基于定向循環(huán)均值的滑動(dòng)軸承失穩(wěn)信號(hào)分析

柏　林， 陳　楊， 彭　暢

(1.重慶大學(xué) 機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶　400044;2.中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 國家工程研究中心，山東 青島　266000)

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基于定向循環(huán)均值的滑動(dòng)軸承失穩(wěn)信號(hào)分析

柏林1， 陳楊1， 彭暢2

(1.重慶大學(xué) 機(jī)械傳動(dòng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶400044;2.中車青島四方機(jī)車車輛股份有限公司 國家工程研究中心，山東 青島266000)

摘要：為綜合描述滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在失穩(wěn)狀態(tài)下的振動(dòng)狀況，提出基于定向循環(huán)均值的信號(hào)分析方法。將用于單通道實(shí)信號(hào)分析的一階循環(huán)統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行擴(kuò)展并定義正交雙通道融合復(fù)信號(hào)的定向循環(huán)均值，給出基于定向循環(huán)均值的軸心軌跡簇提取步驟。利用轉(zhuǎn)子試驗(yàn)臺(tái)模擬滑動(dòng)軸承旋轉(zhuǎn)機(jī)械的失穩(wěn)故障獲取數(shù)據(jù)，分析結(jié)果表明,該方法不僅能提取系統(tǒng)在一截面內(nèi)的周期性振動(dòng)特征，揭示轉(zhuǎn)子在指定循環(huán)頻率處的旋向，且基于定向循環(huán)均值的軸心軌跡簇與傳統(tǒng)全息譜相吻合，從而驗(yàn)證該方法的有效性。

關(guān)鍵詞：滑動(dòng)軸承；油膜失穩(wěn)；定向循環(huán)均值；軸心軌跡

受復(fù)雜工況下背景噪聲的影響以及損傷部件的作用，機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)往往呈現(xiàn)出非線性、非平穩(wěn)等特點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)械由于其關(guān)鍵零部件(如轉(zhuǎn)軸、齒輪、軸承等)具有對(duì)稱特性，且其運(yùn)動(dòng)方式為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)行中所產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)常常包含一些與自身結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的周期特性[1]，這種周期特性是其它非線性信號(hào)所不具備的。然而諸如時(shí)頻分析、小波分析和非線性時(shí)間序列分析等傳統(tǒng)的非平穩(wěn)信號(hào)分析方法則在處理旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)信號(hào)時(shí)容易忽略信號(hào)中包含的周期特性。

為解決上述問題并準(zhǔn)確提取非平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)中的周期性時(shí)變特性，循環(huán)平穩(wěn)理論由于其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)近年來得到了廣泛的關(guān)注與發(fā)展。李力等[2-3]將循環(huán)譜密度函數(shù)用于滾動(dòng)軸承與齒輪故障信號(hào)的特征提取和解調(diào)分析，有效地消除了非同頻成分的干擾。姜鳴[4]利用調(diào)幅信號(hào)的循環(huán)譜密度函數(shù)在強(qiáng)噪聲條件下準(zhǔn)確提取了滾動(dòng)軸承故障特征頻率。畢果等[5-7]基于平滑循環(huán)周期估計(jì)算法以及Hilbert變換進(jìn)一步強(qiáng)化了切片分析技術(shù)，并結(jié)合循環(huán)維納濾波器實(shí)現(xiàn)了故障信號(hào)的自適應(yīng)濾波。周宇等[8]基于循環(huán)統(tǒng)計(jì)量提出了循環(huán)雙譜的頻移算法以及一、二次切片分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了滾動(dòng)軸承早期故障預(yù)示。Gardner等[9-10]以大量離散循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)為研究對(duì)象，基于矩陣與累計(jì)理論研究了循環(huán)平穩(wěn)特性在特征提取、模式識(shí)別與系統(tǒng)分辨中的潛力。

