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含外圈剥落和不对中的齿轮-转子-轴承系统振动分析

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Journal of Central South University 2024年第2期31卷 511-525页

作者：徐宏阳赵翔马辉罗忠韩清凯闻邦椿 School of Mechanical Engineering and Automation Northeastern UniversityShenyang 110819China Key Laboratory of Vibration and Control of Aero-Propulsion System(Ministry of Education) Northeastern UniversityShenyang 110819China

轴承套圈的不对中和剥落是影响齿轮-转子-轴承系统振动特性的典型误差和故障。为了研究外圈不对中和剥落对系统的耦合影响,有必要对含不对中和剥落的齿轮-转子-轴承系统振动特性进行分析。首先,考虑外圈不对中和剥落,计算了轴承的五自... 详细信息

轴承套圈的不对中和剥落是影响齿轮-转子-轴承系统振动特性的典型误差和故障。为了研究外圈不对中和剥落对系统的耦合影响,有必要对含不对中和剥落的齿轮-转子-轴承系统振动特性进行分析。首先,考虑外圈不对中和剥落,计算了轴承的五自由度非线性恢复力。然后,基于轮齿承载接触分析(LTCA)方法,计算了啮合刚度并且建立了直齿轮副的动力学模型。在此基础上,基于切片法建立了花键的等效刚度模型。最后,通过将轴承的恢复力模型、直齿轮副的动力学模型和花键的等效刚度模型与转子系统的有限元模型耦合,建立了齿轮-转子-轴承系统的动力学模型。分析表明,只有剥落位于承载区时,才会对轴承接触力、接触角和系统振动特性产生影响。外圈的不对中导致轴承的承载区范围增大,并使得剥落对系统产生影响的概率增加。

关键词：球轴承不对中剥落振动特性齿轮-转子-轴承系统

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不对中工况下的修形齿轮副啮合特性分析

东北大学学报（自然科学版） 2020年第11期41卷 1609-1614页

作者：马辉赵百顺皇甫一樊韩晨怡东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819

由于对齿轮进行鼓向修形可以有效缓解不对中故障对系统的影响,改善啮合状态,提升传动的平稳性.因此,基于轮齿承载接触分析理论建立考虑轮齿修形以及不对中的啮合特性分析模型,并通过ANSYS对模型的有效性进行了验证;基于本文模型分析了... 详细信息

由于对齿轮进行鼓向修形可以有效缓解不对中故障对系统的影响,改善啮合状态,提升传动的平稳性.因此,基于轮齿承载接触分析理论建立考虑轮齿修形以及不对中的啮合特性分析模型,并通过ANSYS对模型的有效性进行了验证;基于本文模型分析了不同接触状态下的齿轮副时变啮合刚度与接触应力;最后以降低齿面接触应力为优化目标,对不对中齿轮副的鼓向修形量进行了优化.本文方法在保证计算精度的前提下极大地提升了计算效率,可为不对中齿轮副的修形优化设计提供理论依据.

关键词：不对中齿轮修形啮合刚度接触应力修形优化

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不对中气体箔片微织构止推轴承静态特性分析

润滑与密封 2023年

作者：何振鹏王智闫国华刘勇罗文东郭宇航邹雨辰重庆航天职业技术学院中国民航大学航空工程学院中国民航大学中欧航空工程师学院

为了研究4种不同形状微织构分布方式、数量、密度、摆放角度与深度等因素对不对中气体箔片止推轴承承载性能的影响，本研究采用逐点超松弛迭代法（SOR）与有限差分法（FDM）结合对气体箔片止推轴承Reynolds方程进行求解，通过Matlab仿... 详细信息

为了研究4种不同形状微织构分布方式、数量、密度、摆放角度与深度等因素对不对中气体箔片止推轴承承载性能的影响，本研究采用逐点超松弛迭代法（SOR）与有限差分法（FDM）结合对气体箔片止推轴承Reynolds方程进行求解，通过Matlab仿真计算得到不同微织构参数下轴承的承载力与摩擦力矩等。计算结果表明：微织构分布于止推轴承基座区与楔形区交界处时，相较于其他分布方式，轴承承载力均明显提高；不同形状微织构的最大截面沿止推轴承径向方向摆放时，轴承性能改善最佳；通过对不同形状微织构参数的研究，发现存在一组最优的微织构参数，可使止推轴承在较小的摩擦力矩下有更高的承载性能。相较于无微织构轴承，具有特定参数的微织构轴承其承载力提升了41.22%，摩擦力矩降低了0.81%。

关键词：气体箔片止推轴承不对中超松弛迭代法微织构参数承载性能

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航空鼓形花键设计及其不对中接触特性

航空动力学报 2022年第4期37卷 694-703页

作者：赵广王梦茹冯志飞王永泉郭梅苏常青大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024 中国航空发动机集团有限公司沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航空发动机集团有限公司航空发动机动力传输重点实验室沈阳110015

