一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置制造方法
【專利摘要】一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，它包括一實驗臺，該實驗臺包括驅(qū)動電機、聯(lián)軸器A、第一減速器、第二減速器、聯(lián)軸器B、負(fù)載電機、支座；第一減速器經(jīng)聯(lián)軸器A與驅(qū)動電機連接，第一減速器與第二減速器的連接軸軸線為135°；第二減速器經(jīng)聯(lián)軸器B與負(fù)載電機連接；驅(qū)動電機、聯(lián)軸器A、第一減速器、第二減速器、聯(lián)軸器B、負(fù)載電機順序連接固定于支座上；能實現(xiàn)直升機尾傳動系統(tǒng)軸承、齒輪的點蝕、剝落、磨損、裂紋、膠合，以及轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)等典型故障的模擬實驗；廣泛適用于直升機尾傳動系統(tǒng)故障演化機理、信號特征提取方法、早期故障診斷方法、健康維護方法與策略研究。
【專利說明】一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于直升機尾傳動系統(tǒng)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]直升機尾傳動系統(tǒng)作為直升機傳動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)動力學(xué)的一部分，它是直升機傳動系統(tǒng)的重要子系統(tǒng)，其主要是通過傳遞扭矩和轉(zhuǎn)速將動力從主傳動系統(tǒng)傳遞到尾槳，以平衡主旋翼產(chǎn)生的反扭力矩，從而實現(xiàn)直升機的航向操縱，其運行狀態(tài)優(yōu)劣直接影響著整個傳動系統(tǒng)乃至整個直升機的性能。若尾傳動系統(tǒng)中的某軸承、齒輪零件出現(xiàn)故障，在尾傳動軸高速旋轉(zhuǎn)下，會引起強烈的振動，使零件斷裂損壞，導(dǎo)致尾槳操縱失效，嚴(yán)重威脅到飛行安全。如何對其進行準(zhǔn)確的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與優(yōu)化運行是一項意義重大又極具挑戰(zhàn)性的研宄。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述情況，本發(fā)明的目的提供一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，它能實現(xiàn)直升機尾傳動系統(tǒng)軸承、齒輪的點蝕、剝落、磨損、裂紋、膠合，以及轉(zhuǎn)子的偏轉(zhuǎn)等典型故障的模擬實驗，用于其故障演化機理、信號特征提取方法、早期故障診斷方法、健康維護方法與策略等研宄，確保直升機安全可靠運行，并且結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于普及推廣使用。
[0004]為了實現(xiàn)上述目的:一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，它包括一實驗臺，該實驗臺包括驅(qū)動電機、聯(lián)軸器A、第一減速器、第二減速器、聯(lián)軸器B、負(fù)載電機、支座；所述的第一減速器經(jīng)聯(lián)軸器A與驅(qū)動電機連接，第一減速器與第二減速器的連接軸軸線為135°，第二減速器經(jīng)聯(lián)軸器B與負(fù)載電機連接，驅(qū)動電機、聯(lián)軸器A、第一減速器、第二減速器、聯(lián)軸器B、負(fù)載電機順序連接固定于支座上。
[0005]為實現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，進一步的措施:第一減速器包括一對相交軸線為135°的螺旋錐齒輪副C，螺旋錐齒輪副C的主、從動軸分別由雙列圓錐滾子軸承懸臂支承。
[0006]第二減速器包括一對相交軸線為90°的螺旋錐齒輪副D，螺旋錐齒輪副D的主、從動軸分別由向心推力軸承和向心滾子軸承在齒輪軸向兩側(cè)支承。
[0007]驅(qū)動電機為連續(xù)可調(diào)變頻電機，調(diào)速范圍在0~4000r/min。
[0008]第一減速器傳動比是1.25，第二減速器傳動比是2.78。
