CN105651515A - 航空发动机中介轴承故障检测方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

一种航空发动机中介轴承故障检测方法及检测装置。所述检测装置中的低压转子和高压转子安装在三个支撑架之间。在分别靠近电动机一端的低压转子的转子轴和高压转子的转子轴上均贴有反光纸贴。通过两个光电传感器采集转速脉冲信号，通过一个电涡流式位移传感器采集中介轴承的振动信号。通过确定故障特征倍频、采集转速脉冲信号和原始时域振动信号、获得中介轴承转差域的零相位位置、计算转速—时间函数、将原始时域信号转换为转角域振动信号，以及使用包络谱检测轴承故障，能够较好地解决变转速工况下轴承故障特征频率在频谱上漂移、尖峰度不好的问题。

Description

航空发动机中介轴承故障检测方法及检测装置

技术领域

本发明涉及航空发动机故障诊断领域，具体是一种检测变转速工况下航空发动机中介轴承故障的方法。

背景技术

现代航空发动机一般为双转子结构。为了减轻重量，简化结构，通常用中介轴承作为高压转子的后支承，即高压转子的后支点通过中介轴承支承在低压轴上。中介轴承的外环安装在高压转子上，内环安装在低压转子上；或者外环安装在低压转子上，内环安装在高压转子上，故称中介轴承。中介轴承的外环与内环同时旋转，分为内环与外环反向旋转与同向旋转两种模式。中介轴承有着转速高，温度高，动载荷大，润滑条件较差的特点，易于出现故障，且在故障产生初期难于诊断。一旦出现故障，可能会造成严重的事故。因此，对航空发动机中介轴承的故障检测非常重要。但由于中介轴承的内、外环转速始终处在变化之中，故障特征信息难于检测，往往很难或根本无法判定轴承的故障。

目前国内外对航空发动机轴承故障检测的方法大多集中于三个方向：1.普通轴承定转速整周期分析检测方法；2.普通轴承变转速分析检测方法；3.中介轴承定转速整周期分析检测方法。其中1、2两种方法不适用于中介轴承的故障检测。而第3种方法在变转速工况下对中介轴承进行故障诊断时，会出现故障特征频率混叠和漂移，频谱尖峰度差的问题，难于诊断中介轴承的故障。

专利公开号为102788695A的发明公开了一种滚动轴承磨损的识别方法，主要方式是对瞬时振动信号作短时傅里叶变换来识别轴承磨损情况与故障情况。但该方法仅适用于外环固定、内环旋转的常规轴承，对中介轴承不适用。另外，该方法所用的分析数据为短时样本，在对轴承故障诊断时具有较大的随机性，不如长时大样本取得的分析数据准确。

专利公开号为103018043A的发明公开了一种变转速轴承故障诊断方法，引入了将振动信号从时域向转角域转换的分析方法，但该发明不适用于中介轴承的故障诊断。

发明内容

为克服现有技术中存在的不适用于中介轴承的故障诊断的不足，本发明提出了一种航空发动机中介轴承故障检测方法及检测装置。

本发明提出的检测航空发动机中介轴承故障的具体过程是：

第一步：确定故障特征倍频。

故障特征倍频是指轴承的故障特征频率与轴承的内环和轴承的外环之间的相对转动频率之比。

通过公式(1)确定中介轴承外环局部故障特征倍频F_e

$F_e=\frac{1}{2}(1-\frac{dcos\mathrm{\α}}{D_m})z---\left(1\right)$

通过公式(2)确定中介轴承滚动体局部故障特征倍频F₀

$F_0=\frac{D_m}{d}(1-\frac{d^2}{{D_m}^2}{\cos }^2\mathrm{\α})---\left(2\right)$

通过公式(3)确定中介轴承内环局部故障特征倍频F_i

$F_i=\frac{1}{2}(1+\frac{dcos\mathrm{\α}}{D_m})z---\left(3\right)$

公式中：

d是轴承滚动体的直径。

α是接触角，指轴承的某个滚动体与轴承内环和外环接触平面和轴承径向平面之间的夹角。

D_m是轴承的滚动体中心圆直径，角标m意为中间，middle。

z是轴承的滚动体个数。

第二步：采集转速脉冲信号和原始时域振动信号。所述转速脉冲信号与原始时域振动信号的采集在时间上是同时进行的。

所述的采集转速脉冲信号包括采集中介轴承外环转速脉冲信号T_e和中介轴承内环转速脉冲信号T_i。

通过光电传感器与粘贴在转子转轴上的反光纸的配合，采集中介轴承所连接的高压转子的转速脉冲信号和低压转子的转速脉冲信号；转速脉冲信号的采集方式是：两个光电传感器分别将所述高压转子和低压转子转动的物理状态转换为两路电信号传送给数据采集系统，用户通过软件设定数据采集系统的采样频率F_c，数据采集系统能以该采样频率F_c将接收的高压转子转动的电信号和低压转子转动的电信号分别转换为两组能够被计算机识别的数组形式的数据，再通过USB数据线传送给计算机，供计算机进行处理和存储。

在高压转子轴上采集的转速脉冲信号就是中介轴承外环的转速脉冲信号T_e；同样，在低压转子轴上采集的转速脉冲信号就是中介轴承内环的转速脉冲信号T_i。

通过将电涡流传感器对准鼓筒形轴承座，采集中介轴承的原始时域振动信号。

原始时域振动信号的采集方式是：电涡流式位移传感器将振动信号转换为模拟电信号，用户对数据采集系统进行设置使其以采样频率F_c对上述模拟电信号进行采样，采样后的信号为原始时域振动信号V。中介轴承外环的转速脉冲信号T_e、中介轴承内环的转速脉冲信号T_i和原始时域振动信号V三组信号为同时采集，采样到的样本点数相同，所述三组信号的样本点的序数在时间上是一一对应的。T_e、T_i和V三个信号的样本数分别为n_e、n_i和n_V，且n_e＝n_i＝n_V。

T_e是中介轴承外环转速脉冲信号；

T_i是中介轴承内环转速脉冲信号；

V是采集到的原始时域振动信号；

n_e是中介轴承外环转速脉冲信号的样本数；

n_i是中介轴承内环转速脉冲信号的样本数；

n_V是中介轴承振动信号的样本数。

第三步：通过两路转速脉冲信号获得中介轴承转差域的零相位位置：

具体是：

首先，找到该中介轴承的内环转速脉冲信号T_i和中介轴承的外环转速脉冲信号T_e的所有上升沿，获取到的上升沿位置就是该中介轴承的内环和外环各自相应的零相位点；所述上升沿即脉冲信号或方波信号从低电平跳跃至高电平的位置。内环转速脉冲信号T_i中两个相邻的零相位点代表内环从零相位点开始转动一周达到下一个转动周期的零相位点，转角为2π。同样，外环转速脉冲信号T_e中两个相邻的零相位点也代表外环转动一周。