以上介紹的循環(huán)平穩(wěn)分析方法僅局限于處理單通道振動(dòng)信號(hào)，而軸承-轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在垂直和水平兩個(gè)方向上的振動(dòng)信號(hào)被相互孤立考慮，以致很難掌握系統(tǒng)在某一截面內(nèi)的完整振動(dòng)情況。為融合正交雙通道信號(hào)綜合描述轉(zhuǎn)子在一個(gè)測(cè)量截面上的運(yùn)行狀態(tài)，避免單通道信號(hào)分析方法中存在的缺陷，本文將傳統(tǒng)的一階循環(huán)統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行擴(kuò)展并定義復(fù)信號(hào)定向循環(huán)均值，介紹基于雙通道融合復(fù)信號(hào)定向循環(huán)均值的軸心軌跡提取方法，研究分析滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在一階共振、油膜渦動(dòng)和油膜振蕩下實(shí)測(cè)振動(dòng)信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)特性。通過將基于定向循環(huán)均值的軸心軌跡提取結(jié)果與經(jīng)典的二維全息譜進(jìn)行對(duì)比，總結(jié)歸納定向循環(huán)均值在描述滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)的有效性及優(yōu)越性。

1復(fù)信號(hào)分解

設(shè)x(t)和y(t)分別表示兩個(gè)單通道的正弦實(shí)信號(hào)，定義復(fù)信號(hào)為

r(t)=x(t)+jy(t)

(1)

式中:r(t)為一作橢圓運(yùn)動(dòng)的向量。由于橢圓運(yùn)動(dòng)可以表示為兩個(gè)旋向相反的圓運(yùn)動(dòng)向量之和(見圖1)[11]，可利用歐拉公式將轉(zhuǎn)頻為ω的向量r(t)表示為極坐標(biāo)形式，即

r(t)=rf(t)+rb(t)=rfejωt+rbe-jωt

(2)

圖1　復(fù)信號(hào)表示為兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn)圓向量之和Fig.1 Representation of a complex-valued signal as the sum of two contra-rotating vectors

實(shí)信號(hào)x(t)和y(t)可據(jù)傅里葉系數(shù)展開，即

(3)

式中：xc、xs、yc和ys為對(duì)應(yīng)的傅里葉系數(shù)。

正反進(jìn)動(dòng)的圓向量可以表示為

(4)

2定向循環(huán)均值及軸心軌跡提取方法

2.1定向循環(huán)均值

循環(huán)平穩(wěn)分析中對(duì)隨機(jī)信號(hào)x(t)進(jìn)行非線性變換的最小階數(shù)稱為循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)階數(shù)，其中所提取的正弦波的周期定義為循環(huán)周期Tω，其頻率稱為循環(huán)頻率ω，所有的循環(huán)頻率集合稱為循環(huán)頻率域。

定義循環(huán)頻率ω處的循環(huán)均值為

商鞅變法是我國歷史上較為徹底、較為成功的改革，實(shí)現(xiàn)其最初提出的富國強(qiáng)兵的目標(biāo)，為此后秦國滅亡六國、統(tǒng)一中國奠定了基礎(chǔ)。如上所述，商鞅變法中大部分內(nèi)容涉及財(cái)政改革，從財(cái)政角度分析研究商鞅變法，汲取其變法的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)當(dāng)前深化財(cái)政改革具有現(xiàn)實(shí)意義。

Eω{x(t)}=E0{x(t)e-j2πωt}=

(5)

式中：E0=limT→∞[∫x(t)dt]/T為x(t)在ω=0處的均值，T為時(shí)間長(zhǎng)度。

將全部循環(huán)頻率上的均值求和可以得到循環(huán)平穩(wěn)信號(hào)在循環(huán)頻率域上的一階循環(huán)平穩(wěn)統(tǒng)計(jì)量，即循環(huán)均值(Cyclic Mean, CM)[12]。

(6)

將傳統(tǒng)的單通道實(shí)信號(hào)循環(huán)平穩(wěn)均值方法進(jìn)行擴(kuò)充用于分析復(fù)信號(hào)r(t)=x(t)+jy(t)，通過融合兩個(gè)正交通道振動(dòng)信號(hào)的幅值、頻率以及相位信息，能夠更完整的描述轉(zhuǎn)子在某一橫截面內(nèi)的振動(dòng)狀態(tài)。

根據(jù)式(2)，復(fù)信號(hào)r(t)可以分解為正進(jìn)動(dòng)解析信號(hào)rf(t)和反進(jìn)動(dòng)解析信號(hào)rb(t)，則可以根據(jù)式(6)定義正進(jìn)動(dòng)定向循環(huán)均值(Forward Directional Cyclic Mean)DCMf(ω)和反進(jìn)動(dòng)定向循環(huán)均值(Backward Directional Cyclic Mean)DCMb(ω)

