CN104502094A - 一种直升机主传动系统故障模拟装置 - Google Patents

一种直升机主传动系统故障模拟装置 Download PDF

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一种直升机主传动系统故障模拟装置,它包括一实验装置,该实验装置包括变频电机、联轴器A、第一级减速器、联轴器B、第二级减速器、联轴器C、制动器、支座;所述的变频电机经联轴器A与第一级减速器水平连接,第二级减速器经联轴器B与第一级减速器竖直连接;制动器经联轴器C与第二级减速器连接;变频电机、第一级减速器、第二级减速器和制动器顺序固定于支座上的技术方案;能用于模拟直升机主传动系统锥齿轮、行星轮、太阳轮、轴承的单独或者复合故障,为直升机主传动系统的状态监测和故障诊断提供理论依据和技术指导;广泛适应于直升机主传动系统故障模拟实验的配套使用。

Description

-种直升机主传动系统故障模拟装置
技术领域
[0001] 本发明涉及机械传动系统故障模拟实验技术领域,具体涉及一种直升机主传动系 统故障模拟装置。
背景技术
[0002] 主传动系统是直升机传动系统的核也部件,它将一台或者多台发动机的扭转力矩 汇总,按一定比例传给旋翼、主奖及其他部件;主传动系统的结构复杂、尺寸大、重量大,他 的运行状态关系的直升机的安全性和可靠性;直升机主传动系统的各种原因引起的故障占 传动系统故障的50% W上;因此,研究直升机主传动系统的状态监测和故障诊断方法对直 升机的安全可靠飞行具有重要的意义。
发明内容
[0003] 针对上述情况,本发明的目的在于提供一种直升机主传动系统故障模拟装置,能 用于模拟直升机主传动系统锥齿轮、行星轮、太阳轮、轴承的单独或者复合故障,为直升机 主传动系统的状态监测和故障诊断提供理论依据和技术指导,保证了直升机的安全可靠飞 行,且结构简单,操作方便,易于普及推广。
[0004] 为达到上述目的,一种直升机主传动系统故障模拟装置,它包括一实验装置,该实 验装置包括变频电机、联轴器A、第一级减速器、联轴器B、第二级减速器、联轴器C、制动器、 支座;所述的变频电机1经联轴器A与第一级减速器水平连接,第二级减速器经联轴器B 与第一级减速器竖直连接;制动器经联轴器C与第二级减速器连接;变频电机、第一级减速 器、第二级减速器和制动器顺序固定于支座上。
[0005] 为实现结构、效果优化,其进一步措施;第一级减速器(3)包括一对相交轴线为 90°的螺旋锥齿轮副,螺旋锥齿轮副的主、从动轴分别由圆柱滚动轴承D息臂支撑,第二级 减速器的太阳轮由圆柱滚动轴承E息臂支撑,行星轮经滚针轴承连接在圆盘行星架上,圆 盘行星架经角接触轴承支撑。
[0006] 第二级减速器的内齿圈固定,太阳轮输入,圆盘行星架输出。
[0007] 变频电机的输入转速在0〜6000r/min范围内连续可调,制动器的扭矩在0〜 8 X 105Nm化围内可调。
[0008] 第一级减速器的传动比为4. 76,第二级减速器的传动比为4. 65。
[0009] 第一级减速器中的螺旋锥齿轮和第二级减速器中的太阳轮、行星轮分别置换不同 类型、不同损伤程度、不同工作位置的故障齿轮,所述故障类型为点蚀、磨损、断齿、裂纹、胶 合。
[0010] 第一级减速器中的圆柱滚动轴承D和第二级减速器中的圆柱滚动轴承E、滚针轴 承、角接触轴承分别置换不同类型、不同损伤程度、不同工作位置的故障齿轮,所述故障类 型为点蚀、磨损、断齿、裂纹、胶合。
[0011] 变频电机高度可调W及制动器的位置可调,用于模拟轴偏置故障。