确定该中介轴承内环的转动角度信号T_iθ和该中介轴承外环的转动角度信号T_eθ。所述的T_iθ与T_eθ的信号样本在时间上分别与两个转速脉冲信号T_i和T_e一一对应且样本数相同。具体方法是，对于该中介轴承的内环转速脉冲信号T_i中的某一个转动周期，将2π除以该转动周期包含的样本数，并将该值赋给该中介轴承内环的转动角度信号T_iθ中该转动周期的每一个样本点上，相当于将一周的转角2π平均分配在该周期每一个样本点上，并对该中介轴承内环的所有转动周期都作同样的操作，则得到该中介轴承内环转动角度信号T_iθ。该中介轴承外环的转动角度信号T_eθ获取方法同所述中介轴承内环的获得方法。使用上述方法获得该中介轴承外环每个转动周期其T_eθ对应的数值，则得到外环的转动角度信号T_eθ。

确定中介轴承转差域的转动角度信号T_rθ。T_rθ的信号样本与所述两个转动角度信号T_i和T_e在时间上一一对应且样本数相同。若该中介轴承的内环和外环的转动方向相反，称为对转，中介轴承转差域的转动角度信号T_rθ的每一个样本值为T_iθ与T_eθ相应的样本值之和，即T_rθ(k)＝T_iθ(k)+T_eθ(k)；若该中介轴承的内环和外环的转动方向相同，称为同转，中介轴承转差域的转动角度信号T_rθ的每一个样本值为T_iθ与T_eθ相应的样本值之差的绝对值，即T_rθ(k)＝|T_iθ(k)-T_eθ(k)|。得到中介轴承在转差域的转动角度信号T_rθ。

确定中介轴承转差域的零相位位置。将中介轴承在转差域的转动角度信号T_rθ从信号起始位开始将该转动角度信号的各值逐个叠加，当叠加的数值第一次超过2π时，表明中介轴承在转差域转动一周，超过2π的样本视为零相位点。同理，第一次超过4π时，转动两周。第一次超过6π时，转动三周，以此类推。将转差域每一周的初始零相位点记录下来，即获得中介轴承转差域的零相位位置。

确定中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r。新建一个与内环转速脉冲信号T_i和外环转速脉冲信号T_e样本数相同，且各个样本在时间上一一对应的中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r。将T_r中中介轴承转差域的零相位位置的样本值置为1，将其余位置全部置零，则得到中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r。

第四步：通过转速脉冲信号计算转速—时间函数

通过公式(4)得出当前中介轴承在转差域的旋转频率F_Ω及转速Ω。

$\mathrm{\Ω}=2\mathrm{\π}*F_{\mathrm{\Ω}}=2\mathrm{\π}*\frac{1}{\mathrm{\τ}}=2\mathrm{\π}*\frac{F_c}{\mathrm{\Δ}n}---\left(4\right)$

首先，将中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r通过式(4)对每一旋转周期的转速Ω进行计算，并将速度值赋给当前周期转速脉冲信号的起始零相位位置，两个零相位之间的样本值仍保持为零，即得到中介轴承转差域转速与时间的离散函数。再将该离散函数进行一阶插值运算，即该离散函数中相邻两点用线段相连，即得到中介轴承转差域连续的转速—时间函数Ω(t)。

τ是中介轴承在转差域某个旋转周期对应的时间长度。

F_Ω是中介轴承在转差域某个旋转周期对应的平均旋转频率。

Ω(t)是中介轴承在转差域的转速—时间的函数。

第五步：将原始时域信号转换为转角域振动信号

由第四步得出的Ω(t)，根据转动角度θ(t)为Ω(t)对时间t的积分，得θ(t)：

$\mathrm{\θ}\left(x\right)=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{\Ω}\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}---\left(5\right)$

Ω(t)为一阶插值的匀加速转速模型，即相邻两点相连，假设两点位置为t_k和t_k+1，相应的值为U_k和U_k+1，则相应的转角-时间函数为：

$\mathrm{\Ω}\left(t\right)=\frac{U_{k+1}-U_k}{t_{k+1}-t_k}*t+U_k---\left(6\right)$

$\mathrm{\θ}\left(t\right)=\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}*t^2+U_{k}t+{\mathrm{\θ}}_0---\left(7\right)$

由于在每一转的开始设定为零相位，则公式7可化为：

$\mathrm{\θ}\left(t\right)=\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}*t^2+U_{k}t---\left(8\right)$

求取θ(t)的反函数t(θ)：

$\begin{array}{c}t\left(\mathrm{\θ}\right)=\sqrt{\frac{4\mathrm{\θ}\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}+{U_k}^2}{4{\left(\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}\right)}^2}}-\frac{U_k}{2\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}}\\ =\sqrt{\frac{2\mathrm{\θ}(U_{k+1}-U_k)(t_{k+1}-t_k)+U_k{(t_{k+1}-t_k)}^2}{{(U_{k+1}-U_k)}^2}}-\frac{U_k(t_{k+1}-t_k)}{U_{k+1}-U_k}\end{array}---\left(9\right)$

若每个转动周期需要n_s个样本，则各个需要的转角域样本公式(10)取得：

U_θ(k*Δθ)＝U_t(t(k*Δθ))(10)

其中，

公式中，以U_θ(θ)表示转角域样本，以U_t(t)表示时域样本。

对原始的时域离散振动信号进行二阶拉格朗日插值，找到t(k*Δθ)位置在插值函数上的值，以此值作为转角域相应样本的值。

采用在时域信号确定连续的三个点t_k、t_k+1、t_k+2，其值分别为U_k、U_k+1、U_k+2，即两个转动周期的时域样本，并对其进行二阶拉格朗日插值的方法获得连续的时域信号函数：

$\begin{array}{c}L\left(t\right)=U_k\frac{(t-t_{k+1})(t-t_{k+2})}{(t_k-t_{k+1})(t_k-t_{k+2})}+\\ U_{k+1}\frac{(t-t_k)(t-t_{k+2})}{(t_{k+1}-t_k)(t_{k+1}-t_{k+2})}+\\ U_{k+2}\frac{(t-t_k)(t-t_{k+1})}{(t_{k+2}-t_k)(t_{k+2}-t_{k+1})}\end{array}---\left(11\right)$

