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發動機結構振動與故障診斷理論技術 版權信息
- ISBN：9787121265358
- 條形碼：9787121265358 ; 978-7-121-26535-8
- 裝幀：平塑
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
發動機結構振動與故障診斷理論技術 內容簡介
本書從發動機系統動力學分析、復雜系統的故障診斷的基點出發，探討復雜機械系統動力學分析及故障診斷的理論、技術方法，并應用于工程實例。全書共上、中、下三部分，共23章，包括發動機結構的動力學建模、故障診斷方法和風力發電機組的故障分析，以及實際工程應用。本書的出版由天津市自然科學基金項目“基于混沌理論的復雜旋轉機械故障診斷技術研究”、“基于風力機組振動特性的葉片損傷檢測與診斷”和“天津工業大學研究生課程優秀教材建設資助項目-復雜機械系統振動與故障診斷”資助。書中內容主要來源于上述課題的研究成果，同時也參考了國內外相關學科領域有關的研究成果和專著。
發動機結構振動與故障診斷理論技術 目錄
目 錄
上 部
第1章 內燃機結構振動與仿真分析簡介 3
1.1 引言 3
1.2 內燃機結構振動與活塞動力學的研究概況 3
1.2.1 內燃機結構振動分析研究概況 4
1.2.2 內燃機結構振動反問題簡述 4
1.2.3 內燃機活塞動力學研究概況 5
1.3 重要意義與主要內容 7
1.3.1 重要意義 7
1.3.2 主要內容 7
1.3.3 仿真模型系統的確認與驗證 8
第2章 發動機故障振動問題的技術路線分析 9
2.1 引言 9
2.2 發動機故障診斷基本問題 9
2.3 解決問題的技術路線 11
第3章 直列六缸發動機曲柄滑塊機構動力學 13
3.1 引言 13
3.2 曲柄滑塊機構理論模型 14
3.2.1 曲柄滑塊機構運動分析 14
3.2.2 曲柄滑塊機構作用力分析 16
3.2.3 發動機曲柄滑塊機構動力學方程 16
3.2.4 軸承摩擦力矩特性 17
3.2.5 外載荷特性 18
3.2.6 活塞組作用力 18
3.2.7 工質作用力 19
3.3 計算模型 19
3.3.1 算法設計 19
3.3.2 算法實施 20
3.4 數據參數 20
3.5 模型驗證 21
3.5.1 運動副作用力特征的定性檢查 21
3.5.2 穩態瞬時轉速波動檢驗 22
第4章 發動機一維氣體流動熱力學計算 24
4.1 引言 24
4.2 理論模型 24
4.2.1 系統基本方程 25
4.2.2 缸內傳熱模型 27
4.2.3 燃燒放熱模型 28
4.2.4 氣閥流量特性 29
4.2.5 變工況燃燒模型參數計算 30
4.2.6 渦輪增壓系統匹配計算 30
4.3 計算模型 31
4.3.1 算法設計 31
4.3.2 穩定工況獲取 32
4.3.3 穩定工況熱力學系統求解結果 32
4.4 數據參數 33
4.5 模型驗證 34
4.5.1 外特性驗證 34
4.5.2 對仿真柴油機效率的定性考察 34
第5章 活塞二階運動計算 36
5.1 引言 36
5.2 理論模型 36
5.2.1 考慮慣性的光滑型面下活塞二階運動方程 39
5.2.2 活塞二階運動求解意義 43
5.3 算法模型 43
5.3.1 求解過程 44
5.3.2 壓力分布求解 44
5.3.3 動力學方程求解迭代格式改進 47
5.4 幾何數據參數有效估計 49
5.4.1 幾何及質量參數 49
5.4.2 活塞裙部型線 49
5.4.3 數值求解活塞二階運動的有關參數 50
5.5 模型確認與驗證 50
5.5.1 模型驗證 50
5.5.2 模型確認 51
第6章 柴油機機體有限元建模與模型驗證 53
6.1 引言 53