[0012] 还包括振动加速度传感器、振动位移传感器、应变片,布置于实验台轴承或齿轮 上,振动加速传感器、振动位移传感器、应变片经数据采集器连接传输至计算机。
[0013] 实验装置内置了一种直升机主传动系统故障仿真软件,可仿真主传动系统各种不 同类型故障。
[0014] 本发明一种直升机主传动系统故障模拟装置,它包括一实验装置,该实验装置包 括变频电机、联轴器A、第一级减速器、联轴器B、第二级减速器、联轴器C、制动器、支座;所 述的变频电机经联轴器A与第一级减速器水平连接,第二级减速器经联轴器B与第一级减 速器竖直连接;制动器经联轴器C与第二级减速器连接;变频电机、第一级减速器、第二级 减速器和制动器顺序固定于支座上的技术方案;能用于模拟直升机主传动系统锥齿轮、行 星轮、太阳轮、轴承的单独或者复合故障,为直升机主传动系统的状态监测和故障诊断提供 理论依据和技术指导。
[001引本发明的优点是: i. 本发明中的第二级减速器行星轮系采用水平结构,与实际直升机主传动系统的结构 相一致,模拟实验更加符合实际情况; ii. 本发明利用一对螺旋锥齿轮与行星轮系模拟直升机主传动系统结构,是对典型实 际主传动系统结构的简化,却可模拟主传动系统典型故障状态,相对简单而又全面; iii. 第一减速器和第二减速器分置,易于研究直升机主传动系统不同安装位置的轴 承、齿轮典型故障特点与损伤机理,便于识别各自或复合故障; iv. -级减速器主、从动轴采用息臂支撑,结构简单可靠,安装方便; V.通过连续控制驱动电机0〜6000 r/min的输出转速可W模拟直升机主传动系统的变 速运行状态,用于研究在变转速下,直升机主传动系统状态监测方法和故障演化机理; Vi.通过加速度传感器、位移传感器、应变片的布置,用于不同运行状态下的多参量测 量,便于更全面的直升机主传动系统状态监测与故障诊断方法研究; vii.通过内置一种直升机主传动系统故障仿真软件,方便损伤程度由小到大的不同故 障类型和故障位置的单一或复合故障的模拟仿真,并提取位移、加速度、应力仿真信号,扩 展物理实验台的功能。便于更深入、全面的直升机主传动系统状态监测与故障诊断方法研 究。
[0016] 本发明广泛适应于直升机主传动系统故障模拟实验的配套使用。
[0017] 下面结合附图,对本发明作进一步详细说明。
附图说明
[0018] 图1为本发明的结构示意图。
[0019] 图2为本发明的外形图。
[0020] 图3为本发明一级减速器的剖视图。
[0021] 图4为本发明二级减速器的剖视图。
[0022] 图5为本发明的振动加速度传感器和振动位移传感器的布置图。
[0023] 图6为本发明齿轮的应变片的布置图。
[0024] 图中:1 .变频电机,2.联轴器A,3.第一级减速器,4.联轴器B,5.第二级减速 器,6.联轴器C,7.制动器,8.支座,9.振动位移传感器,10.振动加速度传感器,11.应变 片,31.圆柱滚动轴承D,51.圆柱滚动轴承E,52.太阳轮,53.内齿圈,54.圆盘行星架,55. 角接触轴承,56.滚针轴承,57.行星轮。
[00巧]具体的实施方式 如图1所示;一种直升机主传动系统故障模拟装置,其特征在于它包括一实验装置,该 实验装置包括:变频电机1、联轴器A2、第一级减速器3、联轴器B4、第二级减速器5、联轴器 C6、制动器7、支座8;所述的变频电机1经联轴器A2与第一级减速器3水平连接,第二级 减速器5经联轴器B4与第一级减速器3竖直连接;制动器7经联轴器C6与第二级减速器 5连接。变频电机1、第一级减速器3、第二级减速器5和制动器7顺序固定于支座8上。