(7)

在全循環(huán)頻率軸上整合正反進(jìn)動(dòng)定向循環(huán)均值，得到復(fù)信號(hào)r(t)的定向循環(huán)均值(Directional Cyclic Mean，DCM)以表征轉(zhuǎn)子平均周期性振動(dòng)行為。

DCM(ω)=

(8)

2.2基于定向循環(huán)均值的軸承軌跡提取

R(t)=R+ωej(ωt+αω)+R-ωe-j(ωt+βω)

(9)

式中：R+ω、R-ω分別為正反進(jìn)動(dòng)圓的半徑長(zhǎng)度。如果R+ω>R-ω則轉(zhuǎn)子在頻率ω處的軸心軌跡橢圓旋向?yàn)檎M(jìn)動(dòng)，反之旋向則為反進(jìn)動(dòng)。一般情況下旋轉(zhuǎn)機(jī)械的旋向?yàn)檎M(jìn)動(dòng)居多，若出現(xiàn)反進(jìn)動(dòng)，則故障往往不是失衡而是其它故障，例如動(dòng)靜部件碰磨所引起的故障[13]。

基于DCM的軸心軌跡提取方法見圖2。首先用相互垂直的X、Y兩個(gè)通道的信號(hào)構(gòu)成復(fù)信號(hào)r(t)=x(t)+jy(t)，然后計(jì)算出r(t)的定向循環(huán)均值，進(jìn)而得到轉(zhuǎn)子在頻率ω處的正反進(jìn)動(dòng)圓的運(yùn)動(dòng)半徑和初始相位，接著如圖1所示合成轉(zhuǎn)子在ω處的軸心軌跡，在一系列不同的頻率ωi(i=1,2,3...)處合成轉(zhuǎn)子的軸心軌跡從而得到軸心軌跡簇。

圖2　基于DCM的軸心軌跡簇提取方法示意圖Fig.2 Interpretation of the axis orbit based on DCM

與基于DCM的軸心軌跡提取方法進(jìn)行對(duì)比，在此簡(jiǎn)要介紹全息譜技術(shù)[13]，其構(gòu)成原理見圖3。全息譜以傅里葉變換為基礎(chǔ)，利用機(jī)組振動(dòng)信號(hào)頻率的譜線加以集成而得到在不同頻率上的軸心軌跡簇。

圖3　基于FFT的二維全息譜原理Fig.3 Interpretation of the 2D holospectrum based on FFT

3油膜渦動(dòng)與油膜振蕩信號(hào)分析

3.1定向循環(huán)均值分析

為了驗(yàn)證所提出的定向循環(huán)均值及基于DCM的軸心軌跡提取方法在分析滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)失穩(wěn)狀態(tài)時(shí)的有效性，采用INV1612型柔性轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)測(cè)試驗(yàn)，整個(gè)試驗(yàn)裝置見圖4。兩個(gè)型號(hào)為JX70-015-E-M10的電渦流傳感器相互垂直安裝在轉(zhuǎn)軸中間位置的支座上，分別拾取轉(zhuǎn)軸在X、Y方向上的位移振動(dòng)信號(hào)。型號(hào)為WO-DNMW2的光電式轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)現(xiàn)了將轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖電壓信號(hào)的功能。采用NI 9234型采集卡對(duì)振動(dòng)及轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行多通道同步采集。

圖4　滑動(dòng)軸承柔性轉(zhuǎn)子實(shí)驗(yàn)臺(tái)Fig.4 Test bench and its main components

滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)常見的失穩(wěn)形式有系統(tǒng)共振、油膜渦動(dòng)、油膜振蕩等[14]，因此本文對(duì)系統(tǒng)在一階共振、油膜渦動(dòng)、油膜振蕩三種狀態(tài)下的轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移信號(hào)進(jìn)行分析。圖5、圖6分別為系統(tǒng)在上述三種狀態(tài)下X、Y通道的時(shí)域信號(hào)，其中信號(hào)長(zhǎng)度N=4 096，采樣頻率fs=2 048 Hz。首先用循環(huán)均值方法對(duì)單通道時(shí)域信號(hào)進(jìn)行分析，然后用本文提出的定向循環(huán)均值法對(duì)有X、Y通道信號(hào)構(gòu)成的復(fù)信號(hào)r(t)=x(t)+jy(t)進(jìn)行分析。在下面的敘述中X1、X2、X3分別表示系統(tǒng)在一階共振、油膜渦動(dòng)和油膜振蕩狀態(tài)下的轉(zhuǎn)頻，即電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率,其中X1≈50 Hz，X2≈91.5 Hz、X3≈103.3 Hz，fowl、fowp分別表示油膜渦動(dòng)與油膜振蕩頻率。

圖5　滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)失穩(wěn)X通道時(shí)域振動(dòng)信號(hào)Fig.5 X-channel Vibration signal of journal bearing supported system under unstable state

圖6　滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)失穩(wěn)Y通道時(shí)域振動(dòng)信號(hào)Fig.6 Y-channel vibration signal of journal bearing supported system under unstable state

圖7、圖8分別為轉(zhuǎn)子X、Y通道一階共振振動(dòng)信號(hào)的循環(huán)均值，可以看到系統(tǒng)的一階共振頻率X1約為50 Hz。系統(tǒng)在油膜渦動(dòng)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子在潤(rùn)滑油團(tuán)的作用下其中心線偏離軸瓦中心線，油團(tuán)轉(zhuǎn)速約為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)頻的1/2，所以油膜渦動(dòng)又稱為半速渦動(dòng)，油膜渦動(dòng)頻率通常為轉(zhuǎn)頻的(0.42～0.49)倍數(shù)[16]。由圖9、圖10可知,明顯的油膜渦動(dòng)特征頻率fowl=0.475X2(43.5 Hz)。油膜振蕩是油膜渦動(dòng)的進(jìn)一步發(fā)展，隨著轉(zhuǎn)速增加，振蕩頻率保持不變，并且振動(dòng)更加劇烈，因此危害性更大。從圖11、圖12也可以發(fā)現(xiàn)明顯的油膜振蕩特征頻率fowp=0.473X3(48.9 Hz)。然而，單通道信號(hào)的循環(huán)均值只能分別得到系統(tǒng)在單個(gè)方向上的振動(dòng)幅值信息，忽略了正交兩個(gè)方向振動(dòng)狀態(tài)之間存在的內(nèi)在聯(lián)系，不能揭示系統(tǒng)在一個(gè)面內(nèi)的運(yùn)行狀況。

圖7　轉(zhuǎn)子一階共振X通道振動(dòng)信號(hào)循環(huán)均值Fig.7 The cyclic mean of X-channel vibration signal of rotor under resonance

圖8　轉(zhuǎn)子一階共振Y通道振動(dòng)信號(hào)循環(huán)均值Fig.8 The cyclic mean of Y-channel vibration signal of rotor under resonance

圖9　轉(zhuǎn)子在油膜渦動(dòng)狀態(tài)下X通道振動(dòng)信號(hào)的循環(huán)均值Fig.9 The cyclic mean of X-channel vibration signal of rotor during oil whirl

圖10　轉(zhuǎn)子在油膜渦動(dòng)狀態(tài)下的Y通道振動(dòng)信號(hào)的循環(huán)均值Fig.10 The cyclic mean of Y-channel vibration signal of rotor during oil whirl

圖11　轉(zhuǎn)子在振蕩狀態(tài)下的X通道振動(dòng)信號(hào)的循環(huán)均值Fig.11 The cyclic mean of X-channel vibration signal of rotor during oil whip

圖12　轉(zhuǎn)子在振蕩狀態(tài)下的Y通道振動(dòng)信號(hào)的循環(huán)均值Fig.12 The cyclic mean of Y-channel vibration signal of rotor during oil whip

