【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种航空发动机故障诊断，尤其涉及一种航空发动机滚动轴承剥落故障演化的宏观动力学模型。
技术介绍
1、滚动轴承尤其主轴轴承是航空发动机非常关键的一类部件，其工作转速高、温度高，状态变化剧烈，时间冲击载荷复杂，极易发生故障，一旦出现微小的早期裂纹，就会逐渐扩展为较明显的损伤，其失效往往会导致发动机空中停车或提前返厂，因此，建立精确的滚动轴承故障剥落动力学模型，对于探究精确、高效、智能的滚动轴承早期故障诊断技术和剩余寿命预测技术具有重要的意义。
2、目前，国内外针对滚动轴承已建立了经典的单点冲击和多点冲击故障动力学模型，并分析了其典型信号特征，但这些经典方法没有考虑不同尺寸故障的差别，因此不能用于模拟轴承故障的演化过程，无法直接用于航空发动机主轴承故障演化模拟。
3、为充分理解主轴承在发动机复杂大系统下的故障演化行为，迫切需要发展新的滚动轴承宏观动力学模型，能够考虑故障从小到大的演化过程，并在此基础上能够分析主轴承故障激励下发动机整机的耦合响应规律。
技术实现思路
1、为此，本专利技术提供一种航空发动机滚动轴承剥落故障演化的宏观动力学模型以克服现有技术中无法考虑故障演化行为的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种航空发动机滚动轴承剥落故障演化的宏观动力学模型，包括以下步骤：
3、步骤s1，建立航空发动机的整机动力学模型；
4、步骤s2，将滚动轴承的剥落故障分为滚道剥落和滚动体剥落损伤两种情况，在内外圈滚道剥
5、步骤s3，将所建立的滚动轴承故障宏观动力学模型导入航空发动机整机振动模型，形成耦合主轴承故障的航空发动机整机振动模型；
6、步骤s4，利用数值积分方法直接获取滚动轴承故障引发的整机振动响应，以仿真分析轴承剥落故障演化过程中的动力学响应规律；
7、步骤s5，通过数值仿真后得到三支点主轴承轴承座和中介机匣垂直测点的振动加速度，从中提取出振动有效值、峭度，以及小波包络特征，进而完成对建立模型的验证。
8、进一步地，所述步骤s1具体包括：
9、步骤s1-1，建立5自由度球轴承动力学模型，推导在5自由度复杂变形下的轴承力和力矩表达式；
10、步骤s1-2，针对圆柱滚子轴承，利用“切片法”，推导考虑轴承径向变形、圆柱转子凸度、轴承间隙以及轴承倾斜引起的角向变形因素作用下的圆柱滚子轴承的作用力；
11、步骤s1-3，将球轴承模型和滚子轴承模型与6自由度的转子和机匣有限元梁模型结合，建立了含滚动轴承建模的航空发动机整机振动模型；
12、步骤s1-4，采用法和一种改进的法相结合的方法对微分方程组进行求解，其中利用法对容易形成矩阵的转子和机匣有限元模型进行求解，利用所述改进的法对不需要形成矩阵的支承连接部件进行求解。
13、进一步地，所述改进的法为新型显式积分法。
14、进一步地，所述步骤s2具体包括：
15、步骤s2-1，设损伤形状为一矩形坑，其横截面为损伤表面，设 ld为损伤表面的直径， a为损伤的深度， rb为滚珠的半径；
16、步骤s2-2，对于轴承表面损伤的早期阶段，此时，损伤面积较小，滚动体不接触损伤坑的底部，此时形成的冲击为三角形冲击，滚动体在通过损伤时产生的瞬态位移变化量为：
17、；
18、步骤s2-3，为了获取滚动体在滚道上产生的冲击位置及冲击量大小，需要分不同情形考虑损伤在元轴承的角度位置，设第 j个滚动体处的角度位置为，有
19、，其中为保持架旋转频率； z为滚动体数目；
20、步骤s2-4，根据滚道上的损伤位置确定一个圆周上关键点的间隙量，然后再根据滚动体在圆周上的角度位置，通过在关键点之间的插值，获取滚动体的间隙量变化；
21、步骤s2-5，对于轴承表面损伤的演化阶段，此时，损伤面积不断增加，当满足条件时，导致滚动体接触损伤坑的底部，此时的位移瞬态变化过程为梯形冲击形式；
22、在梯形冲击情形下，滚动体将接触损伤坑的底部，损伤坑的深度与滚动体产生的瞬态位移变化δ相等：
23、；
24、步骤s2-6，分不同情形考虑损伤在轴承的角度位置以获取滚动体在滚道上产生的冲击位置及冲击量，设第 j个滚动体处的角度位置为，有
25、，其中为保持架旋转频率； z为滚动体数目；t为利用该公式开始计算起的累计时长；
26、步骤s2-7，根据滚道上的损伤位置确定一个圆周上关键点的间隙量，然后再根据滚动体在圆周上的角度位置，通过在关键点之间的插值，获取滚动体的间隙量变化。
27、进一步地，所述步骤s4具体包括：
28、步骤s4-1，利用数值积分方法直接获取滚动轴承故障引发的整机振动响应，并在此基础上仿真分析轴承剥落故障演化过程中的动力学响应规律。
29、进一步地，所述步骤s5具体包括：
30、步骤s5-1，所采用的信号分析方法为：以db8小波作为基底进行5层小波分解，得到6个频带信号，即：wd1、wd2、wd3、wd4、wd5、wa5；设信号采样频率为 f s，则各个频带的能量分别为： f s/4— f s/2、 f s/8— f s/4、 f s/16— f s/8、 f s/32— f s/16、 f s/64— f s/32、0— f s/64；然后，利用hilbert变换得到各频带包络信号，为了消除随机信号的干扰，采用自相关降噪的方法对频带分解信号的包络信号进行降噪；最后，利用fft得到小波包络谱，从频谱中提取轴承故障频本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种建立航空发动机滚动轴承剥落故障演化的宏观动力学模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的建立航空发动机滚动轴承剥落故障演化的宏观动力学模型的方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
3.根据权利要求2所述的建立航空发动机滚动轴承剥落故障演化的宏观动力学模型的方法，其特征在于，所述改进的法为新型显式积分法。
4.根据权利要求1所述的建立航空发动机滚动轴承剥落故障演化的宏观动力学模型的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
5.根据权利要求1所述的建立航空发动机滚动轴承剥落故障演化的宏观动力学模型的方法，其特征在于，所述步骤S4具体包括：
6.根据权利要求1所述的建立航空发动机滚动轴承剥落故障演化的宏观动力学模型的方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种建立航空发动机滚动轴承剥落故障演化的宏观动力学模型的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的建立航空发动机滚动轴承剥落故障演化的宏观动力学模型的方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：
3.根据权利要求2所述的建立航空发动机滚动轴承剥落故障演化的宏观动力学模型的方法，其特征在于，所述改进的法为新型显式积分法。
4...
【专利技术属性】
技术研发人员：尉询楷，陈果，王浩，赵雪红，贺志远，冯悦，康玉祥，杨洪，何秀然，李灏，刘兴建，盛嘉玖，刘矅宾，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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