發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)與故障診斷理論技術(shù)

上 部
第1章 內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)與仿真分析簡介\t3
1．1 引言\t3
1．2 內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)與活塞動(dòng)力學(xué)的研究概況\t3
1．2．1 內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析研究概況\t4
1．2．2 內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)反問題簡述\t4
1．2．3 內(nèi)燃機(jī)活塞動(dòng)力學(xué)研究概況\t5
1．3 重要意義與主要內(nèi)容\t7
1．3．1 重要意義\t7
1．3．2 主要內(nèi)容\t7
1．3．3 仿真模型系統(tǒng)的確認(rèn)與驗(yàn)證\t8
第2章 發(fā)動(dòng)機(jī)故障振動(dòng)問題的技術(shù)路線分析\t9
2．1 引言\t9
2．2 發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷基本問題\t9
2．3 解決問題的技術(shù)路線\t11
第3章 直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)\t13
3．1 引言\t13
3．2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)理論模型\t14
3．2．1 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析\t14
3．2．2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作用力分析\t16
3．2．3 發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程\t16
3．2．4 軸承摩擦力矩特性\t17
3．2．5 外載荷特性\t18
3．2．6 活塞組作用力\t18
3．2．7 工質(zhì)作用力\t19
3．3 計(jì)算模型\t19
3．3．1 算法設(shè)計(jì)\t19
3．3．2 算法實(shí)施\t20
3．4 數(shù)據(jù)參數(shù)\t20
3．5 模型驗(yàn)證\t21
3．5．1 運(yùn)動(dòng)副作用力特征的定性檢查\t21
3．5．2 穩(wěn)態(tài)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)檢驗(yàn)\t22
第4章 發(fā)動(dòng)機(jī)一維氣體流動(dòng)熱力學(xué)計(jì)算\t24
4．1 引言\t24
4．2 理論模型\t24
4．2．1 系統(tǒng)基本方程\t25
4．2．2 缸內(nèi)傳熱模型\t27
4．2．3 燃燒放熱模型\t28
4．2．4 氣閥流量特性\t29
4．2．5 變工況燃燒模型參數(shù)計(jì)算\t30
4．2．6 渦輪增壓系統(tǒng)匹配計(jì)算\t30
4．3 計(jì)算模型\t31
4．3．1 算法設(shè)計(jì)\t31
4．3．2 穩(wěn)定工況獲取\t32
4．3．3 穩(wěn)定工況熱力學(xué)系統(tǒng)求解結(jié)果\t32
4．4 數(shù)據(jù)參數(shù)\t33
4．5 模型驗(yàn)證\t34
4．5．1 外特性驗(yàn)證\t34
4．5．2 對(duì)仿真柴油機(jī)效率的定性考察\t34
第5章 活塞二階運(yùn)動(dòng)計(jì)算\t36
5．1 引言\t36
5．2 理論模型\t36
5．2．1 考慮慣性的光滑型面下活塞二階運(yùn)動(dòng)方程\t39
5．2．2 活塞二階運(yùn)動(dòng)求解意義\t43
5．3 算法模型\t43
5．3．1 求解過程\t44
5．3．2 壓力分布求解\t44
5．3．3 動(dòng)力學(xué)方程求解迭代格式改進(jìn)\t47
5．4 幾何數(shù)據(jù)參數(shù)有效估計(jì)\t49
5．4．1 幾何及質(zhì)量參數(shù)\t49
5．4．2 活塞裙部型線\t49
5．4．3 數(shù)值求解活塞二階運(yùn)動(dòng)的有關(guān)參數(shù)\t50
5．5 模型確認(rèn)與驗(yàn)證\t50
5．5．1 模型驗(yàn)證\t50
5．5．2 模型確認(rèn)\t51
第6章 柴油機(jī)機(jī)體有限元建模與模型驗(yàn)證\t53
6．1 引言\t53
6．2 機(jī)體有限元建模\t54
6．2．1 單元和單元屬性\t54
6．2．2 子結(jié)構(gòu)劃分與結(jié)合面連接方式\t54
6．2．3 有限元建模和結(jié)構(gòu)簡化的處理\t55
6．2．4 支撐約束處理\t55
6．2．5 模型動(dòng)力響應(yīng)求解方法\t56
