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航空发动机主轴轴承剥落扩展试验

航空发动机 2024年第1期50卷 124-128页

作者：胡铭鑫孔令成赵聪张浩毛宏图中国航发沈阳发动机研究所沈阳110015 中国航发航空发动机动力传输重点实验室沈阳110015

为探索轴承的剥落极限,开展了航空发动机主轴轴承的剥落扩展试验研究。介绍了轴承损伤的形式以及国内外关于疲劳剥落损伤的研究现状;介绍了试验轴承的初始剥落状态以及试验器的基本情况,明确了轴承的润滑条件和监测方式;按照发动机的真... 详细信息

为探索轴承的剥落极限,开展了航空发动机主轴轴承的剥落扩展试验研究。介绍了轴承损伤的形式以及国内外关于疲劳剥落损伤的研究现状;介绍了试验轴承的初始剥落状态以及试验器的基本情况,明确了轴承的润滑条件和监测方式;按照发动机的真实工况和载荷谱制定试验方案并开展试验,定期分解监控轴承的剥落扩展趋势;对试验过程中金属屑末质量分数、轴承温度以及转子振动的监测结果进行了分析。结果表明:小面积剥落的轴承在18 h试验时间内仍能继续工作,轴承温升未发生明显改变,轴承外圈温度大部分时间内保持在150~190℃,但金属屑末质量分数及转子振动时域幅值不断增大,金属屑末累计增长约9500个,振动时域幅值已超过600g。各项参数的监测结果对发动机地面试车或飞行具有重要的参考价值。

关键词：航空发动机主轴轴承剥落扩展试验研究监测方式

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风力发电机主轴轴承零游隙位置概率分析

东北大学学报（自然科学版） 2023年第10期44卷 1440-1447页

作者：黄贤振张鹏李红雷吕中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

预紧量对轴承的运行状态和使用寿命有着重要的影响.为了保证主轴轴承的合理装配,需要确定轴承的零游隙位置.首先,采用厚壁圆筒理论计算了轴承游隙的变化量,从而确定轴承的零游隙位置.而后,建立了轴承零游隙的有限元位移模型,提出了一种... 详细信息

预紧量对轴承的运行状态和使用寿命有着重要的影响.为了保证主轴轴承的合理装配,需要确定轴承的零游隙位置.首先,采用厚壁圆筒理论计算了轴承游隙的变化量,从而确定轴承的零游隙位置.而后,建立了轴承零游隙的有限元位移模型,提出了一种更加准确的零游隙位置计算方法.考虑到随机因素的影响,提出了Kriging代理模型的方法,分析了风电主轴轴承零游隙下内外圈位置的概率分布特性.最后,数值算例表明,Kriging模型预测的最大误差在0.1%以内,表明所提出的方法具有较高的精度和适用性.

关键词：风力发电机主轴轴承概率分析有限元模型 Kriging代理模型

基于XGBoost-LSTM的数控机床主轴轴承故障预测方法研究

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现代制造工程 2023年第8期 155-160页

作者：赵恒喆杨晓英石岩杨逢海杨欣河南科技大学机电工程学院洛阳471003 机械装备先进制造河南省协同创新中心洛阳471003 河南科技大学商学院洛阳471023

为实现数控机床主轴轴承的故障准确预测,提出一种将灰色关联度分析法、深度学习和残差滑动窗口分析相结合的故障预测方法。采取灰色关联度分析法对采集的设备状态变量进行特征筛选,在此基础上建立基于极端梯度提升树(eXtreme Gradient B... 详细信息

为实现数控机床主轴轴承的故障准确预测,提出一种将灰色关联度分析法、深度学习和残差滑动窗口分析相结合的故障预测方法。采取灰色关联度分析法对采集的设备状态变量进行特征筛选,在此基础上建立基于极端梯度提升树(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)和长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)神经网络(XGBoost-LSTM)加权融合的轴承温度预测模型,通过设定报警阈值和规则,利用滑动窗口法对轴承温度预测模型的预测残差进行分析,实现对主轴轴承故障的准确预测,并通过实例验证了该方法的有效性。

