含支承部件故障的航空发动机转子动力学问题研究

摘要

支承部件是航空发动机转子系统的重要组成部分，其工作状态是否正常直接影响着发动机的可靠性。由于工作环境复杂，支承部件也是航空发动机故障多发部位。支承部件最常见的故障主要有支承松动故障和滚动轴承故障，这两类故障都具有较强的非线性，会导致发动机振动过大、转静子碰摩，甚至造成严重破坏事故。本文在转子动力学理论的基础上，分别对转子系统的支承松动故障与轴承故障展开了深入研究，主要工作和成果如下：
　　1.对支承松动故障研究以及滚动轴承故障建模与动力学研究的现状进行了简要概述。对论文所涉及的理论知识做了介绍。
　　2.针对一端支承松动的转子-轴承系统，应用 Runge-Kutta方法对系统的动力学响应进行数值计算。研究发现松动端振动波形上下不对称，一侧会发生明显的削波现象；频谱中有明显的高频成分，特定转速下，还会引起系统1/2、1/3等分频振动频谱分量。通过实验研究也发现了与数值仿真相似的结果。
　　3.通过遗传算法对支承松动故障参数进行识别。改进了传统遗传算法存在的进化速度慢与早熟收敛问题。研究表明，改进的方法能有效提高松动参数的识别效率。利用改进的遗传算法对松动故障的非线性参数进行识别，并研究了算法在不同变异率情况下的识别结果。最后基于实测信号对转子支承松动的参数进行了识别，取得了令人满意的结果。
　　4.考虑由于滚动轴承刚度变化而产生的VC(Varying compliance)振动，利用Lagrange方程建立了不对称双盘转子-轴承系统动力学模型。在此基础上，考虑滚动轴承内外圈局域损伤的典型故障，运用数值仿真方法，分别研究了系统轴承外圈、内圈局域损伤对系统运动特性的影响。结果表明：轴承内外圈损伤会对不对称双盘转子系统运动特性产生较大影响，特别是在低转速阶段，轴承内外滚道出现损伤故障都会使其振动信号增大，且损伤的宽度越大振动信号增大得越明显。外滚道的损伤会对轴承游隙的非线性因素产生干扰，而内滚道的损伤则会增强这一因素的作用。
　　本文对转子-轴承系统的故障参数进行了识别，为建立反映实际工程问题的模型提供参数支持，还能为故障的监控与诊断提供一种新的思路。在滚动轴承故障机理以及故障对系统振动特性影响规律方面的结论，对故障的诊断工作具有一定指导意义。

目录

声明

字母注释表

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容

第二章 相关理论知识介绍

2.1 转子系统动力学基础

2.2 非线性方程的求解方法

2.3 本章小结

第三章 支承松动转子动力学特性分析

3.1 支承松动故障转子-轴承系统动力学方程

3.2 系统的动力学特性分析

3.3 实验研究

3.4本章小结

第四章 转子系统支承松动故障参数识别

4.1 基于改进遗传算法的参数识别方法

4.2 基于改进遗传算法的支承松动参数识别

4.3基于实测信号的转子支承松动参数识别

4.4 本章小结

第五章 滚动轴承内外圈损伤对双盘转子响应特性影响分析

5.1 轴承力模型

5.2 系统动力学方程

5.3 转子-滚动轴承系统的动力学响应

5.4 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