6.2 機體有限元建模 54
6.2.1 單元和單元屬性 54
6.2.2 子結構劃分與結合面連接方式 54
6.2.3 有限元建模和結構簡化的處理 55
6.2.4 支撐約束處理 55
6.2.5 模型動力響應求解方法 56
6.2.6 模型的檢查和驗證 56
6.3 柴油機機體錘擊試驗布置與實施 57
6.4 模態參數時域辨識 58
6.4.1 ERA法概述 58
6.4.2 算法實現 60
6.4.3 模態參數辨識結果評估 60
6.4.4 柴油機頻帶阻尼分布估計 61
6.5 EMA與FEM結果比較 61
第7章 活塞組橫向沖擊下機體表面振動分析與驗證 63
7.1 引言 63
7.2 理論模型 64
7.2.1 基本假定 64
7.2.2 機體結構動力學分析模型 65
7.3 計算模型 67
7.3.1 載荷組劃分 67
7.3.2 工作情況下的阻尼估計 69
7.3.3 穩態工況熱力學參數獲取 70
7.3.4 求解過程 71
7.4 仿真模型確認與驗證 71
7.4.1 與實際測試信號在頻域上的比較 71
7.4.2 與實際測試信號在時域上的比較 72
7.4.3 對實測波形特征點性質的確認 73
7.5 不同工況與參數下活塞橫向沖擊引起表面瞬態響應特性研究 74
7.5.1 沖擊特性隨轉速的變化 74
7.5.2 不同轉速時活塞對缸套主副推力側作用力*大增量的變化 75
參考文獻 77
中 部
第8章 發動機結構振動及其振動傳遞路徑分析 83
8.1 引言 83
8.2 直列六缸發動機表面振動分析 83
8.3 直列六缸發動機振動的激振源及其特性分析 84
8.3.1 燃燒激振源 85
8.3.2 活塞側向敲擊激振 85
8.3.3 氣門撞擊激振 86
8.4 柴油機振動傳遞路徑分析 86
第9章 發動機表面振動信號特性分析 88
9.1 引言 88
9.2 柴油機表面振動信號的采集 88
9.2.1 發動機測試實例 89
9.2.2 傳感器及測試儀的選取 89
9.2.3 振動測點位置 89
9.2.4 采樣頻率的確定 90
9.3 發動機幾種常見故障的描述 91
9.3.1 燃燒沖擊 91
9.3.2 活塞側向敲擊 91
9.3.3 進、排氣門間隙異常 91
9.4 發動機表面振動信號特性 92
9.4.1 時域、頻域特性 92
9.4.2 循環波動特性 92
9.4.3 非平穩時變特性 92
第10章 發動機振動烈度的頻域估計方法 93
10.1 建立振動烈度頻域估計表達式 93
10.2 對振動數據的要求 95
10.3 基本公式的數值驗證 95
10.4 振動烈度算法設計 97
10.5 方法的驗證 98
第11章 基于瞬時轉速的發動機故障特征提取 100
11.1 發動機瞬時轉速原理 100
11.2 發動機瞬時轉速特征量提取 100
11.3 瞬時轉速信號的數據處理與實驗結果分析 101
11.3.1 瞬時轉速脈沖信號的測試分析 102
11.3.2 瞬時轉速諧波信號的測試分析 105
第12章 配氣系統振動的時域與頻域分析 111
12.1 發動機配氣系統振動信號采集 111
12.2 發動機振動信號時域分析 112
12.2.1 峰峰值法的振動信號特征提取 112
12.2.2 信號多測點信息融合診斷分析 114
12.2.3 實例測試分析 115
12.3 發動機振動信號頻域分析 117
12.3.1 基于STFT的發動機振動信號特征提取 117
12.3.2 STFT功率譜能量的振動信號分析 120
12.3.3 實測信號分析 122
12.3.4 時域沖擊特征識別 130
12.3.5 沖擊特征參數提取 131
第13章 基于小波分析的發動機振動分析 133
13.1 傅里葉分析與小波分析 133
13.1.1 Fourier 分析 133
13.1.2 小波分析原理簡介 134