关键词：数控机床主轴轴承灰色关联度分析 XGBoost-LSTM 故障预测

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机床主轴轴承热诱导预紧力自补偿方法

机械科学与技术 2023年第6期42卷 866-869页

作者：董艳方陈非凡卢团良邱明河南科技大学机电工程学院河南洛阳471000 河南科技大学机械装备先进制造河南省协同创新中心河南洛阳471000 杭州轴承试验研究中心有限公司杭州310000

针对高速机床主轴轴承在主轴转速、负载及初始预紧力影响作用下,产生附加热诱导预紧力的问题,提出一种基于分离式隔圈的机床主轴轴承热诱导预紧力自补偿方法,实现了主轴轴承热诱导预紧力自补偿。首先,建立了主轴单元热结构耦合分析模型... 详细信息

针对高速机床主轴轴承在主轴转速、负载及初始预紧力影响作用下,产生附加热诱导预紧力的问题,提出一种基于分离式隔圈的机床主轴轴承热诱导预紧力自补偿方法,实现了主轴轴承热诱导预紧力自补偿。首先,建立了主轴单元热结构耦合分析模型,分析了不同温度及载荷下,分离式隔圈的轴向相对位移;其次,利用高速机床主轴轴承试验平台研究了补偿前后不同主轴转速和初始预紧力下主轴单元振动和轴承温升的变化规律。结果表明,隔圈相对位移随温度成线性变化,而初始预紧力对其几乎没有影响;且采用分离式隔圈相较于传统的一体式隔圈,主轴单元振动略有增加,但轴承温升显著减小,说明所设计分离式隔圈能够有效降低热诱导预紧力。

关键词：主轴轴承热诱导预紧力自补偿

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风电主轴轴承强化工况故障仿真分析

组合机床与自动化加工技术 2022年第11期 88-91,96页

作者：郭名君陈捷张浩金晟南京工业大学机械与动力工程学院南京211816

以FD240/600CA/W33型双列调心滚子轴承为对象,基于HyperMesh/Ls-Dyna建立了风电主轴轴承内、外圈和滚动体特定故障下的动力学模型以获取故障损伤处的振动响应。通过对比主轴轴承在转速强化下动力学仿真值和理论计算值验证了风电主轴轴... 详细信息

以FD240/600CA/W33型双列调心滚子轴承为对象,基于HyperMesh/Ls-Dyna建立了风电主轴轴承内、外圈和滚动体特定故障下的动力学模型以获取故障损伤处的振动响应。通过对比主轴轴承在转速强化下动力学仿真值和理论计算值验证了风电主轴轴承故障模型准确性,然后基于此模型分别分析了在转速和径向载荷强化下,主轴轴承典型故障特征参数的适用性、敏感性和稳定性。研究表明,转速强化时均方根值和方根幅值适合作为故障诊断指标;径向载荷强化时,峰峰值、峰值因子和均方根值可作为故障诊断指标;波形因子不适合作为故障诊断指标。

关键词：风电主轴轴承故障诊断动力学分析有限元仿真

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航空发动机主轴轴承剥落扩展试验

航空发动机 2023年

作者：胡铭鑫孔令成赵聪张浩毛宏图中国航发航空发动机动力传输重点实验室中国航发沈阳发动机研究所

为探索轴承的剥落极限，开展了航空发动机主轴轴承的剥落扩展试验研究。介绍了轴承损伤的形式以及国内外关于疲劳剥落损伤的研究现状；介绍了试验轴承的初始剥落状态以及试验器的基本情况，明确了轴承的润滑条件和监测方式；按照发动机... 详细信息

为探索轴承的剥落极限，开展了航空发动机主轴轴承的剥落扩展试验研究。介绍了轴承损伤的形式以及国内外关于疲劳剥落损伤的研究现状；介绍了试验轴承的初始剥落状态以及试验器的基本情况，明确了轴承的润滑条件和监测方式；按照发动机的真实工况和载荷谱制定试验方案并开展试验，定期分解监控轴承的剥落扩展趋势；对试验过程中金属屑末质量分数、轴承温度以及转子振动的监测结果进行了分析。结果表明：小面积剥落的轴承在18 h的试验时间内仍能继续工作，轴承温升未发生明显改变，轴承外圈温度大部分时间内保持在150～190℃，但金属屑末质量分数及转子振动时域幅值不断增大，金属屑末累计增长约9500个，振动时域幅值已超过600 g。各项参数的监测结果对发动机地面试车或飞行具有重要的参考价值。