[0009]第一減速器和第二減速器中主、從動齒輪分別置換不同類型、不同損傷程度、不同工作位置的故障齒輪，所述故障類型為點蝕、剝落、裂紋、缺齒。
[0010]第一減速器和第二減速器中的各種支承軸承分別置換不同類型、不同損傷程度、不同工作位置的故障軸承，所述故障類型為點蝕、剝落、磨損、裂紋、膠合。
[0011]驅(qū)動電機和負(fù)載電機的安裝高度可調(diào)，用于模擬轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)故障。
[0012]還包括三向振動加速度傳感器、振動位移傳感器、應(yīng)變片，所述的三向振動加速度傳感器分別設(shè)置在雙列圓錐滾子軸承、向心推力軸承和向心滾子軸承的軸承座上；振動位移傳感器分別設(shè)置在驅(qū)動電機輸出軸、第一減速器和第二減速器的連接軸、負(fù)載電機輸入軸的兩側(cè)，呈90°分布；應(yīng)變片分別設(shè)置在螺旋錐齒輪副C、螺旋錐齒輪副D的齒根部，以及驅(qū)動電機輸出軸、第一減速器和第二減速器的連接軸、負(fù)載電機輸入軸的軸上；三向振動加速度傳感器、振動位移傳感器、應(yīng)變片經(jīng)數(shù)據(jù)采集器連接傳輸至計算機。
[0013]實驗臺內(nèi)置了一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障仿真軟件，該軟件以實驗臺為原型建立虛擬樣機模型，可仿真損傷程度由小到大的不同故障類型和不同工作位置的齒輪、軸承、轉(zhuǎn)子故障，并提取位移、加速度、應(yīng)力仿真信號。
[0014]本發(fā)明一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，它包括一實驗臺，該實驗臺包括驅(qū)動電機、聯(lián)軸器A、第一減速器、第二減速器、聯(lián)軸器B、負(fù)載電機、支座；第一減速器經(jīng)聯(lián)軸器A與驅(qū)動電機連接，第一減速器與第二減速器的連接軸軸線為135° ;第二減速器經(jīng)聯(lián)軸器B與負(fù)載電機連接；驅(qū)動電機、聯(lián)軸器A、第一減速器、第二減速器、聯(lián)軸器B、負(fù)載電機順序連接固定于支座上；能實現(xiàn)直升機尾傳動系統(tǒng)軸承、齒輪的點蝕、剝落、磨損、裂紋、膠合等典型故障的模擬實驗。
[0015]本發(fā)明相對現(xiàn)有技術(shù)，具有以下優(yōu)點:
1.本發(fā)明依據(jù)實際直升機尾傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，基本結(jié)構(gòu)形式與實際直升機尾傳動系統(tǒng)相吻合，在此基礎(chǔ)上開展故障模擬，與實際運行狀態(tài)一致；
I1.第一減速器和第二減速器分置，易于研宄直升機尾傳動系統(tǒng)不同安裝位置的軸承、齒輪典型故障特點與損傷機理，便于識別各自或復(fù)合故障；
II1.第一減速器由雙列圓錐滾子軸承懸臂支承、第二減速器由向心推力軸承和向心滾子軸承兩端支承，傳遞平穩(wěn)可靠，拆裝方便；
IV.通過連續(xù)控制驅(qū)動電機0~4000r/min的輸出轉(zhuǎn)速可以模擬直升機尾傳動系統(tǒng)的變速運行狀態(tài)，用于研宄在變轉(zhuǎn)速下，直升機尾傳動系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測方法和故障演化機理；
V.通過加速度傳感器、位移傳感器、應(yīng)變片的布置，用于不同運行狀態(tài)下的多參量測量，便于更全面的故障演化機理、信號特征提取方法、早期故障診斷方法、健康維護方法與策略研宄；
V1.通過內(nèi)置一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障仿真軟件，方便損傷程度由小到大的不同故障類型和故障位置的單一或復(fù)合故障的模擬仿真，并提取位移、加速度、應(yīng)力仿真信號，擴展物理實驗臺的功能。便于更深入、全面的故障演化機理、信號特征提取方法、早期故障診斷方法、健康維護方法與策略研宄。
[0016]本發(fā)明廣泛適用于直升機尾傳動系統(tǒng)故障演化機理、信號特征提取方法、早期故障診斷方法、健康維護方法與策略研宄。