13.1.3 二進小波和二進小波變換 135
13.2 小波多分辨率分析 136
13.2.1 正交小波 136
13.2.2 正交多分辨分析 136
13.2.3 Doubechies緊支小波 137
13.3 正交小波包分析 138
13.3.1 小波變換與時-頻分析 138
13.3.2 正交小波包 139
13.3.3 小波包算法 139
13.3.4 利用小波包進行信號的消噪處理 140
13.3.5 利用小波包分析進行信號特征提取 143
13.4 Laplace基波相關性的特征參數提取 145
13.4.1 Laplace小波及其特性 145
13.4.2 基于Laplace小波提取進、排氣門落座沖擊響應特征參數 146
第14章 匹配追蹤法的發動機多故障綜合診斷 152
14.1 匹配追蹤法的故障特征提取 152
14.1.1 信號的展開與內積 152
14.1.2 匹配追蹤信號展開 153
14.1.3 匹配追蹤時頻表示與分布 155
14.1.4 匹配追蹤法的故障實例分析 156
14.2 匹配追蹤法的多故障綜合診斷 160
14.2.1 多故障綜合診斷的統一算法 161
14.2.2 信號*優化匹配追蹤分解算法 161
14.3 多故障實例分析 162
14.3.1 多缸進氣門間隙故障 162
14.3.2 多缸排氣門間隙故障 164
14.3.3 多缸進氣門、排氣門間隙故障的診斷 165
14.3.4 燃燒沖擊及活塞敲缸沖擊故障診斷 167
第15章 發動機多故障綜合診斷方法 169
15.1 馬氏距離方法對沖擊類型的識別 169
15.1.1 馬氏距離的定義 169
15.1.2 多類馬氏距離判別 169
15.1.3 實例分析 170
15.2 BP神經網絡在發動機配氣系統故障診斷中的應用 172
15.2.1 神經元模型 173
15.2.2 三層神經網絡的基本結構 173
15.2.3 故障診斷的神經網絡設計 174
15.2.4 神經網絡分類識別 176
參考文獻 183
下 部
第16章 風力發電機組齒輪箱故障診斷 187
16.1 風力發電機組狀態監測及故障診斷國內外發展現狀 187
16.2 大型風電機組傳動系統及典型故障概述 188
16.2.1 大型風力發電機組基本結構 188
16.2.2 大型風力發電機組傳動系統 189
16.2.3 大型風電機組傳動系統典型故障 191
第17章 風電機組傳動系統故障特征及診斷方法 195
17.1 轉子故障機理與特征 195
17.1.1 轉子不平衡 195
17.1.2 轉子彎曲 196
17.1.3 轉子支承部件松動 197
17.1.4 碰摩故障 200
17.1.5 轉子不對中 201
17.2 滾動軸承故障機理與特征 203
17.2.1 滾動軸承典型結構 203
17.2.2 滾動軸承特征頻率 204
17.2.3 軸承的固有振動頻率 204
17.2.4 滾動軸承運行故障特征 205
17.3 齒輪故障機理與特征 208
17.3.1 齒輪的簡化振動模型 208
17.3.2 齒輪振動的嚙合頻率調制現象 209
17.3.3 齒輪故障振動特征 210
17.4 故障特征提取方法 212
17.4.1 倒頻譜 212
17.4.2 細化譜分析 214
17.4.3 解調譜 215
第18章 大型風電機組傳動系統故障診斷分析 217
18.1 風電機組測點說明 217
18.2 電機轉子故障分析 218
18.3 齒輪故障分析 221
18.4 軸承故障分析 230
第19章 基于LabVIEW的風電機組傳動鏈故障診斷系統設計與開發 237
19.1 LabVIEW簡介 237
19.2 數據分析與故障診斷系統的設計開發 238
19.2.1 數據讀取回放模塊 238
19.2.2 轉子信號分析模塊 239
19.2.3 齒輪信號分析模塊 240