关键词：航空发动机主轴轴承剥落扩展试验研究监测方式

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激光表面强化风电主轴轴承承载性能研究

激光表面强化风电主轴轴承承载性能研究

作者：贾磊河南科技大学

学位级别：硕士

风电在国家能源战略中有重要的作用,这也促进了风机行业的蓬勃发展。大型主轴轴承作为风力发电机组的重要零部件,其可靠性至关重要。本文对激光表面强化风电主轴轴承承载性能进行研究,以期提高主轴轴承的承载性能;对于提升风电机组的使... 详细信息

风电在国家能源战略中有重要的作用,这也促进了风机行业的蓬勃发展。大型主轴轴承作为风力发电机组的重要零部件,其可靠性至关重要。本文对激光表面强化风电主轴轴承承载性能进行研究,以期提高主轴轴承的承载性能;对于提升风电机组的使用寿命和工作的稳定性具有极其重要的作用。主要研究内容包括以下几个部分。首先,建立风电主轴轴承的静力学分析模型,分析风电主轴轴承在复杂受力(轴向力、径向力、倾覆力矩)情况下,轴承滚子与内外圈滚道、滚子与挡边间的接触负荷分布。根据圆锥滚子轮廓修形理论,使用了一种新的滚动体修形理论和方法。分析游隙对滚道最大接触载荷、游隙对挡边最大接触载荷的影响规律。其次,利用有限元分析方法对负载滚子与表面硬化滚道之间进行的接触弹-塑性分析,分析不同滚子直径、滚子载荷及硬化层深度对应的接触塑性变形。基于模型输入参数与输出塑性变形的非线性回归分析,建立接触塑性变形与滚子直径、接触应力、硬化层深度之间的关系方程。根据回归方程得到表面硬化滚道许用赫兹接触应力的计算公式,并得出如下结论:许用接触应力随滚子直径的增加而略有减小,许用接触应力随硬化层深度的增加而显著增加。然后,以连续损伤力学为基础,通过构建硬化层材料的与损伤相耦合的非线性力学本构模型,并利用非线性有限元软件ANSYS的用户材料子程序接口UMAT对该材料本构模型进行编程。结合风电主轴轴承的局部有限元模型,分析了硬化层厚度为5mm,滚子与滚道接触区域的寿命场和损伤场随着载荷的变化规律。结果表明:当作用载荷较小时(67440N),损伤出现在硬化层的浅层区。随着作用载荷的增大,硬化层中损伤出现的位置向深处发展。当作用载荷增大到249528N时,除了在硬化层出现损伤之外,在芯部组织开始出现损伤,出现位置为芯部组织的最上层。损伤随载荷的增大逐渐增大。随着载荷的增大,寿命逐渐降低。最后,基于L-P疲劳寿命理论进行寿命计算,对ISO 281和ISO16281的修正寿命进行对比分析。针对激光表面强化滚道试样的抗塑性变形性能的试验测试开展研究。试验内容包括:激光淬火表面硬度分布测试、激光淬火硬化层深度分布测试、激光淬火硬化组织金相检验、硬化组织硬度梯度测试、激光淬火滚道塑形承载实验。轴承寿命试验研究,测试轴承在疲劳载荷下的稳定性和可靠性。试验证明该轴承可以满足试验工况下使用寿命的要求。

关键词：主轴轴承载荷分布弹塑性分析激光表面强化疲劳损伤

基于深度学习和集成学习的数控机床主轴轴承故障诊断研究

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基于深度学习和集成学习的数控机床主轴轴承故障诊断研究

作者：武林武汉理工大学

学位级别：硕士

主轴是数控机床的核心部件,主轴发生故障往往会导致数控机床不正常运转,性能退化,产品质量下降甚至不合格。主轴故障通常是因支撑主轴的轴承失效而引起,因此,研究数控机床主轴轴承的故障诊断技术对保障数控机床的安全运行、提高生产效... 详细信息