由公式(11)获得t(k*Δθ)在振动信号中相应的值。

假设原始时域中介轴承振动信号在转差域共有N_c个转差周期，重采样后每周期转角域振动信号有n_s个样本点，则重采样后的转角域转速脉冲信号共有N_c*n_s个样本点，按照上述方法，将所述N_c*n_s个样本点的值全部求出，并所述N_c*n_s个样本点的值依次赋给长度为N_c*n_s的转差-转角域振动信号V_r。即得到了重采样后的转差-转角域振动信号。

θ(t)是中介轴承在转差域的转动角度对时间的函数。

t(θ)是θ(t)的反函数，即时间对中介轴承在转差域的转动角度的函数。

N_c是某个信号内中介轴承在转差域的转动周期数。

V_r是转换后转差-转角域振动信号。

第六步：使用包络谱检测轴承故障

求出上一步得出的转差-转角域振动信号V_r的包络信号，以消除振动信号中不重要的高阶分量，凸显较为重要的低阶的轴承特征故障分量，并对该包络信号求解功率谱，以此分析轴承故障情况。

本发明提出的用于所述航空发动机中介轴承故障检测方法的装置包括两个反光纸、两个光电传感器、电涡流式位移传感器、低压转子、高压转子、试验台、数据采集系统、计算机、电动机和三个支撑架。两个电动机分别固定在试验台的上表面。低压转子和高压转子安装在三个支撑架之间。一个反光纸贴在低压转子的转子轴靠近电动机一端的圆周表面，另一个反光纸贴在高压转子的转子轴靠近另一台电动机一端的圆周表面。将一个光电传感器置于高压转子的转子轴旁，并使该光电传感器的探头对准粘贴在该高压转子的转子轴表面的反光纸；将另一个光电传感器置于低压转子的转子轴旁，并使该光电传感器的探头对准粘贴在该低压转子的转子轴表面的反光纸。

一个电涡流式位移传感器置于鼓筒形轴承座旁，沿鼓筒形轴承座外表面的圆周表面法线方向对准鼓筒形轴承座外表面，用于采集中介轴承的振动信号；所述两个光电传感器和电涡流式位移传感器分别与数据采集系统通过数据线连接；所述数据采集系统与计算机通过USB数据线连接。

所述支撑架包括第一支撑架、第二支撑架及第三支撑架；各支撑架均由钢制轴承座和一个球轴承组成，球轴承外环安装于轴承座内，上述三个支撑架上球轴承的内环分别安装在转子轴相应位置上，用于支撑高压转子和低压转子。

低压转子位于第一支撑架与第二支撑架之间，并使该低压转子的转子轴的一端与一台电动机连接，另一端装有中介轴承的内环；所述低压转子的转子轴通过轴承支撑在于第一支撑架与第二支撑架上。高压转子位于被测试的中介轴承与第三支撑架之间，并且该高压转子的高压转子轴的一端安装有一鼓筒形轴承座，中介轴承的外环以过盈配合的安装方式安装在该鼓筒形轴承座中；该高压转子的另一端与另一台电动机连接。

本发明使用如图1所示的实验装置对内环损坏的中介轴承进行了模拟实验：将一内环滚道有一处划伤的中介轴承安装在如图1所示实验装置上，开启两台电动机，并分别控制两台电动机反向在3000～6000rpm的转速内变速转动，从而分别带动实验装置的低压转子和高压转子同各自所连接电机的转速转动。在转子转动过程中使用数据采集系统与计算机对中介轴承处的振动信号进行采集，并对采集到的振动信号使用本发明的故障检测方法进行分析。

实验装置的轴承内环滚道上有一处划伤。根据实验轴承的尺寸参数，通过公式3计算出实验轴承的内环特征倍频应为4.38。图7展示了使用本发明所述方法后求包络谱与直接对原始振动信号求包络谱的结果对比。其中图7a为对变转速时域信号直接求得的包络谱；图7b为通过本发明所述方法求得的包络谱。图7b中，内环故障特征倍频在包络谱上的理论位置10标明了内环故障特征倍频的位置。标记11处为传统定转速分析方法的故障倍频分量，很明显该分量不仅向右偏移了将近20％，且整体呈现为一个频带，尖峰度很差，且其故障特征倍频的高次谐波更是无法辨识。标记12处为本发明所述分析方法的故障倍频分量，由于本发明所述分析方法为转差-转角域，使工作在变转速下的中介轴承故障特征信号在该域拥有良好的周期性，对比标记11处与标记12处，可见曲线12处的尖峰与曲线10的理论值几乎重合，基本没有频谱偏移的现象，尖峰度较好，且各阶高次谐波与理论分析值重合度均较高，能够很好表现出轴承内环的故障特征。综上所述，本发明所述方法能够较好地解决变转速工况下轴承故障特征频率在频谱上漂移、尖峰度不好的问题。

附图说明

附图1为中介轴承故障检测系统的结构示意图。

附图2为中介轴承的内环和外环转速脉冲信号转换为转动角度信号说明图；其中图2-a(1)是中介轴承内环的原始转速信号；图2-a(2)是中介轴承外环的原始转速信号；图2-b(1)是中介轴承内环的转动角度信号；图2-b(2)是中介轴承外环的转动角度信号。

附图3中介轴承转差域角度信号转换为转差域转速脉冲信号说明图；其中图3a是中介轴承转差域角度信号；图3b是中介轴承转差域转速脉冲信号。

附图4转速脉冲信号转换为连续转速信号示意图；其中图4a是转速脉冲信号；图4b是转速脉冲信号的上升沿位置，图4c是连续转速信号。

附图5时域信号转换为转角域信号效果展示图；其中图5a是时域信号；图5b是转角域信号。

附图6为通过二阶拉格朗日插值得到转角域信号相应样本值示意图。

附图7为传统分析方式与本发明分析方式包络谱对比图；其中图7a是对变转速时域信号直接求得的包络谱，图7b是本发明求得的包络谱。图中：

1.反光纸；2.光电传感器；3.电涡流式位移传感器；4.中介轴承；5.低压转子；6.高压转子；7.试验台；8.数据采集系统；9.计算机；10.内环故障特征倍频在包络谱上的理论位置；11.采用现有技术得到的故障倍频分量；12.本发明得到的故障倍频分量；13.电动机；14.第一支撑架；15.第二支撑架；16.第三支撑架；17.低压转子轴；18.高压转子轴；19.鼓筒形轴承座。

具体实施方式

本实施例是一种用于检测某型航空发动机模拟实验装置中介轴承故障的实验装置。

所述的实验装置包括反光纸1、光电传感器2、电涡流式位移传感器3、低压转子5、高压转子6、试验台7、数据采集系统8、计算机9、电动机13和第一支撑架14、第二支撑架15和第三支撑架16。其中，电动机13有两个，分别固定在试验台7的上表面。三个支撑亦分别定在试验台7的上表面。支撑由一个钢制轴承座和一个球轴承组成，球轴承外环安装于轴承座内，内环安装在转子轴相应位置上，用于将高压转子6与低压转子5支撑起来并能够被电动机驱动旋转。