19.3 數據分析和故障診斷系統分析實例 240
第20章 風力機葉片振動信號的獲取及特性分析 244
20.1 基于機組振動的葉片振動信號獲取 244
20.1.1 風力機葉片模態試驗 244
20.1.2 風力機模態試驗結果 247
20.1.3 測點位置的選擇 252
20.1.4 風力機葉片故障設置 253
2
上 部
第1章 內燃機結構振動與仿真分析簡介 3
1.1 引言 3
1.2 內燃機結構振動與活塞動力學的研究概況 3
1.2.1 內燃機結構振動分析研究概況 4
1.2.2 內燃機結構振動反問題簡述 4
1.2.3 內燃機活塞動力學研究概況 5
1.3 重要意義與主要內容 7
1.3.1 重要意義 7
1.3.2 主要內容 7
1.3.3 仿真模型系統的確認與驗證 8
第2章 發動機故障振動問題的技術路線分析 9
2.1 引言 9
2.2 發動機故障診斷基本問題 9
2.3 解決問題的技術路線 11
第3章 直列六缸發動機曲柄滑塊機構動力學 13
3.1 引言 13
3.2 曲柄滑塊機構理論模型 14
3.2.1 曲柄滑塊機構運動分析 14
3.2.2 曲柄滑塊機構作用力分析 16
3.2.3 發動機曲柄滑塊機構動力學方程 16
3.2.4 軸承摩擦力矩特性 17
3.2.5 外載荷特性 18
3.2.6 活塞組作用力 18
3.2.7 工質作用力 19
3.3 計算模型 19
3.3.1 算法設計 19
3.3.2 算法實施 20
3.4 數據參數 20
3.5 模型驗證 21
3.5.1 運動副作用力特征的定性檢查 21
3.5.2 穩態瞬時轉速波動檢驗 22
第4章 發動機一維氣體流動熱力學計算 24
4.1 引言 24
4.2 理論模型 24
4.2.1 系統基本方程 25
4.2.2 缸內傳熱模型 27
4.2.3 燃燒放熱模型 28
4.2.4 氣閥流量特性 29
4.2.5 變工況燃燒模型參數計算 30
4.2.6 渦輪增壓系統匹配計算 30
4.3 計算模型 31
4.3.1 算法設計 31
4.3.2 穩定工況獲取 32
4.3.3 穩定工況熱力學系統求解結果 32
4.4 數據參數 33
4.5 模型驗證 34
4.5.1 外特性驗證 34
4.5.2 對仿真柴油機效率的定性考察 34
第5章 活塞二階運動計算 36
5.1 引言 36
5.2 理論模型 36
5.2.1 考慮慣性的光滑型面下活塞二階運動方程 39
5.2.2 活塞二階運動求解意義 43
5.3 算法模型 43
5.3.1 求解過程 44
5.3.2 壓力分布求解 44
5.3.3 動力學方程求解迭代格式改進 47
5.4 幾何數據參數有效估計 49
5.4.1 幾何及質量參數 49
5.4.2 活塞裙部型線 49
5.4.3 數值求解活塞二階運動的有關參數 50
5.5 模型確認與驗證 50
5.5.1 模型驗證 50
5.5.2 模型確認 51
第6章 柴油機機體有限元建模與模型驗證 53
6.1 引言 53
6.2 機體有限元建模 54
6.2.1 單元和單元屬性 54
6.2.2 子結構劃分與結合面連接方式 54
6.2.3 有限元建模和結構簡化的處理 55
6.2.4 支撐約束處理 55
6.2.5 模型動力響應求解方法 56
6.2.6 模型的檢查和驗證 56
6.3 柴油機機體錘擊試驗布置與實施 57
6.4 模態參數時域辨識 58
6.4.1 ERA法概述 58
6.4.2 算法實現 60
6.4.3 模態參數辨識結果評估 60
6.4.4 柴油機頻帶阻尼分布估計 61
6.5 EMA與FEM結果比較 61
第7章 活塞組橫向沖擊下機體表面振動分析與驗證 63
7.1 引言 63
7.2 理論模型 64
7.2.1 基本假定 64
7.2.2 機體結構動力學分析模型 65
7.3 計算模型 67