6．2．6 模型的檢查和驗(yàn)證\t56
6．3 柴油機(jī)機(jī)體錘擊試驗(yàn)布置與實(shí)施\t57
6．4 模態(tài)參數(shù)時(shí)域辨識(shí)\t58
6．4．1 ERA法概述\t58
6．4．2 算法實(shí)現(xiàn)\t60
6．4．3 模態(tài)參數(shù)辨識(shí)結(jié)果評(píng)估\t60
6．4．4 柴油機(jī)頻帶阻尼分布估計(jì)\t61
6．5 EMA與FEM結(jié)果比較\t61
第7章 活塞組橫向沖擊下機(jī)體表面振動(dòng)分析與驗(yàn)證\t63
7．1 引言\t63
7．2 理論模型\t64
7．2．1 基本假定\t64
7．2．2 機(jī)體結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析模型\t65
7．3 計(jì)算模型\t67
7．3．1 載荷組劃分\t67
7．3．2 工作情況下的阻尼估計(jì)\t69
7．3．3 穩(wěn)態(tài)工況熱力學(xué)參數(shù)獲取\t70
7．3．4 求解過程\t71
7．4 仿真模型確認(rèn)與驗(yàn)證\t71
7．4．1 與實(shí)際測試信號(hào)在頻域上的比較\t71
7．4．2 與實(shí)際測試信號(hào)在時(shí)域上的比較\t72
7．4．3 對(duì)實(shí)測波形特征點(diǎn)性質(zhì)的確認(rèn)\t73
7．5 不同工況與參數(shù)下活塞橫向沖擊引起表面瞬態(tài)響應(yīng)特性研究\t74
7．5．1 沖擊特性隨轉(zhuǎn)速的變化\t74
7．5．2 不同轉(zhuǎn)速時(shí)活塞對(duì)缸套主副推力側(cè)作用力最大增量的變化\t75
參考文獻(xiàn)\t77
中 部
第8章 發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)振動(dòng)及其振動(dòng)傳遞路徑分析\t83
8．1 引言\t83
8．2 直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)表面振動(dòng)分析\t83
8．3 直列六缸發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)的激振源及其特性分析\t84
8．3．1 燃燒激振源\t85
8．3．2 活塞側(cè)向敲擊激振\t85
8．3．3 氣門撞擊激振\t86
8．4 柴油機(jī)振動(dòng)傳遞路徑分析\t86
第9章 發(fā)動(dòng)機(jī)表面振動(dòng)信號(hào)特性分析\t88
9．1 引言\t88
9．2 柴油機(jī)表面振動(dòng)信號(hào)的采集\t88
9．2．1 發(fā)動(dòng)機(jī)測試實(shí)例\t89
9．2．2 傳感器及測試儀的選取\t89
9．2．3 振動(dòng)測點(diǎn)位置\t89
9．2．4 采樣頻率的確定\t90
9．3 發(fā)動(dòng)機(jī)幾種常見故障的描述\t91
9．3．1 燃燒沖擊\t91
9．3．2 活塞側(cè)向敲擊\t91
9．3．3 進(jìn)、排氣門間隙異常\t91
9．4 發(fā)動(dòng)機(jī)表面振動(dòng)信號(hào)特性\t92
9．4．1 時(shí)域、頻域特性\t92
9．4．2 循環(huán)波動(dòng)特性\t92
9．4．3 非平穩(wěn)時(shí)變特性\t92
第10章 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)烈度的頻域估計(jì)方法\t93
10．1 建立振動(dòng)烈度頻域估計(jì)表達(dá)式\t93
10．2 對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)的要求\t95
10．3 基本公式的數(shù)值驗(yàn)證\t95
10．4 振動(dòng)烈度算法設(shè)計(jì)\t97
10．5 方法的驗(yàn)證\t98
第11章 基于瞬時(shí)轉(zhuǎn)速的發(fā)動(dòng)機(jī)故障特征提取\t100
11．1 發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速原理\t100
11．2 發(fā)動(dòng)機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速特征量提取\t100
11．3 瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)的數(shù)據(jù)處理與實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析\t101
11．3．1 瞬時(shí)轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)的測試分析\t102
11．3．2 瞬時(shí)轉(zhuǎn)速諧波信號(hào)的測試分析\t105
第12章 配氣系統(tǒng)振動(dòng)的時(shí)域與頻域分析\t111