所述三个支撑分别是第一支撑架14、第二支撑架15和第三支撑架16。低压转子5位于第一支撑架14与第二支撑架15之间，并使该低压转子的转子轴17的一端通过联轴器与一台电动机13连接，另一端套装有中介轴承的内环；所述低压转子5的转子轴17通过轴承支撑在于第一支撑架14与第二支撑架15上。高压转子6位于被测试的中介轴承4与第三支撑架16之间，并且该高压转子的高压转子轴18的一端安装有一鼓筒形轴承座19并用螺栓紧固，中介轴承的外环以过盈配合的安装方式安装在该鼓筒形轴承座19中；该高压转子的另一端通过联轴器与另一台电动机9连接。

一个反光纸1贴在低压转子的转子轴靠近电动机一端的圆周表面，另一个反光纸贴在高压转子的转子轴靠近另一台电动机一端的圆周表面。两个光电传感器2分别置于所述低压转子左侧和高压转子右侧，并使各光电传感器的位置分别与所述反光纸的位置对应，用于采集转速脉冲信号。一个电涡流式位移传感器3置于所述鼓筒形轴承座处，并与所述鼓筒形轴承座外表面的法线方向指向该轴承座，用于采集中介轴承的振动信号。所述两个光电传感器2和电涡流式位移传感器3分别与数据采集系统8通过数据线连接。所述数据采集系统与计算机9通过USB数据线连接。

将一个光电传感器置于高压转子的转子轴旁，并使该光电传感器的探头对准粘贴在该高压转子的转子轴表面的反光纸；将另一个光电传感器置于低压转子的转子轴旁，并使该光电传感器的探头对准粘贴在该低压转子的转子轴表面的反光纸；当高压转子、低压转子转动时，反光纸会跟随转子转动并在每转的同一相位掠过光电传感器，使光电传感器产生一个方波电信号，并通过数据采集系统转化为转速脉冲信号。

本实例中的反光纸1、光电传感器2、电涡流式位移传感器3、数据采集系统8、计算机9和电动机13均为成熟的现有技术，本实施例中，数据采集系统8采用NI公司的NI-6212数据采集卡。

所述低压转子5包括钢质的转子轴和钢质的转子盘组成。转子盘套装在所述转子轴上，并与该转子轴过盈配合。

所述高压转子6包括钢质的转子轴和钢质的转子盘组成。转子盘套装在所述转子轴上，并与该转子轴过盈配合。

所述各支撑的顶端分别固定有轴承座；各轴承座内分别安装有滚动轴承。

本实施例还提出了一种变转速工况下检测航空发动机中介轴承故障的方法，具体过程是：

第一步：确定故障特征倍频。

故障特征倍频是指轴承的故障特征频率与轴承的内环和轴承的外环之间的相对转动频率之比。

通过公式(1)确定中介轴承外环局部故障特征倍频F_e

$F_e=\frac{1}{2}(1-\frac{dcos\mathrm{\α}}{D_m})z---\left(1\right)$

通过公式(2)确定中介轴承滚动体局部故障特征倍频F₀

$F_0=\frac{D_m}{d}(1-\frac{d^2}{{D_m}^2}{\cos }^2\mathrm{\α})---\left(2\right)$

通过公式(3)确定中介轴承内环局部故障特征倍频F_i

$F_i=\frac{1}{2}(1+\frac{dcos\mathrm{\α}}{D_m})z---\left(3\right)$

公式中：

d是轴承滚动体的直径。

α是接触角，指轴承的某个滚动体与轴承内环和外环接触平面和轴承径向平面之间的夹角。

D_m是轴承的滚动体中心圆直径，角标m意为中间，middle。

z是轴承的滚动体个数。

第二步：采集转速脉冲信号和原始时域振动信号。

所述的采集转速脉冲信号包括采集中介轴承外环转速脉冲信号T_e和中介轴承内环转速脉冲信号T_i。

本实施例通过光电传感器与粘贴在转子转轴上的反光纸的配合，采集中介轴承所连接的高压转子和低压转子的转速脉冲信号；通过将电涡流传感器对准鼓筒形轴承座，采集中介轴承的原始时域振动信号。上述转速脉冲信号与原始时域振动信号的采集在时间上是同时进行的。

转速脉冲信号的采集方式是：两个光电传感器分别将所述高压转子和低压转子转动的物理状态转换为两路电信号传送给数据采集系统，用户可以通过软件设定数据采集系统的采样频率F_c，数据采集系统能以该采样频率F_c将接收的高压转子转动的电信号和低压转子转动的电信号分别转换为两组能够被计算机识别的数组形式的数据，再通过USB数据线传送给计算机，供计算机进行处理和存储。由于中介轴承的内环和中介轴承的外环分别与发动机转轴的低压转子和高压转子同转，故在高压转子轴上采集的转速脉冲信号就是中介轴承外环的转速脉冲信号，记为T_e；同样，在低压转子轴上采集的转速脉冲信号就是中介轴承内环的转速脉冲信号，记为T_i。本实施例采用光电传感器配合贴有反光纸的转轴采集转速脉冲信号。采集的数据呈方波状，每一个方波的上升沿代表转轴处于零相位，两个相邻的上升沿代表转轴转过一个整周期。

原始时域振动信号的采集方式是：电涡流式位移传感器将振动信号转换为模拟电信号，用户对数据采集系统进行设置使其以采样频率F_c对上述模拟电信号进行采样，采样后的信号为原始时域振动信号V。中介轴承外环的转速脉冲信号T_e、中介轴承内环的转速脉冲信号T_i和原始时域振动信号V三组信号为同时采集，采样到的样本点数相同，所述三组信号的样本点的序数在时间上是一一对应的。T_e、T_i和V三个信号的样本数分别为n_e、n_i和n_V，且n_e＝n_i＝n_V。

T_e是中介轴承外环转速脉冲信号；

T_i是中介轴承内环转速脉冲信号；

V是采集到的原始时域振动信号；

n_e是中介轴承外环转速脉冲信号的样本数；

n_i是中介轴承内环转速脉冲信号的样本数；

n_V是中介轴承振动信号的样本数。

第三步：通过两路转速脉冲信号获得中介轴承转差域的零相位位置

由于中介轴承的故障特征倍频与中介轴承内环和外环的相对转速有关，而与单一的外环或内环转速无关，所以需要通过本步得到内环与外环之间相对运动的转速脉冲信号，即如下所述的转差域转速脉冲信号。