本文利用轉(zhuǎn)子一個(gè)橫截面內(nèi)相互垂直的兩個(gè)通道信號(hào)構(gòu)造復(fù)信號(hào)r(t)=x(t)+jy(t)，并分別計(jì)算系統(tǒng)一階共振、油膜渦動(dòng)和油膜振蕩下復(fù)信號(hào)r(t)的定向循環(huán)均值,見圖13～圖15。定向循環(huán)均值圖中橫軸表示圓運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)頻率，正頻率表示圓運(yùn)動(dòng)為正進(jìn)動(dòng)，負(fù)頻率表示圓運(yùn)動(dòng)為反進(jìn)動(dòng)，縱軸表示進(jìn)動(dòng)圓相對(duì)半徑長(zhǎng)度即振動(dòng)幅值。圖13中存在+X1、-X1兩個(gè)特征頻率，這是由于系統(tǒng)一階共振引起的，正轉(zhuǎn)頻處的幅值R+X1大于負(fù)轉(zhuǎn)頻處的幅值R-X1，R+X1>R-X1，所以系統(tǒng)在共振頻率X1處旋向?yàn)檎M(jìn)動(dòng)，由圖14可知,油膜渦動(dòng)特征頻率fowl=±0.475X2(43.5 Hz)以及轉(zhuǎn)頻±X2(91.5 Hz)。此外正轉(zhuǎn)頻+X2處的幅值明顯遠(yuǎn)大于負(fù)轉(zhuǎn)頻-X2處的幅值，R+X2>R-X2,表明在轉(zhuǎn)頻X2處系統(tǒng)存在不平衡且旋向?yàn)檎M(jìn)動(dòng)。另外正渦動(dòng)頻率處的幅值大于負(fù)渦動(dòng)頻率處的幅值，R+fowl>R-fowl，故轉(zhuǎn)子在油膜渦動(dòng)頻率fowl處的旋向?yàn)檎Ｓ蓤D15可知，系統(tǒng)在油膜振蕩狀態(tài)下的定向循環(huán)均值圖同樣可以發(fā)現(xiàn)油膜振蕩特征頻率成分fowp=±0.473X3(48.5 Hz)，并且轉(zhuǎn)頻±X3(103.3 Hz)處的幅值遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)子在油膜振蕩fowp處的幅值，表明油膜振蕩在轉(zhuǎn)子振動(dòng)中起主導(dǎo)作用。此外正振蕩頻率處的幅值大于負(fù)振蕩頻率處的幅值R+fowp>R-fowp，故轉(zhuǎn)子在振蕩頻率處的旋向?yàn)檎?/p>

圖13　轉(zhuǎn)子一階共振狀態(tài)下復(fù)信號(hào)定向循環(huán)均值Fig.13 The DCM of the vibration of the rotor under resonance

圖14　轉(zhuǎn)子油膜渦動(dòng)狀態(tài)下復(fù)信號(hào)定向循環(huán)均值Fig.14 The DCM of the vibration of rotor during oil whirl

圖15　轉(zhuǎn)子油膜振蕩狀態(tài)下復(fù)信號(hào)定向循環(huán)均值Fig.15 The DCM of the vibration of the rotor during oil whip

3.2基于DCM的軸心軌跡提取

為了進(jìn)一步描述滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在油膜失穩(wěn)狀態(tài)下的振動(dòng)狀態(tài)，本文依據(jù)“2.2”介紹的基于DCM的軸心軌跡提取方法，分別提取了系統(tǒng)在轉(zhuǎn)頻X、倍頻2X、3X、4X以及0～X頻率區(qū)間內(nèi)主要頻率處的軸心軌跡簇,見圖16～圖18。圖中直觀地呈現(xiàn)出了系統(tǒng)在各個(gè)頻率處的軸心軌跡以及旋向，由圖16可知轉(zhuǎn)頻X1處存在一個(gè)做正進(jìn)動(dòng)的軸心軌跡橢圓，由圖17可知,轉(zhuǎn)頻X2以及油膜渦動(dòng)頻率fowl=0.475X2存在兩個(gè)明顯的軸心軌跡橢圓，此外由于油膜振蕩狀態(tài)下油膜振蕩起主導(dǎo)作用，由圖18可知,相對(duì)于其余頻率處的軸心軌跡，油膜振蕩頻率fowp=0.47X3處的橢圓軌跡十分明顯。

圖16　基于定向循環(huán)均值的轉(zhuǎn)子一階共振軸心軌跡簇Fig.16 The DCM based axis orbit of rotor under resonance

圖17　基于定向循環(huán)均值的轉(zhuǎn)子油膜渦動(dòng)軸心軌跡簇Fig.17 The DCM based axis orbit of rotor during oil whirl