12．1 發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)采集\t111
12．2 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)時(shí)域分析\t112
12．2．1 峰峰值法的振動(dòng)信號(hào)特征提取\t112
12．2．2 信號(hào)多測點(diǎn)信息融合診斷分析\t114
12．2．3 實(shí)例測試分析\t115
12．3 發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)頻域分析\t117
12．3．1 基于STFT的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)信號(hào)特征提取\t117
12．3．2 STFT功率譜能量的振動(dòng)信號(hào)分析\t120
12．3．3 實(shí)測信號(hào)分析\t122
12．3．4 時(shí)域沖擊特征識(shí)別\t130
12．3．5 沖擊特征參數(shù)提取\t131
第13章 基于小波分析的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)分析\t133
13．1 傅里葉分析與小波分析\t133
13．1．1 Fourier 分析\t133
13．1．2 小波分析原理簡介\t134
13．1．3 二進(jìn)小波和二進(jìn)小波變換\t135
13．2 小波多分辨率分析\t136
13．2．1 正交小波\t136
13．2．2 正交多分辨分析\t136
13．2．3 Doubechies緊支小波\t137
13．3 正交小波包分析\t138
13．3．1 小波變換與時(shí)-頻分析\t138
13．3．2 正交小波包\t139
13．3．3 小波包算法\t139
13．3．4 利用小波包進(jìn)行信號(hào)的消噪處理\t140
13．3．5 利用小波包分析進(jìn)行信號(hào)特征提取\t143
13．4 Laplace基波相關(guān)性的特征參數(shù)提取\t145
13．4．1 Laplace小波及其特性\t145
13．4．2 基于Laplace小波提取進(jìn)、排氣門落座沖擊響應(yīng)特征參數(shù)\t146
第14章 匹配追蹤法的發(fā)動(dòng)機(jī)多故障綜合診斷\t152
14．1 匹配追蹤法的故障特征提取\t152
14．1．1 信號(hào)的展開與內(nèi)積\t152
14．1．2 匹配追蹤信號(hào)展開\t153
14．1．3 匹配追蹤時(shí)頻表示與分布\t155
14．1．4 匹配追蹤法的故障實(shí)例分析\t156
14．2 匹配追蹤法的多故障綜合診斷\t160
14．2．1 多故障綜合診斷的統(tǒng)一算法\t161
14．2．2 信號(hào)最優(yōu)化匹配追蹤分解算法\t161
14．3 多故障實(shí)例分析\t162
14．3．1 多缸進(jìn)氣門間隙故障\t162
14．3．2 多缸排氣門間隙故障\t164
14．3．3 多缸進(jìn)氣門、排氣門間隙故障的診斷\t165
14．3．4 燃燒沖擊及活塞敲缸沖擊故障診斷\t167
第15章 發(fā)動(dòng)機(jī)多故障綜合診斷方法\t169
15．1 馬氏距離方法對(duì)沖擊類型的識(shí)別\t169
15．1．1 馬氏距離的定義\t169
15．1．2 多類馬氏距離判別\t169
15．1．3 實(shí)例分析\t170
15．2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在發(fā)動(dòng)機(jī)配氣系統(tǒng)故障診斷中的應(yīng)用\t172
15．2．1 神經(jīng)元模型\t173
15．2．2 三層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)\t173
15．2．3 故障診斷的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)\t174
15．2．4 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類識(shí)別\t176
參考文獻(xiàn)\t183
下 部
第16章 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組齒輪箱故障診斷\t187
16．1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀\t187
16．2 大型風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)及典型故障概述\t188
16．2．1 大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組基本結(jié)構(gòu)\t188
16．2．2 大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)\t189