[0026] 参照附图,其安装要求为;第一级减速器3包括一对相交轴线为90°的螺旋锥齿 轮副,螺旋锥齿轮副的主、从动轴分别由圆柱滚动轴承D31息臂支撑,第二级减速器5的太 阳轮52由圆柱滚动轴承E51息臂支撑,行星轮57经滚针轴承56连接在圆盘行星架54上, 圆盘行星架54经角接触轴承55支撑,该结构简单可靠,安装方便;第二级减速器5的内齿 圈53固定,太阳轮52输入,圆盘行星架54输出;变频电机1的输入转速在0〜6000r/min 范围内连续可调,制动器7的扭矩在0〜8X 105Nm范围内可调;于第一级减速器3的传动 比为4. 76,第二级减速器5的传动比为4. 65 ;第一级减速器3中的螺旋锥齿轮和第二级减 速器5中的太阳轮52、行星轮57分别置换不同类型、不同损伤程度、不同工作位置的故障齿 轮,所述故障类型为点蚀、磨损、断齿、裂纹、胶合;第一级减速器3中的圆柱滚动轴承D31和 第二级减速器5中的圆柱滚动轴承E51、滚针轴承56、角接触轴承55分别置换不同类型、不 同损伤程度、不同工作位置的故障齿轮,所述故障类型为点蚀、磨损、断齿、裂纹、胶合;变频 电机1高度可调W及制动器7的位置可调,用于模拟轴偏置故障;本发明还包括振动加速度 传感器10、振动位移传感器9、应变片11,布置于实验台轴承或齿轮上,振动加速传感器10、 振动位移传感器9、应变片11经数据采集器连接传输至计算机;实验装置内置了一种直升 机主传动系统故障仿真软件,可仿真主传动系统各种不同类型故障。
[0027] 结合附图,本发明的安装步骤如下: a) 先把二级减速器5箱体沿着支座8的滑轨滑进去,然后通过螺丝固定; b) 把制动器7固定在支座8上,轴保持在竖直方向,套上联轴器C6 ; C)把行星轮系组装在二级减速器5箱体内,在太阳轮轴上套上联轴器B4 ; d) 把锥齿轮对组装在一级减速器3的箱体内; e) 把一级减速器3固定在支座8上; f) 通过联轴器A2连接变频电机1。
[0028] 本发明的故障模拟实验包括W下几种: A. 轴承的故障,类型有;圆柱滚动轴承D (31)、圆柱滚动轴承E (51)、滚针轴承(56)、 角接触轴承(55)的内圈、外圈、滚动体的点蚀、剥落、磨损、裂纹、胶合故障; B. 齿轮的故障,类型有;螺旋锥齿轮、太阳轮52、行星轮57的点蚀、剥落、磨损、裂纹、缺 齿故障; C. 转子偏转故障; D. 调节变频电机1的转速与制动器7的扭矩,模拟上述各种故障状态在不同速度不同 负载条件下的故障特征。
[0029] 在实验台的使用中,其过程包含W下几步: a. 故障件换置;根据要模拟的故障类型、损伤程度及工作位置,选择对应的故障件,替 换原来的正常件,搭建故障实验平台; b. 信号采集;启动驱动电机至合适转速,根据齿轮、轴承、轴的结构特征,选择包含最 大信息量的测点位置,进行加速度、位移、应力信号采集; C.信号分析;选择合适的信号分析方法,并构造合理的参数,提取齿轮、轴承、轴的加 速度、位移、应力信号特征; d. 状态识别;根据提取的信号特征,寻求故障特征与故障状态的映射关系,判断其运 行的状态; e. 故障演化机理分析;利用实验台内置的直升机尾传动系统故障仿真软件,通过损伤 程度由浅到深的故障仿真,提取并分析仿真信号,掲示故障演化机理; f. 诊断分析;根据状态识别的结果,结合故障演化机理,进一步分析齿轮、轴承、轴的 故障部位、性质、类型、原因和发展趋势等; g. 诊断决策:根据齿轮、轴承、轴工况及发展趋势做出决策,如调整、维修、控制或更换 等。