[0017]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做進一步詳細(xì)說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的第一減速器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明的第二減速器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為本發(fā)明加速度與位移傳感器布置圖； 圖5為本發(fā)明應(yīng)變片布置圖；
圖6為雙列圓錐滾子軸承內(nèi)圈點蝕故障時域信號圖；
圖7為雙列圓錐滾子軸承外圈點蝕故障時域信號圖；
圖8為雙列圓錐滾子軸承滾珠點蝕故障時域信號圖；
圖9為螺旋錐齒輪點蝕故障軟件仿真信號圖；
圖中:1.支座，2.驅(qū)動電機，3聯(lián)軸器A，4.第一減速器，41.雙列圓錐滾子軸承，42.螺旋錐齒輪副C，5.第二減速器，51.向心推力軸承，52.螺旋錐齒輪副D，53.向心滾子軸承，6.聯(lián)軸器B，7.負(fù)載電機，8.振動位移傳感器，9.三向振動加速度傳感器，10.應(yīng)變片。

【具體實施方式】
[0019]如圖1所示，一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，它包括一實驗臺，該實驗臺包括驅(qū)動電機2、聯(lián)軸器A3、第一減速器4、第二減速器5、聯(lián)軸器B6、負(fù)載電機7、支座I ;所述的第一減速器4經(jīng)聯(lián)軸器A3與驅(qū)動電機2連接，第一減速器4與第二減速器5的連接軸軸線為135°，第二減速器5經(jīng)聯(lián)軸器B6與負(fù)載電機7連接，驅(qū)動電機2、聯(lián)軸器A3、第一減速器4、第二減速器5、聯(lián)軸器B6、負(fù)載電機7順序連接固定于支座I上。
[0020]參照附圖，本發(fā)明的安裝要求:第一減速器4包括一對相交軸線為135°的螺旋錐齒輪副C42，螺旋錐齒輪副C42的主、從動軸分別由雙列圓錐滾子軸承41懸臂支承，結(jié)構(gòu)簡單可靠，安裝方便；第二減速器5包括一對相交軸線為90°的螺旋錐齒輪副D52，螺旋錐齒輪副D52的主、從動軸分別由向心推力軸承51和向心滾子軸承53在齒輪軸向兩側(cè)支承，可有效保證齒輪運轉(zhuǎn)平穩(wěn)靈活；驅(qū)動電機2為連續(xù)可調(diào)變頻電機，調(diào)速范圍在0~4000r/min ;第一減速器4傳動比是1.25，第二減速器5傳動比是2.78 ;第一減速器4和第二減速器5中主、從動齒輪分別置換不同類型、不同損傷程度、不同工作位置的故障齒輪，所述故障類型為點蝕、剝落、裂紋、缺齒；第一減速器4和第二減速器5中的各種支承軸承分別置換不同類型、不同損傷程度、不同工作位置的故障軸承，所述故障類型為點蝕、剝落、磨損、裂紋、膠合；驅(qū)動電機2和負(fù)載電機7的安裝高度可調(diào)，可調(diào)范圍為0~5mm，以0.5mm為階梯，用于模擬轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)故障；還包括三向振動加速度傳感器9、振動位移傳感器8、應(yīng)變片10，所述的三向振動加速度傳感器9分別設(shè)置在雙列圓錐滾子軸承41、向心推力軸承51和向心滾子軸承53的軸承座上；振動位移傳感器8分別設(shè)置在驅(qū)動電機2輸出軸、第一減速器4和第二減速器5的連接軸、負(fù)載電機7輸入軸的兩側(cè)，呈90°分布；應(yīng)變片10分別設(shè)置在螺旋錐齒輪副C42、螺旋錐齒輪副D52的齒根部，以及驅(qū)動電機2輸出軸、第一減速器4和第二減速器5的連接軸、負(fù)載電機7輸入軸的軸上；三向振動加速度傳感器9、振動位移傳感器8、應(yīng)變片10經(jīng)數(shù)據(jù)采集器連接傳輸至計算機；實驗臺內(nèi)置了一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障仿真軟件，該軟件以實驗臺為原型建立虛擬樣機模型，可仿真損傷程度由小到大的不同故障類型和不同工作位置的齒輪、軸承、轉(zhuǎn)子故障，并提取位移、加速度、應(yīng)力仿真信號。
[0021]工作原理:
驅(qū)動電機2輸出的動力經(jīng)輸出軸、聯(lián)軸器A3傳遞給螺旋錐齒輪副C42的主動輪，螺旋錐齒輪副C42的從動輪帶動螺旋錐齒輪副D52，經(jīng)聯(lián)軸器B6輸出給負(fù)載電機，由負(fù)載電機消耗功率。
[0022]故障模擬實驗包括以下幾種: A.軸承的故障，類型有:雙列圓錐滾子軸承(41)、向心推力軸承(51)和向心滾子軸承
(53)軸承內(nèi)圈、外圈、滾動體的點蝕、剝落、磨損、裂紋、膠合故障；
