裝置，主軸軸承既是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，又是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的薄弱環(huán)節(jié)，利用有效手段監(jiān)測(cè)軸承的健康狀況、實(shí)現(xiàn)故障早期預(yù)警對(duì)保證飛行器安全運(yùn)行具有重要意義。
　　論文以航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承為研究對(duì)象，開(kāi)展微弱故障信號(hào)特征提取與診斷方法研究，同時(shí)為探究軸承早期故障動(dòng)態(tài)演化規(guī)律，建立三維有限元模型并開(kāi)展動(dòng)力學(xué)分析。主要內(nèi)容如下:
　　(1)研究了基于噪聲抑制的特征提取方法。為緩解端點(diǎn)效應(yīng)及模態(tài)混疊等問(wèn)題，提出了基于

2、互補(bǔ)式總體經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和相關(guān)性理論的特征提取方法，并應(yīng)用于不同轉(zhuǎn)速、不同故障程度下的軸承信號(hào);針對(duì)傳統(tǒng)方法只能分解一元信號(hào)的問(wèn)題，應(yīng)用基于噪聲輔助的多元經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法分析了多個(gè)位置采集到的軸承振動(dòng)信號(hào);提出了固有時(shí)間尺度分解與排列熵結(jié)合的特征提取方法，以排列熵作為評(píng)價(jià)每個(gè)旋轉(zhuǎn)分量的指標(biāo)，分析了低速工況下的軸承故障信號(hào)，解決了模態(tài)經(jīng)驗(yàn)分解方法實(shí)時(shí)性較差的問(wèn)題;同時(shí)從分析時(shí)域波形形狀的角度，研究了基于數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)的特征提取方法，探討了結(jié)構(gòu)元

3、素及形態(tài)學(xué)算子對(duì)特征提取效果的影響，并對(duì)實(shí)驗(yàn)信號(hào)開(kāi)展了分析。
　　(2)研究了基于分形理論的模式識(shí)別方法。提出了基于形態(tài)學(xué)和關(guān)聯(lián)維數(shù)的模式識(shí)別方法，探討了重構(gòu)相空間維數(shù)的確定方法，并應(yīng)用于軸承診斷;但是關(guān)聯(lián)維數(shù)計(jì)算前需要確定多個(gè)參數(shù)且計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)，為此提出了基于盒維數(shù)的模式識(shí)別方法，探討了噪聲對(duì)盒維數(shù)的影響，并以盒維數(shù)作為特征參數(shù)，分別結(jié)合距離函數(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)兩種方法分析了軸承在不同狀態(tài)下的振動(dòng)信號(hào);接著在多個(gè)測(cè)度下描述了軸承振動(dòng)信號(hào)

4、的分形特征，應(yīng)用廣義維數(shù)對(duì)軸承開(kāi)展了故障模式識(shí)別。
　　(3)開(kāi)展了基于顯示動(dòng)力學(xué)的軸承仿真與分析。建立了軸承正常及典型故障的有限元模型，采用顯示動(dòng)力學(xué)的方法分析了軸承各部件的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及典型故障激勵(lì)作用下的應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，并探究了故障程度及主軸轉(zhuǎn)速對(duì)應(yīng)力應(yīng)變的影響，分析了多種轉(zhuǎn)速下的軸承仿真信號(hào)的故障特征。
　　結(jié)果表明:基于噪聲抑制的特征提取方法可以有效的減少原始信號(hào)中的噪聲，準(zhǔn)確的提取軸承信號(hào)的故障特征;基于分形理論的