中介轴承外圈局部故障状态下阵发性冲击振动的预测方法技术

本发明专利技术涉及故障诊断技术领域，具体涉及中介轴承外圈局部故障状态下阵发性冲击振动的预测方法，本发明专利技术通过阵发性冲击振动的发生条件，即高压转子转频等于轴承故障频率及其倍数频率，依据此条件，推导出阵发性冲击振动的预测公式，通过结合公式及预实验，可求得发生阵发性冲击振动的所有工况，即实现对中介轴承外圈局部故障状态下双转子系统阵发性冲击振动的预测，排查风险，以避免出现重大安全事故。以避免出现重大安全事故。以避免出现重大安全事故。

Prediction method of paroxysmal shock vibration under partial fault condition of intermediate bearing outer ring

【技术实现步骤摘要】
中介轴承外圈局部故障状态下阵发性冲击振动的预测方法


[0001]本专利技术涉及故障诊断
，具体涉及中介轴承外圈局部故障状态下阵发性冲击振动的预测方法。

技术介绍

[0002]滚动轴承广泛应用于旋转机械，如汽轮机、发电机、航空发动机机等。一般的旋转机械通常采用单转子结构。此时，滚动轴承的内圈固连于转子结构，并随着转子的转动而发生旋转，外圈道固连于地面支撑结构，因此不发生转动。
[0003]现役航空发动机为提高推重比，一般采用套装双转子结构，转子系统由压气机叶片、涡轮叶片、转轴、盘鼓等基本结构组成，并通过滚动轴承与弹性支承连接于机匣部件。如图1所示，高压转子1与低压转子2轴之间安装滚动轴承(即中介轴承3)，当航空发动机工作时，由于高低压转子的转动，中介轴承的内外圈都会发生转动。
[0004]中介轴承作为高低压转子连接的关键部件，具有双转速、高转速、大载荷等特点。由于苛刻的运行环境，中介轴承在服役过程容易产生由过载或疲劳等原因引起的滚子擦伤、滚道剥落等局部损伤故障。这些故障在萌生和发展的过程中，会威胁航空发动机的运行安全，严重时可造成抱轴、燃轴、切轴等重大安全事故。并且，中介轴承相较于一般位置处的滚动轴承，最大的特点是具有内外圈同时转动的两种转速，这决定了中介轴承的局部故障会引发航空发动机双转子系统更复杂的动力学行为。
[0005]阵发性冲击振动作为中介轴承
‑
双转子系统所特有的动力学现象，目前已无法对阵发性冲击振动进行相关预测，因而在使用时具有较大的潜在风险。
专利
技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供中介轴承外圈局部故障状态下阵发性冲击振动的预测方法，已避免在使用中出现安全事故。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供中介轴承外圈局部故障状态下阵发性冲击振动的预测方法，包括以下步骤：
[0008]S1、建立推导阵发性冲击振动的预测公式；
[0009]步骤S1具体为：
[0010]根据阵发性冲击振动的发生条件推导出公式1，
[0011]f
h
＝mf
bpo
[0012]其中，m为轴承故障频率的倍数，f
h
为高压转子转频，f
bpo
为轴承外圈故障频率，具体的f
bpo
的计算公式2为：
[0013][0014]其中，中f
l
和f
h
分别为低压转频和高压转频，N
b
为滚动体个数，R
i
和R
o
分别为中介轴承内圈和外圈半径；
[0015]将公式2代入公式1，并做简化，得到阵发性冲击振动的预测公式3：
[0016][0017]式中λ＝f
h
/f
l
，为高压转子与低压转子转速之比；
[0018]S2、查找轴承手册或针对转子实验对象，得到中介轴承的内圈半径R
i
、外圈半径R
o
、滚动体个数N
b
；
[0019]S3、取m＝1,依据公式3求得发生阵发性冲击振动的工况，即求得m＝1情况下的双转子转速比；
[0020]S4、依据步骤S3中的理论计算工况，开展阵发性冲击振动的预实验，采集实验对象的振动加速度信号，并给出加速度信号对应的包络谱；
[0021]S5、依据公式2计算轴承故障频率，结合步骤S4中得到的包络谱，得到轴承故障频率的倍数关系，即得到m的所有取值；
[0022]S6、针对所有m的取值，分别代入公式3，即可求得发生阵发性冲击振动的所有工况。