16．2．3 大型風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)典型故障\t191
第17章 風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)故障特征及診斷方法\t195
17．1 轉(zhuǎn)子故障機(jī)理與特征\t195
17．1．1 轉(zhuǎn)子不平衡\t195
17．1．2 轉(zhuǎn)子彎曲\t196
17．1．3 轉(zhuǎn)子支承部件松動(dòng)\t197
17．1．4 碰摩故障\t200
17．1．5 轉(zhuǎn)子不對(duì)中\(zhòng)t201
17．2 滾動(dòng)軸承故障機(jī)理與特征\t203
17．2．1 滾動(dòng)軸承典型結(jié)構(gòu)\t203
17．2．2 滾動(dòng)軸承特征頻率\t204
17．2．3 軸承的固有振動(dòng)頻率\t204
17．2．4 滾動(dòng)軸承運(yùn)行故障特征\t205
17．3 齒輪故障機(jī)理與特征\t208
17．3．1 齒輪的簡化振動(dòng)模型\t208
17．3．2 齒輪振動(dòng)的嚙合頻率調(diào)制現(xiàn)象\t209
17．3．3 齒輪故障振動(dòng)特征\t210
17．4 故障特征提取方法\t212
17．4．1 倒頻譜\t212
17．4．2 細(xì)化譜分析\t214
17．4．3 解調(diào)譜\t215
第18章 大型風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷分析\t217
18．1 風(fēng)電機(jī)組測點(diǎn)說明\t217
18．2 電機(jī)轉(zhuǎn)子故障分析\t218
18．3 齒輪故障分析\t221
18．4 軸承故障分析\t230
第19章 基于LabVIEW的風(fēng)電機(jī)組傳動(dòng)鏈故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)\t237
19．1 LabVIEW簡介\t237
19．2 數(shù)據(jù)分析與故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)\t238
19．2．1 數(shù)據(jù)讀取回放模塊\t238
19．2．2 轉(zhuǎn)子信號(hào)分析模塊\t239
19．2．3 齒輪信號(hào)分析模塊\t240
19．3 數(shù)據(jù)分析和故障診斷系統(tǒng)分析實(shí)例\t240
第20章 風(fēng)力機(jī)葉片振動(dòng)信號(hào)的獲取及特性分析\t244
20．1 基于機(jī)組振動(dòng)的葉片振動(dòng)信號(hào)獲取\t244
20．1．1 風(fēng)力機(jī)葉片模態(tài)試驗(yàn)\t244
20．1．2 風(fēng)力機(jī)模態(tài)試驗(yàn)結(jié)果\t247
20．1．3 測點(diǎn)位置的選擇\t252
20．1．4 風(fēng)力機(jī)葉片故障設(shè)置\t253
20．1．5 風(fēng)力機(jī)葉片振動(dòng)信號(hào)測試\t253
20．2 風(fēng)力機(jī)葉片振動(dòng)信號(hào)特性分析\t254
20．2．1 葉片常見故障\t254
20．2．2 葉片不同故障狀態(tài)下信號(hào)的振動(dòng)特性\t254
第21章 風(fēng)力機(jī)葉片故障特征量的提取及故障分析\t259
21．1 風(fēng)力機(jī)葉片故障特征量提取\t259
21．1．1 振動(dòng)信號(hào)能量變化率計(jì)算\t259
21．1．2 特征值的提取方法\t260
21．1．3 特征值的提取過程\t260
21．2 風(fēng)力機(jī)葉片故障的分析\t261
第22章 基于支持向量機(jī)的葉片故障模式識(shí)別\t265
22．1 支持向量機(jī)（SVM）分類學(xué)習(xí)算法原理簡介\t265
22．1．1 支持向量機(jī)分類（SVC）算法\t265
22．1．2 支持向量機(jī)（SVM）的核函數(shù)\t268
22．2 支持向量機(jī)（SVM）數(shù)據(jù)前處理\t269
22．2．1 數(shù)據(jù)歸一化\t269
22．2．2 數(shù)據(jù)降維\t269
22．2．3 參數(shù)尋優(yōu)\t269
22．3 基于支持向量機(jī)的葉片故障診斷\t270
第23章 旋轉(zhuǎn)與往復(fù)式機(jī)械故障診斷系統(tǒng)\t273
23．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)\t273
23．2 診斷系統(tǒng)的安裝要求、軟件特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)過程\t274
23．3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)\t275
23．4 系統(tǒng)應(yīng)用結(jié)果\t276
參考文獻(xiàn)\t278