圖18　基于定向循環(huán)均值的油膜振蕩軸心軌跡簇Fig.18 The DCM based axis orbit of rotor during oil whip

圖19～圖21分別給出了系統(tǒng)相應(yīng)的全息譜。圖16、圖17分別與圖19、圖20對(duì)比可知,在一階共振和油膜渦動(dòng)狀態(tài)下通過兩種方法得到的軸心軌跡的大小、形狀、相位以及旋向均保持了高度一致，由此也可以推循環(huán)均值與傳統(tǒng)的FFT變換存在某種內(nèi)在聯(lián)系；而圖18與圖21在油膜振蕩頻率fowp=0.47X3處軸心軌跡初相位存在較小差異。與一階共振和油膜渦動(dòng)相比，油膜振蕩的非平穩(wěn)特性更加突出，而FFT的分析對(duì)象是平穩(wěn)信號(hào)，從而導(dǎo)致了基于FFT的全息譜與基于DCM的軸系軌跡出現(xiàn)了上述差異。

圖19　轉(zhuǎn)子一階共振的二維全息譜Fig.19 The 2D holospectrum of rotor under resonance

圖20　轉(zhuǎn)子油膜渦動(dòng)的二維全息譜Fig.20 The 2D holospectrum of rotor during oil

圖21　轉(zhuǎn)子油膜振蕩的二維全息譜Fig.21 The 2D holospectrum of rotor during oil whip

4結(jié)論

為了綜合描述滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在失穩(wěn)現(xiàn)象下的振動(dòng)狀態(tài)，本文提出了分析雙通道融合復(fù)信號(hào)的定向循環(huán)均值方法，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論如下：

(1) 相對(duì)于傳統(tǒng)單通道信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)分析，DCM方法不僅能夠提取在一階共振、油膜渦動(dòng)及油膜振蕩狀態(tài)下系統(tǒng)某一截面內(nèi)循環(huán)平穩(wěn)振動(dòng)信號(hào)的中周期性特征，而且能夠揭示轉(zhuǎn)子在指定循環(huán)頻率處的旋向，從而準(zhǔn)確地描述滑動(dòng)軸承轉(zhuǎn)子系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。

(2) 基于定向循環(huán)均值所提取的轉(zhuǎn)子軸心軌跡簇能夠更加直觀地描述系統(tǒng)的振動(dòng)狀態(tài)，對(duì)于一階共振和油膜渦動(dòng)，其與全息譜所得到的轉(zhuǎn)子軸心軌跡形狀、大小、相位及旋向等信息均保持一致；對(duì)于非平穩(wěn)特性更加突出的油膜振蕩信號(hào)，通過定向循環(huán)均值提取的軸心軌跡更加準(zhǔn)確，從而證明了該方法的有效性。

參 考 文 獻(xiàn)

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Directional cyclic mean-based method for instable journal bearing signal analysis

BOLin1,CHENYang1,PENGChang2

(1. The State Key Laboratory of Mechanical Transmission, Chongqing University, Chongqing 400044, China;2. Engineering Research Center, CRRC Qingdao Sifang CO., LTD., Qingdao 266000, China)

Abstract:For comprehensive description of unstable operation of a journal bearing supported rotor system, a new instable signal analysis method called directional cyclic mean(DCM) was presented. With this method, the traditional 1st order cyclic statistic dealing with a single channel's real signal analysis was extended and the 1st order directional cyclic mean statistic for fused complex signals of orthogonal double channels was defined. And the procedure of extracting axis orbits based on DCM was given. To verify this method, a rotor test platform was used to imitate unstable fault of rotor-bearing systems. The analysis of experimental data showed that the periodic vibration characteristics and rotating direction of a cross-section of a rotor-bearing system can be found; furthermore, axis orbits based on DCM agree well with those of the traditional holospectrum; the effectiveness of DCM is verified.

Key words:journal bearing; oil-film instability; directional cyclic mean; axis orbit

中圖分類號(hào):TH17; TP206

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2016.06.006

通信作者陳楊 男，碩士生，1988年生

收稿日期：2014-07-16修改稿收到日期：2014-09-12

第一作者 柏林 男，博士，教授，博士生導(dǎo)師，1972年生