B.齒輪的故障，類型有:螺旋錐齒輪的點蝕、剝落、磨損、裂紋、缺齒故障；
C.轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)故障；
D.調(diào)節(jié)驅(qū)動電機2與負(fù)載電機7的轉(zhuǎn)速與負(fù)載，模擬上述各種故障狀態(tài)在不同速度不同負(fù)載條件下的故障特征。
[0023]在實驗臺的使用中，其過程包含以下幾步:
a.故障件置換:根據(jù)要模擬的故障類型、損傷程度及工作位置，選擇對應(yīng)的故障件，替換原來的正常件，搭建故障實驗平臺；
b.信號采集:啟動驅(qū)動電機至合適轉(zhuǎn)速，根據(jù)齒輪、軸承、軸的結(jié)構(gòu)特征，選擇包含最大信息量的測點位置，進行加速度、位移、應(yīng)力信號采集；
c.信號分析:選擇合適的信號分析方法，并構(gòu)造合理的參數(shù)，提取齒輪、軸承、軸的加速度、位移、應(yīng)力信號特征，從而獲取能夠反映它們運行狀態(tài)；
d.狀態(tài)識別:根據(jù)提取的信號特征，尋求故障特征與故障狀態(tài)的映射關(guān)系，判斷其運行的狀態(tài)；
e.故障演化機理分析:利用實驗臺內(nèi)置的直升機尾傳動系統(tǒng)故障仿真軟件，通過損傷程度由淺到深的故障仿真，提取并分析仿真信號，揭示故障演化機理；
f.診斷分析:根據(jù)狀態(tài)識別的結(jié)果，結(jié)合故障演化機理，進一步分析齒輪、軸承、軸的故障部位、性質(zhì)、類型、原因和發(fā)展趨勢等；
g.診斷決策:根據(jù)齒輪、軸承、軸工況及發(fā)展趨勢做出決策，如調(diào)整、維修、控制或更換等。
[0024]實施例1雙列圓錐滾子軸承內(nèi)圈點蝕故障模擬。
[0025]將第一減速器主動輪支承雙列圓錐滾子軸承41置換為存在內(nèi)圈點蝕故障的故障軸承，啟動驅(qū)動電機2，設(shè)定輸入轉(zhuǎn)速為1800r/min，連接傳感器輸出線至B&K數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，B&K數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，通過網(wǎng)線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C數(shù)據(jù)采集軟件，得到振動加速度時間序列信號，其時域信號圖如圖6。
[0026]實施例2雙列圓錐滾子軸承外圈點蝕故障模擬
將第一減速器主動輪支承雙列圓錐滾子軸承41置換為存在外圈點蝕故障的故障軸承，啟動驅(qū)動電機2，設(shè)定輸入轉(zhuǎn)速為1800r/min，連接傳感器輸出線至B&K數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，B&K數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，通過網(wǎng)線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C數(shù)據(jù)采集軟件，得到振動加速度時間序列信號，其時域信號圖如圖7。
[0027]實施例3雙列圓錐滾子軸承滾子點蝕故障模擬
將第一減速器4主動輪支承雙列圓錐滾子軸承41置換為存在滾子點蝕故障的故障軸承，啟動驅(qū)動電機2，設(shè)定輸入轉(zhuǎn)速為1800r/min，連接傳感器輸出線至B&K數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，B&K數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后，通過網(wǎng)線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C數(shù)據(jù)采集軟件，得到振動加速度時間序列信號，其時域信號圖如圖8。
[0028]實施例4螺旋錐齒輪點蝕故障軟件仿真
以實驗臺為原型，構(gòu)建實驗臺Catia三維模型，導(dǎo)入Adams，在模型中第一減速器4的主動螺旋錐齒輪上植入點蝕故障，設(shè)置接觸參數(shù)，設(shè)置仿真條件:驅(qū)動轉(zhuǎn)速設(shè)置為STEP(time，O，O，0.2，10800d)，模擬輸入轉(zhuǎn)速為1800r/min的運行狀態(tài)，時間為ls，步數(shù)為20000。0.2s穩(wěn)定后的時域仿真信號圖，見圖9。