定义转差域为以中介轴承内、外环相对转动角度为基准的域，转差域表示信号幅值与中介轴承内、外环相对转动角度的函数关系。设定轴承在静止状态时处于转差域的初始零相位点，中介轴承的内环与外环相对转动360°称为该中介轴承在转差域中转动了一个周期，且每转动过一个360°的位置就成为下一个转动周期的转差域零相位点。由于中介轴承内外环的转动方向可知，而从低压转子、高压转子上采集的转动脉冲信号表征了中介轴承内、外环各自的相位变化情况，则可用本步骤方法获得中介轴承转差域的各个零相位位置。具体是：

首先，找到该中介轴承的内环转速脉冲信号T_i和中介轴承的外环转速脉冲信号T_e的所有上升沿，获取到的上升沿位置就是该中介轴承的内环和外环各自相应的零相位点；所述上升沿即脉冲信号或方波信号从低电平跳跃至高电平的位置。内环转速脉冲信号T_i中两个相邻的零相位点代表内环从零相位点开始转动一周达到下一个转动周期的零相位点，转角为2π。同样，外环转速脉冲信号T_e中两个相邻的零相位点也代表外环转动一周。原始转速脉冲信号如图2-a。

确定该中介轴承内环的转动角度信号T_iθ和该中介轴承外环的转动角度信号T_eθ。所述的T_iθ与T_eθ的信号样本在时间上分别与两个转速脉冲信号T_i和T_e一一对应且样本数相同。具体方法是，对于该中介轴承的内环转速脉冲信号T_i中的某一个转动周期，将2π除以该转动周期包含的样本数，并将该值赋给该中介轴承内环的转动角度信号T_iθ中该转动周期的每一个样本点上，相当于将一周的转角2π平均分配在该周期每一个样本点上，并对该中介轴承内环的所有转动周期都作同样的操作，则得到该中介轴承内环转动角度信号T_iθ。该中介轴承外环的转动角度信号T_eθ获取方法同所述中介轴承内环的获得方法。使用上述方法获得该中介轴承外环每个转动周期其T_eθ对应的数值，则得到外环的转动角度信号T_eθ。如图2-b所示。

确定中介轴承转差域的转动角度信号T_rθ。T_rθ的信号样本与所述两个转动角度信号T_i和T_e在时间上一一对应且样本数相同。若该中介轴承的内环和外环的转动方向相反，称为对转，中介轴承转差域的转动角度信号T_rθ的每一个样本值为T_iθ与T_eθ相应的样本值之和，即T_rθ(k)＝T_iθ(k)+T_eθ(k)；若该中介轴承的内环和外环的转动方向相同，称为同转，中介轴承转差域的转动角度信号T_rθ的每一个样本值为T_iθ与T_eθ相应的样本值之差的绝对值，即T_rθ(k)＝|T_iθ(k)-T_eθ(k)|。这样就得到了中介轴承在转差域的转动角度信号T_rθ，如图3-a。

将中介轴承在转差域的转动角度信号T_rθ从信号起始位开始将该转动角度信号的各值逐个叠加，当叠加的数值第一次超过2π时，表明中介轴承在转差域转动一周，超过2π的样本视为零相位点。同理，第一次超过4π时，转动两周。第一次超过6π时，转动三周，以此类推。将转差域每一周的初始零相位点记录下来，即获得中介轴承转差域的零相位位置。新建一个与内环和外环转速脉冲信号T_i、T_e样本数相同，且各个样本在时间上一一对应的中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r。将T_r中中介轴承转差域的零相位位置的样本值置为1，将其余位置全部置零，则得到中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r。如图3-b。

T_iθ是中介轴承内环的转动角度信号。

T_eθ是中介轴承外环的转动角度信号。

T_rθ是中介轴承在转差域的转动角度信号。

T_r是中介轴承转差域的转速脉冲信号信号。

第四步：通过转速脉冲信号计算转速—时间函数

在得到的中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r中，由于采样率F_c是用户所确定的一个定值，两个相邻的采样点的间隔时间为所以在获得的两个相邻的中介轴承转差域零相位信号之间的采样点数Δn表现了中介轴承在转差域旋转一周所经过的的时间τ，通过公式(4)得出当前中介轴承在转差域的旋转频率F_Ω及转速Ω。

$\mathrm{\Ω}=2\mathrm{\π}*F_{\mathrm{\Ω}}=2\mathrm{\π}*\frac{1}{\mathrm{\τ}}=2\mathrm{\π}*\frac{F_c}{\mathrm{\Δ}n}---\left(4\right)$

首先，将中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r通过式(4)对每一旋转周期的转速Ω进行计算，并将速度值赋给当前周期转速脉冲信号的起始零相位位置，两个零相位之间的样本值仍保持为零，即得到中介轴承转差域转速与时间的离散函数。再将该离散函数进行一阶插值运算，即该离散函数中相邻两点用线段相连，即得到中介轴承转差域连续的转速—时间函数Ω(t)，如附图4。

τ是中介轴承在转差域某个旋转周期对应的时间长度。

F_Ω是中介轴承在转差域某个旋转周期对应的平均旋转频率。

Ω(t)是中介轴承在转差域的转速—时间的函数。

第五步：将原始时域信号转换为转角域振动信号

通过第一步得知，故障频率与中介轴承转差域转动频率有固定的比例关系。由于中介轴承转差域的转速在不断改变，会使相应的故障频率也随之成比例不断改变，则其一段时间的故障频率在时域上没有良好的周期性，在频谱上会出现尖峰度低，偏移等问题，所以本步骤将振动信号从时域转换到转角域，每个样本代表一个固定转动角度Δθ，由于一周的转角一个定值2π，所以每周期的转角域样本数相等，记为n_s。

由第四步得出的Ω(t)，根据转动角度θ(t)为Ω(t)对时间t的积分，得θ(t)：

$\mathrm{\θ}\left(t\right)=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{\Ω}\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}---\left(5\right)$

Ω(t)为一阶插值的匀加速转速模型，即相邻两点相连，假设两点位置为t_k和t_k+1，相应的值为U_k和U_k+1，则相应的转角-时间函数为：

$\mathrm{\Ω}\left(t\right)=\frac{U_{k+1}-U_k}{t_{k+1}-t_k}*t+U_k---\left(6\right)$

$\mathrm{\θ}\left(t\right)=\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}*t^2+U_{k}t+{\mathrm{\θ}}_0---\left(7\right)$

由于在每一转的开始设定为零相位，则公式7可化为：

$\mathrm{\θ}\left(t\right)=\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}*t^2+U_{k}t---\left(8\right)$