主轴是数控机床的核心部件,主轴发生故障往往会导致数控机床不正常运转,性能退化,产品质量下降甚至不合格。主轴故障通常是因支撑主轴的轴承失效而引起,因此,研究数控机床主轴轴承的故障诊断技术对保障数控机床的安全运行、提高生产效率、避免损失和灾难性事故,具有重要实际意义和研究价值。数控机床主轴轴承通常在重载、高速和强冲击的工况下运行,其故障信号往往具有强噪声、非线性、非平稳性和非高斯分布等特点。另外,生产现场所能获取的带标签故障样本通常非常有限,但正常样本数量充足,因而产生了样本不平衡问题。在这些情况下,传统的故障诊断方法难以有效挖掘样本中蕴含的潜在故障信息,并提取代表性故障特征,因而导致模型诊断性能下降。针对这些问题,本文提出了基于深度学习和集成学习的数控机床主轴轴承故障诊断方法。论文的主要研究如下:(1)针对深度学习模型如果参数选择不当,会造成模型诊断性能下降等问题,研究基于卷积神经网络的滚动轴承诊断模型中的重要参数对诊断性能的影响,为后续集成模型提供性能良好的个体分类器提供指导,继而提高集成模型的泛化性能。(2)针对滚动轴承原始振动信号携带噪音和存在故障样本不平衡的问题,提出了一种基于小波包变换和卷积神经网络的滚动轴承集成故障诊断方法(Ensemble fault diagnosis method based on wavelet packet transform and convolutional neural network,EWCNN)。该方法通过小波包变换将原始信号分解为正交子信号,保证了分类器之间的独立性,有利于提高集成模型的性能。通过滚动轴承试验台和机床主轴轴承数据验证了EWCNN方法的有效性,并与其他机器学习方法和集成学习方法对比,实验结果显示EWCNN有最好的诊断准确率和稳定性。(3)针对浅层机器学习滚动轴承故障诊断方法特征提取能力不足和单模型泛化能力差等问题,提出了一种基于卷积神经网络和集成支持向量机的集成学习方法(Ensemble learning method based on convolutional neural network and ensemble support vector machine,CNN-ESVM)。该方法在特征提取阶段,利用卷积神经网络逐层提取多级特征,然后将多级特征送入集成支持机,最后通过设计的组合策略将多个分类器成一个更加准确稳定的分类器。通过机床主轴轴承数据验证了CNN-ESVM方法的有效性,结果表明CNN-ESVM比单模型诊断方法和其他智能诊断方法有更好的诊断性能。

关键词：数控机床主轴轴承故障诊断深度学习集成学习

基于多节点热网络法的航空发动机主轴轴承温度场分析

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推进技术 2019年第2期40卷 382-388页

作者：高文君刘振侠朱鹏飞吕亚国西北工业大学动力与能源学院陕西西安710072

航空发动机主轴轴承温度场分析是发动机润滑系统热分析的关键。针对传统简单节点热网络法中轴承温度节点设置过于简化、人为设置轴承生热分配比例等问题,提出改进的多节点热网络法。基于Hertz热扩散理论,将轴承三元件分别划分为接触表... 详细信息

航空发动机主轴轴承温度场分析是发动机润滑系统热分析的关键。针对传统简单节点热网络法中轴承温度节点设置过于简化、人为设置轴承生热分配比例等问题,提出改进的多节点热网络法。基于Hertz热扩散理论,将轴承三元件分别划分为接触表面与主体两个节点,并以Hertz扩散热阻连接;轴承接触区设置油膜节点,加载轴承生热载荷,节点与轴承接触面之间通过油膜热阻连接;构建多节点轴承热网络模型,获得轴承内部更细致的温度场分布。研究表明,轴承表面温度显著高于其内部主体结构温度,而接触区对应的两个接触面之间也存在明显的温度差异,使用本文建立的多节点热网络法对滑油出口温度的计算误差不超过7%。

关键词：航空发动机主轴轴承热网络法节点划分传热扩散热阻