[发明专利]一种航空发动机中介轴承局部损伤故障振动仿真方法

说明书

本发明提供的一种中介轴承局部损伤故障振动仿真方法，先根据给定参数确定各轴承元件初始位置和速度，然后根据轴承元件和损伤相对位置判断轴承元件是否进入损伤区域。若未进入，则按照正常中介轴承动力学模型计算各轴承元件间的接触载荷；若进入损伤区域，则先通过局部损伤数学模型确定轴承元件接触载荷，然后再按照正常轴承动力学模型计算流程，求得各轴承元件所受的合力以及合力矩，最后代入运动微分方程中，得到下一时刻轴承元件的位置和速度，当达到仿真时间后，跳出循环，输出外圈振动加速度响应仿真结果，最后对振动信号进行重采样处理后，获得仿真结果的时域图和包络谱；本发明能更加准确有效的实现对航空发动机中介轴承发生局部损伤故障时振动响应的模拟和分析。

技术领域

本发明属于仿真分析领域，涉及一种航空发动机中介轴承局部损伤故障振动仿真方法。

背景技术

现代航空发动机为了提高推重比，降低重量，广泛采用中介轴承连接高压转子和低压转子，来构建双转子主轴轴系。中介轴承内外圈同时旋转，转速很高，并且又面临环境温度高，载荷大，润滑条件差等问题，因此其内外圈或滚动体，不可避免的会发生局部损伤故障。而中介轴承作为关键部件，一旦发生故障将会引发重大事故。为了确保航空发动机的运行安全，实现故障的早期识别和诊断，有必要对故障中介轴承的振动进行研究。

国内外学者对普通圆柱滚子轴承局部损伤故障的研究较多，而中介轴承因为内外圈均在高速旋转，工作状态复杂，不得不考虑轴承元件的三维运动、离心力和陀螺效应，内、外圈和滚动体歪斜，接触面打滑以及保持架碰撞等高速复杂动力学问题，因此建模难度大。

目前的公开报道很少，已有的多是基于简单的平面动力学模型进行仿真分析，未考虑上述提到的内、外圈和滚动体歪斜、保持架碰撞等高速动力学问题。海军航空工程学院徐可君等考虑了滚动体出现局部损伤(徐可君,董芳华,秦海勤等.有局部缺陷的滚动体中介轴承动力学建模及仿真研究[J].振动与冲击,2016,35(2):104-109.)和内圈出现局部损伤时(徐可君,董芳华,秦海勤.内圈带缺陷中介轴承的动力学建模与振动响应分析[J].海军航空工程学院学报,2015,30(1):36-42.)几何趋近量的变化，基于两自由度简单动力学模型建立了中介轴承局部损伤故障动力学模型。申请号为201410135565.0的发明专利公开了一种含单点故障的滚动轴承振动响应仿真分析方法，其特点在于可以仿真普通滚动轴承的内圈、外圈或滚动体单点故障的振动响应。

中介轴承作为航空发动机的关键部件，其滚动体打滑和保持架碰撞等高速瞬态动力学问题严重，而从上面的文献检索看到，现有研究大多是针对普通滚动轴承的，并且研究中也未考虑保持架。此外，和普通轴承相比，中介轴承这种特殊的圆柱滚子轴承还要考虑外圈的转动、倾斜和歪斜，并且内外圈转速均很高，不能忽视内圈和滚动体歪斜，接触面打滑和保持架碰撞等高速问题，但现有的针对中介轴承故障的振动仿真研究均未考虑这些问题，因此仿真结果还不够准确。而如果靠人为设置故障进行中介轴承局部损伤实验获取振动信号进行研究，虽然结果最为准确，但耗时、费力且成本太高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种中介轴承局部损伤故障振动仿真方法，解决了现有的通过普通滚动轴承的平面动力学模型对中介轴承的损伤故障振动进行仿真研究，存在仿真结果不够准确的问题。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种中介轴承局部损伤故障振动仿真方法，包括以下步骤：