求取θ(t)的反函数t(θ)：

$\begin{array}{c}t\left(\mathrm{\θ}\right)=\sqrt{\frac{4\mathrm{\θ}\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}+{U_k}^2}{4{\left(\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}\right)}^2}}-\frac{U_k}{2\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}}\\ =\sqrt{\frac{2\mathrm{\θ}(U_{k+1}-U_k)(t_{k+1}-t_k)+U_k{(t_{k+1}-t_k)}^2}{{(U_{k+1}-U_k)}^2}}-\frac{U_k(t_{k+1}-t_k)}{U_{k+1}-U_k}\end{array}---\left(9\right)$

若每个转动周期需要n_s个样本，则各个需要的转角域样本可通过下式取得：

U_θ(k*Δθ)＝U_t(t(k*Δθ))(10)

其中，

公式中，以U_θ(θ)表示转角域样本，以U_t(t)表示时域样本。

原始时域振动信号的自变量为离散的整数时间点，而上式的U_t(t(k*Δθ))中的t(k*Δθ)几乎不可能为整数，故需要对原始的时域离散振动信号进行二阶拉格朗日插值，找到t(k*Δθ)位置在插值函数上的值，以此值作为转角域相应样本的值。

考虑到获取更加准确的数值，同时尽量降低运算量，本发明采用在时域信号确定连续的三个点t_k、t_k+1、t_k+2，其值分别为U_k、U_k+1、U_k+2，即两个转动周期的时域样本，并对其进行二阶拉格朗日插值的方法获得连续的时域信号函数：

$\begin{array}{c}L\left(t\right)=U_k\frac{(t-t_{k+1})(t-t_{k+2})}{(t_k-t_{k+1})(t_k-t_{k+2})}+\\ U_{k+1}\frac{(t-t_k)(t-t_{k+2})}{(t_{k+1}-t_k)(t_{k+1}-t_{k+2})}+\\ U_{k+2}\frac{(t-t_k)(t-t_{k+1})}{(t_{k+2}-t_k)(t_{k+2}-t_{k+1})}\end{array}---\left(11\right)$

由公式(11)获得t(k*Δθ)在振动信号中相应的值，具体过程为：先确定t(k*Δθ)在原始时域信号中的样本区间，若计算得到t(k*Δθ)值为34.558，则区间选定{33,34,35}和{34,35,36}两种，本实施例中采用随机算法进行选择，选择区间后根据公式(11)计算出转角域信号相应的样本值，直到原始样本中所有完整的转动周期处理完毕。如图6所示，点k₁,k₂,k₃,k₄均为原振动数据离散样本，k_a为转角域某相位通过函数t(θ)求得的相应样本位置，图中选择k₁,k₂,k₃三个点进行拉格朗日二次插值，插值的函数曲线如图中虚线曲线所示，则得到k_a处的值。

假设原始时域中介轴承振动信号在转差域共有N_c个转差周期，重采样后每周期转角域振动信号有n_s个样本点，则重采样后的转角域转速脉冲信号共有N_c*n_s个样本点，按照上述方法，将所述N_c*n_s个样本点的值全部求出，并所述N_c*n_s个样本点的值依次赋给长度为N_c*n_s的转差-转角域振动信号V_r。即得到了重采样后的转差-转角域振动信号。时域信号转换为转角域信号效果如图5所示。图5-a是时域下的信号，其中(1)是转速脉冲信号，(2)是振动信号；图5-b是转角域下的信号，其中(1)是转速脉冲信号，(2)是振动信号。

θ(t)是中介轴承在转差域的转动角度对时间的函数。

t(θ)是θ(t)的反函数，即时间对中介轴承在转差域的转动角度的函数。

N_c是某个信号内中介轴承在转差域的转动周期数。

V_r是转换后转差-转角域振动信号。

第六步：使用包络谱检测轴承故障

求出上一步得出的转差-转角域振动信号V_r的包络信号，以消除振动信号中不重要的高阶分量，凸显较为重要的低阶的轴承特征故障分量，并对该包络信号求解功率谱，以此分析轴承故障情况。

本实施例使用如图1所示的实验装置对内环损坏的中介轴承进行了模拟实验：将一内环滚道有一处划伤的中介轴承4安装在如图1所示实验装置上，开启两台电动机13，并分别控制两台电动机13反向在3000～6000rpm的转速内变速转动，从而分别带动实验装置的低压转子5和高压转子6同各自所连接电机的转速转动。在转子转动过程中使用数据采集系统与计算机对中介轴承4处的振动信号进行采集，并对采集到的振动信号使用本发明的故障检测方法进行分析。

实验装置的轴承内环滚道上有一处划伤。根据实验轴承的尺寸参数，通过公式3计算出实验轴承的内环特征倍频应为4.38。图7展示了使用本发明所述方法后求包络谱与直接对原始振动信号求包络谱的结果对比。其中图7a为对变转速时域信号直接求得的包络谱；图7b为通过本发明所述方法求得的包络谱。图中标记10处的虚线标明了内环故障特征倍频在包络谱上的位置，标记10处之后的虚线标明了内环故障特征倍频的各阶高次谐波的位置。标记11处为传统定转速分析方法的故障倍频分量，很明显该分量不仅向右偏移了将近20％，且整体呈现为一个频带，尖峰度很差，且其故障特征倍频的高次谐波更是无法辨识。标记12处为本发明所述分析方法的故障倍频分量，由于本发明所述分析方法为转差-转角域，使工作在变转速下的中介轴承故障特征信号在该域拥有良好的周期性，对比标记11处与标记12处，可见标记12处该分量基本没有频谱偏移的现象，尖峰度较好，且各阶高次谐波与理论分析值重合度均较高，能够很好表现出轴承内环的故障特征。综上所述，本实施例能够较好地解决变转速工况下轴承故障特征频率在频谱上漂移、尖峰度不好的问题。

Claims (10)

1.一种航空发动机中介轴承故障检测方法，其特征在于，具体过程是：

步骤1，确定故障特征倍频：

故障特征倍频是指轴承的故障特征频率与轴承的内环和轴承的外环之间的相对转动频率之比；

通过公式(1)确定中介轴承外环局部故障特征倍频F_e

$F_e=\frac{1}{2}(1-\frac{dcos\mathrm{\α}}{D_m})z---\left(1\right)$

通过公式(2)确定中介轴承滚动体局部故障特征倍频F₀

$F_0=\frac{D_m}{d}(1-\frac{d^2}{{D_m}^2}{\cos }^2\mathrm{\α})---\left(2\right)$

通过公式(3)确定中介轴承内环局部故障特征倍频F_i

$F_i=\frac{1}{2}(1+\frac{dcos\mathrm{\α}}{D_m})z---\left(3\right)$

公式中：

d是轴承滚动体的直径；α是接触角，指轴承的某个滚动体与轴承内环和外环接触平面和轴承径向平面之间的夹角；D_m是轴承的滚动体中心圆直径，角标m意为中间；z是轴承的滚动体个数；