7.3.1 載荷組劃分 67
7.3.2 工作情況下的阻尼估計 69
7.3.3 穩態工況熱力學參數獲取 70
7.3.4 求解過程 71
7.4 仿真模型確認與驗證 71
7.4.1 與實際測試信號在頻域上的比較 71
7.4.2 與實際測試信號在時域上的比較 72
7.4.3 對實測波形特征點性質的確認 73
7.5 不同工況與參數下活塞橫向沖擊引起表面瞬態響應特性研究 74
7.5.1 沖擊特性隨轉速的變化 74
7.5.2 不同轉速時活塞對缸套主副推力側作用力*大增量的變化 75
參考文獻 77
中 部
第8章 發動機結構振動及其振動傳遞路徑分析 83
8.1 引言 83
8.2 直列六缸發動機表面振動分析 83
8.3 直列六缸發動機振動的激振源及其特性分析 84
8.3.1 燃燒激振源 85
8.3.2 活塞側向敲擊激振 85
8.3.3 氣門撞擊激振 86
8.4 柴油機振動傳遞路徑分析 86
第9章 發動機表面振動信號特性分析 88
9.1 引言 88
9.2 柴油機表面振動信號的采集 88
9.2.1 發動機測試實例 89
9.2.2 傳感器及測試儀的選取 89
9.2.3 振動測點位置 89
9.2.4 采樣頻率的確定 90
9.3 發動機幾種常見故障的描述 91
9.3.1 燃燒沖擊 91
9.3.2 活塞側向敲擊 91
9.3.3 進、排氣門間隙異常 91
9.4 發動機表面振動信號特性 92
9.4.1 時域、頻域特性 92
9.4.2 循環波動特性 92
9.4.3 非平穩時變特性 92
第10章 發動機振動烈度的頻域估計方法 93
10.1 建立振動烈度頻域估計表達式 93
10.2 對振動數據的要求 95
10.3 基本公式的數值驗證 95
10.4 振動烈度算法設計 97
10.5 方法的驗證 98
第11章 基于瞬時轉速的發動機故障特征提取 100
11.1 發動機瞬時轉速原理 100
11.2 發動機瞬時轉速特征量提取 100
11.3 瞬時轉速信號的數據處理與實驗結果分析 101
11.3.1 瞬時轉速脈沖信號的測試分析 102
11.3.2 瞬時轉速諧波信號的測試分析 105
第12章 配氣系統振動的時域與頻域分析 111
12.1 發動機配氣系統振動信號采集 111
12.2 發動機振動信號時域分析 112
12.2.1 峰峰值法的振動信號特征提取 112
12.2.2 信號多測點信息融合診斷分析 114
12.2.3 實例測試分析 115
12.3 發動機振動信號頻域分析 117
12.3.1 基于STFT的發動機振動信號特征提取 117
12.3.2 STFT功率譜能量的振動信號分析 120
12.3.3 實測信號分析 122
12.3.4 時域沖擊特征識別 130
12.3.5 沖擊特征參數提取 131
第13章 基于小波分析的發動機振動分析 133
13.1 傅里葉分析與小波分析 133
13.1.1 Fourier 分析 133
13.1.2 小波分析原理簡介 134
13.1.3 二進小波和二進小波變換 135
13.2 小波多分辨率分析 136
13.2.1 正交小波 136
13.2.2 正交多分辨分析 136
13.2.3 Doubechies緊支小波 137
13.3 正交小波包分析 138
13.3.1 小波變換與時-頻分析 138
13.3.2 正交小波包 139
13.3.3 小波包算法 139
13.3.4 利用小波包進行信號的消噪處理 140
13.3.5 利用小波包分析進行信號特征提取 143
13.4 Laplace基波相關性的特征參數提取 145
13.4.1 Laplace小波及其特性 145
13.4.2 基于Laplace小波提取進、排氣門落座沖擊響應特征參數 146
第14章 匹配追蹤法的發動機多故障綜合診斷 152
14.1 匹配追蹤法的故障特征提取 152