[0030] 实施例圆柱滚动轴承故障模拟 将第一减速器主动轮支撑圆柱滚动轴承D (31)分别置换为存在内圈点蚀故障、外圈点 蚀故障、滚珠点蚀故障的故障轴承,启动驱动变频电机1,设定输入转圆柱滚动轴承D (31) 速为1800r/min,采集该轴承座振动加速信号,获取一系列样本信号,提取其时域统计特征 量,对正常轴承、内圈故障、外圈故障、滚珠故障的时域统计特征进行对比分析,见表,发现 故障特征与故障类型间存在映射关系。
Figure CN104502094AD00061
Figure CN104502094AD00062

Claims (10)

1. 一种直升机主传动系统故障模拟装置,其特征在于它包括一实验装置,该实验装置 包括变频电机(1)、联轴器A (2)、第一级减速器(3)、联轴器B (4)、第二级减速器(5)、联轴 器C (6)、制动器(7)、支座(8);所述的变频电机(1)经联轴器A (2)与第一级减速器(3)水 平连接,第二级减速器(5)经联轴器B (4)与第一级减速器(3)坚直连接;制动器(7)经联 轴器C (6)与第二级减速器(5)连接;变频电机(1)、第一级减速器(3)、第二级减速器(5) 和制动器(7)顺序固定于支座(8)上。
2. 根据权利要求1所述的一种直升机主传动系统故障模拟装置,其特征在于第一级减 速器(3)包括一对相交轴线为90°的螺旋锥齿轮副,螺旋锥齿轮副的主、从动轴分别由圆 柱滚动轴承D (31)悬臂支撑。
3. 根据权利要求1所述的一种直升机主传动系统故障模拟装置,其特征在于第二级减 速器(5)的太阳轮(52)由圆柱滚动轴承E (51)悬臂支撑,行星轮(57)经滚针轴承(56)连 接在圆盘行星架(54)上,圆盘行星架(54)经角接触轴承(55)支撑;内齿圈(53)固定,太阳 轮(52)输入,圆盘行星架(54)输出。
4. 根据权利要求1所述的一种直升机主传动系统故障模拟装置,其特征在于变频电机 (1)的输入转速在〇〜6000r/min范围内连续可调,制动器(7)的扭矩在0〜8X105Nm范 围内可调。
5. 根据权利要求1所述的一种直升机主传动系统故障模拟装置,其特征在于第一级减 速器(3)的传动比为4. 76,第二级减速器(5)的传动比为4. 65。
6. 根据权利要求1所述的一种直升机主传动系统故障模拟装置,其特征在于第一级减 速器(3)中的螺旋锥齿轮和第二级减速器(5)中的太阳轮(52)、行星轮(57)分别置换不同 类型、不同损伤程度、不同工作位置的故障齿轮,所述故障类型为点蚀、磨损、断齿、裂纹、胶 合。
7. 根据权利要求1所述的一种直升机主传动系统故障模拟装置,其特征在于第一级减 速器(3)中的圆柱滚动轴承D (31)和第二级减速器(5)中的圆柱滚动轴承E (51)、滚针轴 承(56)、角接触轴承(55)分别置换不同类型、不同损伤程度、不同工作位置的故障齿轮,所 述故障类型为点蚀、磨损、断齿、裂纹、胶合。
8. 根据权利要求1所述的一种直升机主传动系统故障模拟装置,其特征在于变频电机 (1)高度可调以及制动器(7)的位置可调,用于模拟轴偏置故障。
9. 根据权利要求1所述的一种直升机主传动系统故障模拟装置,其特征在于还包括振 动加速度传感器(10)、振动位移传感器(9)、应变片(11),布置于实验台轴承或齿轮上,振 动加速传感器(10 )、振动位移传感器(9 )、应变片(11)经数据采集器连接传输至计算机。
10. 根据权利要求1所述的一种直升机主传动系统故障模拟装置,其特征在于实验装 置内置了一种直升机主传动系统故障仿真软件,可仿真主传动系统各种不同类型故障。
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