步骤2，采集转速脉冲信号和原始时域振动信号：

所述转速脉冲信号与原始时域振动信号的采集在时间上是同时进行的；所述的采集转速脉冲信号包括采集中介轴承外环转速脉冲信号T_e和中介轴承内环转速脉冲信号T_i；

通过光电传感器与粘贴在转子转轴上的反光纸的配合，采集中介轴承所连接的高压转子的转速脉冲信号和低压转子的转速脉冲信号；

在高压转子轴上采集的转速脉冲信号就是中介轴承外环的转速脉冲信号T_e；同样，在低压转子轴上采集的转速脉冲信号就是中介轴承内环的转速脉冲信号T_i；

通过将电涡流传感器对准鼓筒形轴承座，采集中介轴承的原始时域振动信号；

步骤2，通过两路转速脉冲信号获得中介轴承转差域的零相位位置：

具体是：

首先，找到该中介轴承的内环转速脉冲信号T_i和中介轴承的外环转速脉冲信号T_e的所有上升沿，获取到的上升沿位置就是该中介轴承的内环和外环各自相应的零相位点；所述上升沿即脉冲信号或方波信号从低电平跳跃至高电平的位置；内环转速脉冲信号T_i中两个相邻的零相位点代表内环从零相位点开始转动一周达到下一个转动周期的零相位点，转角为2π；同样，外环转速脉冲信号T_e中两个相邻的零相位点也代表外环转动一周；

确定该中介轴承内环的转动角度信号T_iθ和该中介轴承外环的转动角度信号T_eθ；所述的T_iθ与T_eθ的信号样本在时间上分别与两个转速脉冲信号T_i和T_e一一对应且样本数相同；

确定中介轴承转差域的转动角度信号T_rθ；

确定中介轴承转差域的零相位位置；

确定中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r；

第四步，通过转速脉冲信号计算转速—时间函数：

通过公式(4)得出当前中介轴承在转差域的旋转频率F_Ω及转速Ω；

$\mathrm{\Ω}=2\mathrm{\π}*F_{\mathrm{\Ω}}=2\mathrm{\π}*\frac{1}{\mathrm{\τ}}=2\mathrm{\π}*\frac{F_c}{\mathrm{\Δ}n}---\left(4\right)$

首先，将中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r通过式(4)对每一旋转周期的转速Ω进行计算，并将速度值赋给当前周期转速脉冲信号的起始零相位位置，两个零相位之间的样本值仍保持为零，即得到中介轴承转差域转速与时间的离散函数；再将该离散函数进行一阶插值运算，即该离散函数中相邻两点用线段相连，即得到中介轴承转差域连续的转速—时间函数Ω(t)；

τ是中介轴承在转差域某个旋转周期对应的时间长度；F_Ω是中介轴承在转差域某个旋转周期对应的平均旋转频率；Ω(t)是中介轴承在转差域的转速—时间的函数；

步骤5，将原始时域信号转换为转角域振动信号：

由第四步得出的Ω(t)，根据转动角度θ(t)为Ω(t)对时间t的积分，得θ(t)：

$\mathrm{\θ}\left(x\right)=\underset{0}{\overset{t}{\∫}}\mathrm{\Ω}\left(\mathrm{\τ}\right)d\mathrm{\τ}---\left(5\right)$

Ω(t)为一阶插值的匀加速转速模型，即相邻两点相连，假设两点位置为t_k和t_k+1，相应的值为U_k和U_k+1，则相应的转角-时间函数为：

$\mathrm{\Ω}\left(t\right)=\frac{U_{k+1}-U_k}{t_{k+1}-t_k}*t+U_k---\left(6\right)$

$\mathrm{\θ}\left(t\right)=\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}*t^2+U_{k}t+{\mathrm{\θ}}_0---\left(7\right)$

由于在每一转的开始设定为零相位，则公式7可化为：

$\mathrm{\θ}\left(t\right)=\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}*t^2+U_{k}t---\left(8\right)$

求取θ(t)的反函数t(θ)：

$\begin{array}{c}t\left(\mathrm{\θ}\right)=\sqrt{\frac{4\mathrm{\θ}\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}+{U_k}^2}{4{\left(\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}\right)}^2}}-\frac{U_k}{2\frac{U_{k+1}-U_k}{2(t_{k+1}-t_k)}}\\ =\sqrt{\frac{2\mathrm{\θ}(U_{k+1}-U_k)(t_{k+1}-t_k)+U_k{(t_{k+1}-t_k)}^2}{{(U_{k+1}-U_k)}^2}}-\frac{U_k(t_{k+1}-t_k)}{U_{k+1}-U_k}\end{array}---\left(9\right)$

若每个转动周期需要n_s个样本，则各个需要的转角域样本公式(10)取得：

U_θ(k*Δθ)＝U_t(t(k*Δθ))(10)

其中，

公式中，以U_θ(θ)表示转角域样本，以U_t(t)表示时域样本；

对原始的时域离散振动信号进行二阶拉格朗日插值，找到t(k*Δθ)位置在插值函数上的值，以此值作为转角域相应样本的值；

采用在时域信号确定连续的三个点t_k、t_k+1、t_k+2，其值分别为U_k、U_k+1、U_k+2，即两个转动周期的时域样本，并对其进行二阶拉格朗日插值的方法获得连续的时域信号函数：

$\begin{array}{c}L\left(t\right)=U_k\frac{(t-t_{k+1})(t-t_{k+2})}{(t_k-t_{k+1})(t_k-t_{k+2})}+\\ U_{k+1}\frac{(t-t_k)(t-t_{k+2})}{(t_{k+1}-t_k)(t_{k+1}-t_{k+2})}+\\ U_{k+2}\frac{(t-t_k)(t-t_{k+1})}{(t_{k+2}-t_k)(t_{k+2}-t_{k+1})}\end{array}---\left(11\right)$

由公式(11)获得t(k*Δθ)在振动信号中相应的值；

假设原始时域中介轴承振动信号在转差域共有N_c个转差周期，重采样后每周期转角域振动信号有n_s个样本点，则重采样后的转角域转速脉冲信号共有N_c*n_s个样本点，按照上述方法，将所述N_c*n_s个样本点的值全部求出，并所述N_c*n_s个样本点的值依次赋给长度为N_c*n_s的转差-转角域振动信号V_r；即得到了重采样后的转差-转角域振动信号；