14.1.1 信號的展開與內積 152
14.1.2 匹配追蹤信號展開 153
14.1.3 匹配追蹤時頻表示與分布 155
14.1.4 匹配追蹤法的故障實例分析 156
14.2 匹配追蹤法的多故障綜合診斷 160
14.2.1 多故障綜合診斷的統一算法 161
14.2.2 信號*優化匹配追蹤分解算法 161
14.3 多故障實例分析 162
14.3.1 多缸進氣門間隙故障 162
14.3.2 多缸排氣門間隙故障 164
14.3.3 多缸進氣門、排氣門間隙故障的診斷 165
14.3.4 燃燒沖擊及活塞敲缸沖擊故障診斷 167
第15章 發動機多故障綜合診斷方法 169
15.1 馬氏距離方法對沖擊類型的識別 169
15.1.1 馬氏距離的定義 169
15.1.2 多類馬氏距離判別 169
15.1.3 實例分析 170
15.2 BP神經網絡在發動機配氣系統故障診斷中的應用 172
15.2.1 神經元模型 173
15.2.2 三層神經網絡的基本結構 173
15.2.3 故障診斷的神經網絡設計 174
15.2.4 神經網絡分類識別 176
參考文獻 183
下 部
第16章 風力發電機組齒輪箱故障診斷 187
16.1 風力發電機組狀態監測及故障診斷國內外發展現狀 187
16.2 大型風電機組傳動系統及典型故障概述 188
16.2.1 大型風力發電機組基本結構 188
16.2.2 大型風力發電機組傳動系統 189
16.2.3 大型風電機組傳動系統典型故障 191
第17章 風電機組傳動系統故障特征及診斷方法 195
17.1 轉子故障機理與特征 195
17.1.1 轉子不平衡 195
17.1.2 轉子彎曲 196
17.1.3 轉子支承部件松動 197
17.1.4 碰摩故障 200
17.1.5 轉子不對中 201
17.2 滾動軸承故障機理與特征 203
17.2.1 滾動軸承典型結構 203
17.2.2 滾動軸承特征頻率 204
17.2.3 軸承的固有振動頻率 204
17.2.4 滾動軸承運行故障特征 205
17.3 齒輪故障機理與特征 208
17.3.1 齒輪的簡化振動模型 208
17.3.2 齒輪振動的嚙合頻率調制現象 209
17.3.3 齒輪故障振動特征 210
17.4 故障特征提取方法 212
17.4.1 倒頻譜 212
17.4.2 細化譜分析 214
17.4.3 解調譜 215
第18章 大型風電機組傳動系統故障診斷分析 217
18.1 風電機組測點說明 217
18.2 電機轉子故障分析 218
18.3 齒輪故障分析 221
18.4 軸承故障分析 230
第19章 基于LabVIEW的風電機組傳動鏈故障診斷系統設計與開發 237
19.1 LabVIEW簡介 237
19.2 數據分析與故障診斷系統的設計開發 238
19.2.1 數據讀取回放模塊 238
19.2.2 轉子信號分析模塊 239
19.2.3 齒輪信號分析模塊 240
19.3 數據分析和故障診斷系統分析實例 240
第20章 風力機葉片振動信號的獲取及特性分析 244
20.1 基于機組振動的葉片振動信號獲取 244
20.1.1 風力機葉片模態試驗 244
20.1.2 風力機模態試驗結果 247
20.1.3 測點位置的選擇 252
20.1.4 風力機葉片故障設置 253
2
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發動機結構振動與故障診斷理論技術 作者簡介
徐玉秀，天津工業大學機械工程學院教授，博士，研究領域：機械振動、故障診斷、結構動力學，天津市力學學會理事，天津市風能協會監事。
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