针对鼓形花键设计方法不完善、修形量范围无法确定的问题,提出利用花键齿面许用应力与内外花键配合干涉确定鼓形花键鼓形量的范围。以某航空发动机中央传动杆花键为例,开展鼓形花键设计;进而对比研究对中与不对中状态下普通花键和鼓形... 详细信息

针对鼓形花键设计方法不完善、修形量范围无法确定的问题,提出利用花键齿面许用应力与内外花键配合干涉确定鼓形花键鼓形量的范围。以某航空发动机中央传动杆花键为例,开展鼓形花键设计;进而对比研究对中与不对中状态下普通花键和鼓形花键的接触特性。结果表明:对中状态下,普通花键接触应力集中于齿向加载端,而鼓形花键则集中于齿向中部且接触应力增大;不对中状态下,普通花键接触齿对数目显著减小且接触应力显著提高,而鼓形花键的均载性显著且接触应力降低;随着不对中的增大,普通花键因干涉而存在断齿风险,而鼓形花键仍能够啮合但脱开齿对数目增加,接触应力也急剧提高。所确定的鼓形花键修形量范围合理,能够将齿侧间隙、不对中补偿能力、与修形量定量耦合起来,为航空鼓形花键设计、不对中控制、承载能力与寿命提升提供了重要理论参考。

关键词：鼓形花键设计方法修形不对中接触特性

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不对中-碰摩转子系统动力学响应分析

机床与液压 2023年第19期51卷 162-170页

作者：张凌云刘忠刘俊杰熊中刚吕勇桂林航天工业学院机电工程学院广西桂林541004 桂林航天工业学院广西特种工程装备与控制重点实验室广西桂林541004 塔里木大学机械电气化工程学院新疆阿拉尔843300

建立不对中-碰摩-不平衡条件下的滑动轴承-转子系统动力学模型,综合考虑不对中、滑动轴承油膜力、转盘偏心量和碰摩等一系列强非线性的耦合。运用C语言环境下的四阶Runge-Kutta数值积分法,引入碰撞振子系统的分析方法对转子系统的碰摩... 详细信息

建立不对中-碰摩-不平衡条件下的滑动轴承-转子系统动力学模型,综合考虑不对中、滑动轴承油膜力、转盘偏心量和碰摩等一系列强非线性的耦合。运用C语言环境下的四阶Runge-Kutta数值积分法,引入碰撞振子系统的分析方法对转子系统的碰摩分岔转迁行为进行分析,同时引入最大碰摩力和占空比概念对转子模型的参数变化引起的系统响应进行量化表征。结果表明:不对中故障导致转子系统产生2×、4×等偶数倍频率,并且2×频率幅值不随转速和系统参数的改变发生变化;轴承间隙和润滑油黏度的改变对系统响应产生了显著影响,具体表现为系统的稳定性随着轴承间隙的减小和润滑油黏度的增大而提高,特别是润滑油黏度的增大使得系统一、二阶临界转速明显增大。

关键词：滑动轴承-转子系统不对中碰摩动力学分析

滚动轴承静态和动态不对中对转子系统非线性振动特性的影响

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Journal of Central South University 2023年第3期30卷 871-903页

作者：王鹏飞杨阳徐宏阳马辉韩清凯罗忠闻邦椿 School of Mechanical Engineering and Automation Northeastern UniversityShenyang 110819China China North Vehicle Research Institute Beijing 100072China Key Laboratory of Vibration and Control of Aero-Propulsion System of Ministry of Education(Northeastern University) Shenyang 110819China

在滚动轴承不对中问题的研究中,以往的研究中很少考虑轴承不对中对转子系统振动特性的影响。基于现有研究的局限性,首先,给出了一种考虑轴承不对中的5自由度非线性力模型,该模型综合考虑了轴承的平行和角不对中、静态与动态不对中、内... 详细信息

在滚动轴承不对中问题的研究中,以往的研究中很少考虑轴承不对中对转子系统振动特性的影响。基于现有研究的局限性,首先,给出了一种考虑轴承不对中的5自由度非线性力模型,该模型综合考虑了轴承的平行和角不对中、静态与动态不对中、内圈与外圈不对中等多种情况。其次,将该模型应用在转子有限元模型中,分析了不对中对轴承动态接触特性和转子系统振动特性的影响。然后,给出了衡量轴承不对中程度的评价指标。最后,对比分析了平行和角不对中、静态与动态不对中的异同点。结果表明,轴承不对中提高了转子的共振转速,在共振区出现了幅值跳跃现象,表现出硬式非线性特征。从频率特征上来看,滚动轴承动态平行不对中和动态角不对中分别导致转子旋转频率成分fr和2fr的幅值增大。动态不对中导致轴承的承载区随着轴承内圈的旋转而时刻变化。该研究可为转子-轴承系统的故障识别提供理论依据和有价值的参考。