【權(quán)利要求】
1.一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，其特征在于它包括一實驗臺，該實驗臺包括驅(qū)動電機(2)、聯(lián)軸器八(3)、第一減速器(4)、第二減速器(5)、聯(lián)軸器8(6)、負(fù)載電機(7)、支座(1)；所述的第一減速器(4)經(jīng)聯(lián)軸器八(3)與驅(qū)動電機(2)連接，第一減速器(4)與第二減速器(5)的連接軸軸線為135°，第二減速器(5)經(jīng)聯(lián)軸器8(6)與負(fù)載電機(7)連接，驅(qū)動電機(2^聯(lián)軸器八(3^第一減速器(幻、第二減速器巧)、聯(lián)軸器8?)、負(fù)載電機(7)順序連接固定于支座(1)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，其特征在于第一減速器(4)包括一對相交軸線為135°的螺旋錐齒輪副(:(42),螺旋錐齒輪副(:(42)的主、從動軸分別由雙列圓錐滾子軸承(41)懸臂支承。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，其特征在于第二減速器(5)包括一對相交軸線為90。的螺旋錐齒輪副0 (52)，螺旋錐齒輪副0 (52)的主、從動軸分別由向心推力軸承(51)和向心滾子軸承(53)在齒輪軸向兩側(cè)支承。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，其特征在于驅(qū)動電機(2)為連續(xù)可調(diào)變頻電機，調(diào)速范圍在0~400017111111。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，其特征在于第一減速器(4)傳動比是1.25，第二減速器(5)傳動比是2.78。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，其特征在于第一減速器(4)和第二減速器(5)中主、從動齒輪分別置換不同類型、不同損傷程度、不同工作位置的故障齒輪，所述故障類型為點蝕、剝落、裂紋、缺齒。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，其特征在于第一減速器(4)和第二減速器(5)中的各種支承軸承分別置換不同類型、不同損傷程度、不同工作位置的故障軸承，所述故障類型為點蝕、剝落、磨損、裂紋、膠合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，其特征在于驅(qū)動電機(2)和負(fù)載電機(7)的安裝高度可調(diào)，用于模擬轉(zhuǎn)子偏轉(zhuǎn)故障。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，其特征在于還包括三向振動加速度傳感器(9)、振動位移傳感器(8)、應(yīng)變片(10),所述的三向振動加速度傳感器(9)分別設(shè)置在雙列圓錐滾子軸承(41)、向心推力軸承(51)和向心滾子軸承(53)的軸承座上；振動位移傳感器(8)分別設(shè)置在驅(qū)動電機(2)輸出軸、第一減速器(4)和第二減速器⑶的連接軸、負(fù)載電機⑵輸入軸的兩側(cè)，呈90。分布；應(yīng)變片(10)分別設(shè)置在螺旋錐齒輪副(:(42)、螺旋錐齒輪副0(52)的齒根部，以及驅(qū)動電機(2)輸出軸、第一減速器(4)和第二減速器(5)的連接軸、負(fù)載電機⑵輸入軸的軸上；三向振動加速度傳感器(9)、振動位移傳感器(8)、應(yīng)變片(10)經(jīng)數(shù)據(jù)采集器連接傳輸至計算機。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障模擬實驗裝置，其特征在于實驗臺內(nèi)置了一種直升機尾傳動系統(tǒng)故障仿真軟件，該軟件以實驗臺為原型建立虛擬樣機模型，可仿真損傷程度由小到大的不同故障類型和不同工作位置的齒輪、軸承、轉(zhuǎn)子故障，并提取位移、加速度、應(yīng)力仿真信號。
【文檔編號】G01M13/02GK104502093SQ201410787493
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月19日
【發(fā)明者】蔣玲莉, 華登榮, 唐思文, 李學(xué)軍, 陳安華, 黃良沛 申請人:湖南科技大學(xué)