θ(t)是中介轴承在转差域的转动角度对时间的函数；

t(θ)是θ(t)的反函数，即时间对中介轴承在转差域的转动角度的函数；

N_c是某个信号内中介轴承在转差域的转动周期数；

V_r是转换后转差-转角域振动信号；

步骤6，使用包络谱检测轴承故障：

求出上一步得出的转差-转角域振动信号V_r的包络信号，以消除振动信号中不重要的高阶分量，凸显较为重要的低阶的轴承特征故障分量，并对该包络信号求解功率谱，以此分析轴承故障情况。

2.如权利要求1所述航空发动机中介轴承故障检测方法，其特征在于，所述采集转速脉冲信号的方式是，两个光电传感器分别将所述高压转子和低压转子转动的物理状态转换为两路电信号传送给数据采集系统，用户通过软件设定数据采集系统的采样频率F_c，数据采集系统能以该采样频率F_c将接收的高压转子转动的电信号和低压转子转动的电信号分别转换为两组能够被计算机识别的数组形式的数据，再通过USB数据线传送给计算机，供计算机进行处理和存储。

3.如权利要求1所述航空发动机中介轴承故障检测方法，其特征在于，所述采集原始时域振动信号的方式是：电涡流式位移传感器将振动信号转换为模拟电信号，用户对数据采集系统进行设置使其以采样频率F_c对上述模拟电信号进行采样，采样后的信号为原始时域振动信号V；中介轴承外环的转速脉冲信号T_e、中介轴承内环的转速脉冲信号T_i和原始时域振动信号V三组信号为同时采集，采样到的样本点数相同，所述三组信号的样本点的序数在时间上是一一对应的；T_e、T_i和V三个信号的样本数分别为n_e、n_i和n_V，且n_e＝n_i＝n_V。

4.如权利要求1所述航空发动机中介轴承故障检测方法，其特征在于，确定该中介轴承内环的转动角度信号T_iθ和和该中介轴承外环的转动角度信号T_eθ的具体过程是，对于该中介轴承的内环转速脉冲信号T_i中的某一个转动周期，将2π除以该转动周期包含的样本数，并将该值赋给该中介轴承内环的转动角度信号T_iθ中该转动周期的每一个样本点上，相当于将一周的转角2π平均分配在该周期每一个样本点上，并对该中介轴承内环的所有转动周期都作同样的操作，则得到该中介轴承内环转动角度信号T_iθ；该中介轴承外环的转动角度信号T_eθ获取方法同所述中介轴承内环的获得方法；使用上述方法获得该中介轴承外环每个转动周期其T_eθ对应的数值，则得到外环的转动角度信号T_eθ。

5.如权利要求1所述航空发动机中介轴承故障检测方法，其特征在于，所述确定中介轴承转差域的中介轴承内环的转动角度信号T_rθ的具体过程是：T_rθ的信号样本与所述两个转动角度信号T_i和T_e在时间上一一对应且样本数相同；若该中介轴承的内环和外环的转动方向相反，称为对转，中介轴承转差域的转动角度信号T_rθ的每一个样本值为中介轴承内环的转动角度信号T_iθ与是中介轴承外环的转动角度信号T_eθ相应的样本值之和，即T_rθ(k)＝T_iθ(k)+T_eθ(k)；若该中介轴承的内环和外环的转动方向相同，称为同转，中介轴承转差域的转动角度信号T_rθ的每一个样本值为T_iθ与T_eθ相应的样本值之差的绝对值，即T_rθ(k)＝|T_iθ(k)-T_eθ(k)|；得到中介轴承在转差域的转动角度信号T_rθ；

T_r是中介轴承转差域的转速脉冲信号信号。

6.如权利要求1所述航空发动机中介轴承故障检测方法，其特征在于，所述确定中介轴承转差域的零相位位置时，将中介轴承在转差域的转动角度信号T_rθ从信号起始位开始将该转动角度信号的各值逐个叠加，当叠加的数值第一次超过2π时，表明中介轴承在转差域转动一周，超过2π的样本视为零相位点；同理，第一次超过4π时，转动两周；第一次超过6π时，转动三周，以此类推；将转差域每一周的初始零相位点记录下来，即获得中介轴承转差域的零相位位置。

7.如权利要求1所述航空发动机中介轴承故障检测方法，其特征在于，所述确定中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r时，新建一个与内环转速脉冲信号T_i和外环转速脉冲信号T_e样本数相同，且各个样本在时间上一一对应的中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r；将T_r中中介轴承转差域的零相位位置的样本值置为1，将其余位置全部置零，则得到中介轴承转差域的转速脉冲信号T_r。

8.一种用于权利要求1所述航空发动机中介轴承故障检测方法的装置，其特征在于，包括两个反光纸、两个光电传感器、电涡流式位移传感器、低压转子、高压转子、试验台、数据采集系统、计算机、电动机和三个支撑架；两个电动机分别固定在试验台的上表面；低压转子和高压转子安装在三个支撑架之间；一个反光纸贴在低压转子的转子轴靠近电动机一端的圆周表面，另一个反光纸贴在高压转子的转子轴靠近另一台电动机一端的圆周表面；将一个光电传感器置于高压转子的转子轴旁，并使该光电传感器的探头对准粘贴在该高压转子的转子轴表面的反光纸；将另一个光电传感器置于低压转子的转子轴旁，并使该光电传感器的探头对准粘贴在该低压转子的转子轴表面的反光纸；一个电涡流式位移传感器置于鼓筒形轴承座旁，沿鼓筒形轴承座外表面的圆周表面法线方向对准鼓筒形轴承座外表面，用于采集中介轴承的振动信号；所述两个光电传感器和电涡流式位移传感器分别与数据采集系统通过数据线连接；所述数据采集系统与计算机通过USB数据线连接。

9.如权利要求8所述航空发动机中介轴承故障检测方法的装置，其特征在于，所述支撑架包括第一支撑架、第二支撑架及第三支撑架；各支撑架均由钢制轴承座和一个球轴承组成，球轴承外环安装于轴承座内；所述三个支撑架上球轴承的内环分别安装在转子轴相应位置上，用于支撑高压转子和低压转子。

10.如权利要求8所述航空发动机中介轴承故障检测方法的装置，其特征在于，低压转子位于第一支撑架与第二支撑架之间，并使该低压转子的转子轴的一端与一台电动机连接，另一端装有中介轴承的内环；所述低压转子的转子轴通过轴承支撑在于第一支撑架与第二支撑架上；高压转子位于被测试的中介轴承与第三支撑架之间，并且该高压转子的高压转子轴的一端安装有一鼓筒形轴承座，中介轴承的外环以过盈配合的安装方式安装在该鼓筒形轴承座中；该高压转子的另一端与另一台电动机连接。