[0023]进一步地，所述步骤S1中的阵发性冲击振动的发生条件为高压转子转频等于轴承故障频率及其倍数频率。
[0024]进一步地，所述的中介轴承外圈局部故障状态下阵发性冲击振动的预测方法，其特征在于：所述步骤S1中的公式3为解析的显性表达式。
[0025]本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：
[0026]本专利技术通过阵发性冲击振动的发生条件，即高压转子转频等于轴承故障频率及其倍数频率，依据此条件，推导出阵发性冲击振动的预测公式，通过结合公式及预实验，可求得发生阵发性冲击振动的所有工况，即实现对中介轴承外圈局部故障状态下双转子系统阵发性冲击振动的预测，排查风险，以避免出现重大安全事故。
附图说明
[0027]图1为现有技术中WP7航空发动机支承方案的结构示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例中的局部故障的中介轴承冲击振动响应时间历程；
[0029]图3为本专利技术实施例中的阵发性冲击振动时间历程及对应的包络谱；
[0030]图4为本专利技术实验例中的双转子实验台振动加速度信号的时间历程及对应的包络谱；
[0031]图5为本专利技术实验例中双转子实验台振动加速度信号的时间历程及对应的包络谱；
[0032]图6为本专利技术实验例中双转子实验台振动加速度信号的时间历程及对应的包络谱。
具体实施方式
[0033]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图1
‑
6，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技
术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0034]阵发性冲击振动作为中介轴承
‑
双转子系统所特有的动力学现象，本专利提出了阵发性冲击振动的预测公式，给出了完整的阵发性冲击振动预测流程。
[0035]实施例
[0036]如图2所示，当轴承滚动体每次经过外圈道局部故障时，由于滚动体与内外圈道的接触间隙突然发生变化，一般情况下会引发系统连续的大幅冲击振动行为，此为一般情况下的连续性冲击振动。
[0037]如图3所示，当双转子转速比(即高压转子与低压转子转速之比)达到一些特殊值时，系统响应表现为阵发性冲击振动，对应的包络谱中只有轴承故障频率及其倍数频率，没有边频，即阵发性冲击振动动力学现象。
[0038]基于上述内容，可知阵发性冲击振动的发生条件为：高压转子转频等于轴承故障频率及其倍数频率。依据此条件，提供了一种中介轴承外圈局部故障状态下阵发性冲击振动的预测方法，包括以下步骤：
[0039]S1、建立推导阵发性冲击振动的预测公式；
[0040]步骤S1具体为：
[0041]根据阵发性冲击振动的发生条件推导出公式1，
[0042]f
h
＝mf
bpo
[0043]其中，m为轴承故障频率的倍数，f
h
为高压转子转频，f
bpo
为轴承外圈故障频率，具体的f
bpo
的计算公式2为：
[0044][0045]其中，中f
l
和f
h
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中介轴承外圈局部故障状态下阵发性冲击振动的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、建立推导阵发性冲击振动的预测公式；步骤S1具体为：根据阵发性冲击振动的发生条件推导出公式1，f
h
＝mf
bpo
其中，m为轴承故障频率的倍数，f
h
为高压转子转频，f
bpo
为轴承外圈故障频率，具体的f
bpo
的计算公式2为：其中，中f
l
和f
h
分别为低压转频和高压转频，N
b
为滚动体个数，R
i
和R
o
分别为中介轴承内圈和外圈半径；将公式2代入公式1，并做简化，得到阵发性冲击振动的预测公式3：式中λ＝f
h
/f
l
，为高压转子与低压转子转速之比；S2、查找轴承手册...

【专利技术属性】
技术研发人员：高天，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：