关键词：滚动轴承-转子系统不对中非线性动力学分岔故障诊断

含不对中与滚珠分布误差的球轴承刚度波动特性

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东北大学学报（自然科学版） 2023年第3期44卷 382-391页

作者：徐宏阳杨阳王鹏飞马辉东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 中国北方车辆研究所北京100072 东北大学航空动力装备振动及控制教育部重点实验室辽宁沈阳110819

轴承不对中可能导致保持架断裂和滚珠分布误差.为了分析不对中及滚珠分布误差对轴承刚度波动的影响,考虑外载荷及内、外圈不对中耦合情况,提出了一种含滚珠分布误差的深沟球轴承拟静力学模型.基于所提模型,进一步分析了外载荷及内、外... 详细信息

轴承不对中可能导致保持架断裂和滚珠分布误差.为了分析不对中及滚珠分布误差对轴承刚度波动的影响,考虑外载荷及内、外圈不对中耦合情况,提出了一种含滚珠分布误差的深沟球轴承拟静力学模型.基于所提模型,进一步分析了外载荷及内、外圈不对中状态下,滚珠分布误差对深沟球轴承径向、轴向及倾覆刚度波动特性的影响.结果表明:外载荷及外圈不对中情况下,轴承刚度以滚珠通过外圈周期,即变柔度(VC,variable compliance)振动为周期进行波动.此时,滚珠分布误差的存在,会使轴承刚度以保持架转动周期进行规律性大幅波动.随主轴旋转的内圈不对中会使轴承刚度以一半的内圈转动周期进行波动,且滚珠分布误差会使刚度波动幅值增加.

关键词：不对中滚珠分布误差球轴承刚度拟静力学模型

DBN参数对双转子不对中故障特征提取的影响及综合评估优选研究

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振动与冲击 2021年第12期40卷 151-158页

作者：杨大炼张帆宇李仁杰张宏献陶洁湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室湖南湘潭411201 柳州工学院广西柳州545006 湖南科技大学计算机科学与工程学院湖南湘潭411201

针对DBN(deep belief network)结构参数对特征提取性能影响很大而其影响特性不明导致最优参数难以选取的问题,以双转子系统不对中故障振动特征提取为例,通过构建不同DBN迭代次数、隐含层数、学习率及动量的重构误差曲线,分析DBN结构参... 详细信息

针对DBN(deep belief network)结构参数对特征提取性能影响很大而其影响特性不明导致最优参数难以选取的问题,以双转子系统不对中故障振动特征提取为例,通过构建不同DBN迭代次数、隐含层数、学习率及动量的重构误差曲线,分析DBN结构参数对双转子不对中故障特征提取性能影响特性。综合重构误差均方根误差RMSE(root mean square error)及计算时间,选取优化的结构参数。分析结果表明,最优参数为:迭代次数200次、隐含层节点数1000-1500、学习率0.01-0.1,动量项0.1-0.4。为DBN在双转子系统不对中故障识别中的应用提供结构参数选取依据。

关键词：深度置信网络双转子不对中特征提取性能分析

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椭圆轴承-不对中转子系统的动力学特性分析

机械设计与研究 2023年第1期39卷 36-41,47页

作者：李成功赵道利江玉森孙维鹏西安理工大学省部共建西北旱区生态水利国家重点实验室西安710048 东方汽轮机有限公司四川德阳618000

转子轴承系统在高速旋转中受到质量偏心、转轴不对中等影响时,容易造成转轴与轴瓦直接接触,导致轴瓦磨损变形为非圆状,对油膜稳定和系统运行状态产生影响。通过分析椭圆轴承-转子系统不对中故障的振动特性发现:低转速下的轴心轨迹呈“... 详细信息

转子轴承系统在高速旋转中受到质量偏心、转轴不对中等影响时,容易造成转轴与轴瓦直接接触,导致轴瓦磨损变形为非圆状,对油膜稳定和系统运行状态产生影响。通过分析椭圆轴承-转子系统不对中故障的振动特性发现:低转速下的轴心轨迹呈“内凹”状,随着转速的增大,振动响应变得复杂;不对中量逐渐增大时,出现较多的低倍频分量和幅值较大的二倍频分量,较小不对中偏角的改变可以近似认为不对中平行量的变化;随着质量偏心的增大,系统响应出现多种倍频分量变化,在过渡区域内的运动形态比较复杂。通过实验分析,低转速下的实验结果易受实验台本身的影响;系统存在单一故障时,振动幅值和二倍频幅值波动较小;多故障同时发生时,高转速下的转子振动幅值和二倍频幅值异常增大。对比发现实验验证的不对中早期故障特性与仿真结论相符,可为早期故障诊断和系统优化提供基础的理论依据。

关键词：转子-轴承系统非圆轴承不对中质量不平衡实验验证