[發明專利]一種航空發動機中介軸承局部損傷故障振動仿真方法

有效

• 申請號: 201811070299.2
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109145501B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發明（設計）人: 曹宏瑞;景新;陳雪峰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/15;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明提供的一種中介軸承局部損傷故障振動仿真方法，先根據給定參數確定各軸承元件初始位置和速度，然后根據軸承元件和損傷相對位置判斷軸承元件是否進入損傷區域。若未進入，則按照正常中介軸承動力學模型計算各軸承元件間的接觸載荷；若進入損傷區域，則先通過局部損傷數學模型確定軸承元件接觸載荷，然后再按照正常軸承動力學模型計算流程，求得各軸承元件所受的合力以及合力矩，最后代入運動微分方程中，得到下一時刻軸承元件的位置和速度，當達到仿真時間后，跳出循環，輸出外圈振動加速度響應仿真結果，最后對振動信號進行重采樣處理后，獲得仿真結果的時域圖和包絡譜；本發明能更加準確有效的實現對航空發動機中介軸承發生局部損傷故障時振動響應的模擬和分析。

技術領域

本發明屬于仿真分析領域，涉及一種航空發動機中介軸承局部損傷故障振動仿真方法。

背景技術

現代航空發動機為了提高推重比，降低重量，廣泛采用中介軸承連接高壓轉子和低壓轉子，來構建雙轉子主軸軸系。中介軸承內外圈同時旋轉，轉速很高，并且又面臨環境溫度高，載荷大，潤滑條件差等問題，因此其內外圈或滾動體，不可避免的會發生局部損傷故障。而中介軸承作為關鍵部件，一旦發生故障將會引發重大事故。為了確保航空發動機的運行安全，實現故障的早期識別和診斷，有必要對故障中介軸承的振動進行研究。

國內外學者對普通圓柱滾子軸承局部損傷故障的研究較多，而中介軸承因為內外圈均在高速旋轉，工作狀態復雜，不得不考慮軸承元件的三維運動、離心力和陀螺效應，內、外圈和滾動體歪斜，接觸面打滑以及保持架碰撞等高速復雜動力學問題，因此建模難度大。

目前的公開報道很少，已有的多是基于簡單的平面動力學模型進行仿真分析，未考慮上述提到的內、外圈和滾動體歪斜、保持架碰撞等高速動力學問題。海軍航空工程學院徐可君等考慮了滾動體出現局部損傷(徐可君,董芳華,秦海勤等.有局部缺陷的滾動體中介軸承動力學建模及仿真研究[J].振動與沖擊,2016,35(2):104-109.)和內圈出現局部損傷時(徐可君,董芳華,秦海勤.內圈帶缺陷中介軸承的動力學建模與振動響應分析[J].海軍航空工程學院學報,2015,30(1):36-42.)幾何趨近量的變化，基于兩自由度簡單動力學模型建立了中介軸承局部損傷故障動力學模型。申請號為201410135565.0的發明專利公開了一種含單點故障的滾動軸承振動響應仿真分析方法，其特點在于可以仿真普通滾動軸承的內圈、外圈或滾動體單點故障的振動響應。

中介軸承作為航空發動機的關鍵部件，其滾動體打滑和保持架碰撞等高速瞬態動力學問題嚴重，而從上面的文獻檢索看到，現有研究大多是針對普通滾動軸承的，并且研究中也未考慮保持架。此外，和普通軸承相比，中介軸承這種特殊的圓柱滾子軸承還要考慮外圈的轉動、傾斜和歪斜，并且內外圈轉速均很高，不能忽視內圈和滾動體歪斜，接觸面打滑和保持架碰撞等高速問題，但現有的針對中介軸承故障的振動仿真研究均未考慮這些問題，因此仿真結果還不夠準確。而如果靠人為設置故障進行中介軸承局部損傷實驗獲取振動信號進行研究，雖然結果最為準確，但耗時、費力且成本太高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種中介軸承局部損傷故障振動仿真方法，解決了現有的通過普通滾動軸承的平面動力學模型對中介軸承的損傷故障振動進行仿真研究，存在仿真結果不夠準確的問題。

為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是：

本發明提供的一種中介軸承局部損傷故障振動仿真方法，包括以下步驟：