故障滚动轴承的转子系统基座振动响应特性分析

摘要

滚动轴承是旋转机械转子系统中应用最广泛的机械部件，同时也是最容易损坏的部件之一。因此，对旋转机械滚动轴承故障的诊断与预报对于旋转机械安全高效运行、变革维修体制等方面都具有非常重要的意义。
　　旋转机械滚动轴承故障的诊断与预报方法一般将传感器安装在离振源较近的轴承座上，由于受具体结构与工况的限制，有时传感器安装困难，而且通用性较差。由于振动的传递特性，故障振动信号将会传递到基座上，而在基座上安装传感器具有安装方便、通用性强等优点。本论文研究转子系统中基座对故障滚动轴承的振动响应特性，为实现将传感器安装在基座上诊断出旋转机械滚动轴承故障提供理论基础。
　　本文从振动机理、有限元分析以及实验分析三个方面展开研究，分析了基座对滚动轴承的振动响应。主要的研究工作有:
　　1.理论分析滚动轴承的故障机理。详细论述了滚动轴承的基本结构、振动机理、主要失效形式，探讨了滚动轴承内圈故障、外圈故障、滚动体故障三种典型故障振动信号的特征频率。
　　2.对转子-滚动轴承-基座系统进有限元态分析。以Spectra Quest公司的综合故障模拟实验台为对象，建立了转子-滚动轴承-基座系统，利用有限元分析软件ANSYS对转动部件和整个系统分别进行模态分析，求解出其相应的固有频率和模态;在转子-滚动轴承-基座系统模态分析结果的基础上对系统进行谐响应分析，得出基座上安装传感器的理想位置。
　　3.从实验的角度分析故障滚动轴承振动特性在基座上的响应情况。在综合故障模拟实验台上进行了不同滚动轴承故障类型、转速及负载的多种工况下的滚动轴承振动测试实验，从频率特征量和时域统计量两个方面研究了基座对故障滚动轴承的振动响应，分析了不同工况下故障滚动轴承的基座频率响应，从实验角度分析了转子-滚动轴承-基座系统的振动特性。
　　本文通过对转子-滚动轴承-基座系统进行振动分析，研究了基座对轴承故障振动信号的响应，为寻找基于基座的滚动轴承状态监测与故障诊断的有效方法奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 滚动轴承故障诊断技术的国内外研究概况

1．3 模态分析在振动特性分析中的应用

1．4 本文的主要工作

第二章 滚动轴承故障机理研究

2．1 滚动轴承的结构及振动机理

2．1．1 滚动轴承的基本结构

2．1．2 滚动轴承振动机理

2．2 滚动轴承的主要失效形式

2．2．1 正常失效

2．2．2 非正常失效

2．3 滚动轴承的振动特征

2．3．1 滚动轴承的固有振动频率

2．3．2 滚动轴承的故障缺陷频率

2．4 本章小结

第三章 转子-滚动轴承-基座系统有限元分析

3．1 转子-滚动轴承-基座系统模型的建立

3．1．1 系统几何模型的建立

3．1．2 系统有限元模型的建立

3．2 模态分析方法

3．2．1 模态分析理论基础

3．2．2 ANSYS模态分析有限元分析过程

3．3 转子-滚动轴承系统模态分析

3．3．1 转子-滚动轴承系统固有振动分析

3．3．2 转子-滚动轴承系统边界约束

3．3．3 转子-滚动轴承系统模态分析

3．4 转子-滚动轴承-基座系统模态分析

3．4．1 转子-滚动轴承-基座系统边界约束

3．4．2 转子-滚动轴承-基座系统模态分析

3．4．3 轴承刚度对转子-滚动轴承-基座系统模态的影响

3．5 转子-滚动轴承-基座系统谐响应分析

3．5．1 ANSYS谐响应分析

3．5．2 转子-滚动轴承-基座系统谐响应分析

3．5．3 谐响应结果分析

3．6 本章小结

第四章 基座振动响应实验分析

4．1 测试方案

4．1．1 实验设备

4．1．2 实验方案

4．2 信号处理方法

4．2．1 维纳滤波器

4．2．2 循环维纳滤波器

4．2．3 包络谱分析

4．2．4 滤波效果分析

4．3 基座振动频率响应实验分析

4．3．1 不同故障滚动轴承的基座频率响应分析

4．3．2 不同故障滚动轴承的基座时域统计量分析

4．3．3 不同工况下故障滚动轴承的基座频率响应分析

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 主要创新点

5．3 不足和展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间主要研究成果目录