滚动轴承-转子耦合系统的耦合故障动力学分析和智

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1、中图分类号：TH113O322论文编号：102870708-0042学科分类号：082304密级：公开硕士学位论文转子-滚动轴承耦合系统碰摩故障动力学分析与智能诊断研究生姓名李飞敏学科、专业载运工具运用工程研究方向航空器运行状态监测与故障诊断指导教师陈果副教授南京航空航天大学研究生院民航学院二ОО八年三月NanJingUniversityofAeronauticsandAstronauticsCollegeofCivilAviationTheDynamicAnalysisandIntelligentDiagnosisofRubbingFaultBasedonRoto

2、r-BallBearingCouplingSystemAThesisinVehicleOperationEngineeringbyLiFeiMinAdvisedbyViceProf.ChenGuoSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch2008承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工

3、作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。作者签名：日期：____________南京航空航天大学硕士研究学位论文摘要缩小转静间的间隙是航空发动机追求高性能的重要手段，但加剧了转静件间碰摩的可能性。目前碰摩故障已经成为了航空发动机设计、制造和使用过程中的“拦路虎”，并对飞行安全造成了极大威胁。有鉴于此，本文针对航空发动机的碰摩故障，建立了转子-滚动轴承耦合系统模型，进行了碰摩故障动力学

4、机理分析，并在此基础上，运用支持向量机实现了碰摩故障的智能诊断。第一、本文针对实际航空发动机模型，在考虑滚动轴承非线性赫兹接触和轴承径向间隙的情况下，建立了含不平衡-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承耦合系统动力学模型。利用时间波形图、轴心轨迹图、频谱图、三维瀑布图、Poincaré图、分岔图等方法，讨论了转子系统旋转速度、轴承间隙、碰摩刚度、不平衡量和碰摩间隙等参数对系统响应的影响，并研究了碰摩故障特征。第二、研究了基于支持向量机的转静碰摩故障智能诊断。首先介绍了支持向量机的相关理论，然后利用ZT-3多功能转子实验台和航空发动机转子实验器，获取了不同状态下的碰摩故障样本

5、，基于碰摩机理研究，利用倍频分析方法，提取了碰摩故障的特征征兆，形成了实验碰摩故障样本库。同时，利用含不平衡-碰摩耦合故障的转子-滚动轴承耦合系统动力学模型仿真了不同转速及系统动力学参数下的碰摩故障样本，经过特征提取后，形成仿真碰摩故障样本。最后，利用仿真碰摩故障样本对支持向量机进行了学习训练，利用实验碰摩故障样本进行了诊断分析。同时，对比了支持向量机和神经网络的智能诊断结果，结果充分表明了支持向量机在航空发动机转静碰摩故障识别中的应用潜力。第三、为了进一步研究碰摩耦合故障非线性特征，在论文中将关联维数理论应用于非线性时间序列分析，对仿真计算和实验获取的耦合故障非线

6、性时间序列进行相空间重构，并计算出关联维数，比较了不同碰摩程度和系统不同的运行状态下的关联维数特征，发现了耦合故障下关联维数的变化规律。关键词：转子；滚动轴承；耦合动力学；碰摩；不平衡；耦合故障；神经网络；支持向量机；智能诊断；关联维数。89南京航空航天大学硕士研究学位论文ABSTRACTInordertoimprovetheperformanceofaero-engine,reducingtheclearancebetweenrotorandstatorisanimportantapproach,butitincreasestheprobabilityofrubb

7、ingbetweenrotorandstator.Presently,intheprocessofthedesign,manufactureandapplicationofaero-engine,rubbingfaulthasbeenbecome“alionintheway”,anditisbadlythreateningtheflightsafety.Therefore,amodelofrotor-ballbearingcouplingsystemisestablishedaimmingattherubbingfaultofaero-engine,andthe