CN108168875A - 一种直升机尾传动系统故障植入试验台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直升机传动系统故障诊断领域，特别涉及一种直升机尾传动系统故障植入试验台，包括：试验台架；驱动电机和负载电机；第一转轴，通过第一轴承和第二轴承支撑，并与驱动电机连接；扭矩传感器，连接至第二轴承；减速箱，连接至扭矩传感器；第二转轴，通过第三轴承和第四轴承支撑，连接至负载电机；其中，第一转轴为旋转轴故障模拟件，第二轴承为轴承模拟故障件，减速箱为齿轮箱故障模拟件；第一变频器、第二变频器以及第三变频器。本发明的直升机尾传动系统故障植入试验台，可引入单一故障或同时引入多个故障，研究其相互间的耦合效应；并通过加载扭转负载来研究损伤及其扩展特性；系统可通过快速方便更换齿轮、轴和轴承部件引入故障。

Description

一种直升机尾传动系统故障植入试验台

技术领域

本发明涉及直升机传动系统故障诊断领域，特别涉及一种直升机尾传动系统故障植入试验台。

背景技术

在直升机尾传动系统中，其包括的齿轮、轴以及轴承等部件的使用安全性要求非常高，需要定时进行更换，以防止意外发生；但是，在实际运用过程中，因为无法准确检测齿轮、轴以及轴承是否故障，一方面是容易出现更换过晚，或者出现将还未出现故障的器件进行更换等现实发生，使得风险性加大，同时也增加了维护成本。

因此，目前急需对尾传动系统故障诊断进行研究。

发明内容

本发明的目的设计一种能够对直升机尾传动系统进行故障诊断的故障植入试验台。

本发明的技术方案是：

一种直升机尾传动系统故障植入试验台，包括：

试验台架；

驱动电机，包括驱动轴；

第一转轴，两端端部分别通过第一轴承和第二轴承支撑，所述驱动电机的驱动轴通过联轴节连接至所述第一转轴的靠近所述第一轴承的一端端部；

扭矩传感器，包括输入端和输出端，其输入端通过联轴节连接至所述第一转轴的靠近所述第二轴承的一端端部；

减速箱，包括输入轴和输出轴，其输入轴通过联轴节连接至所述扭矩传感器的输出端；

负载电机，包括驱动轴；

第二转轴，两端端部分别通过第三轴承和第四轴承支撑，所述负载电机的驱动轴通过联轴节连接至所述第二转轴的靠近所述第四轴承的一端端部，其所述第二转轴的靠近所述第三轴承的一端端部通过联轴节连接至所述减速箱的输出轴；其中，

所述第一转轴为旋转轴故障模拟件，所述第二轴承为轴承模拟故障件，所述减速箱为齿轮箱故障模拟件；

所述直升机尾传动系统故障植入试验台还包括：

第一变频器，与所述驱动电机连通，其工作状态为逆变器状态；

第二变频器，与所述负载电机连通，其工作状态为逆变器状态；

第三变频器，分别与所述第一变频器和第二变频器连通，且与外网配电柜连通，其工作状态为整流器状态。

可选的，所述减速箱为90°换向减速箱。

可选的，所述减速箱为150°换向减速箱。

可选的，所述旋转轴故障模拟件的故障形式分为不平衡和不对中两种。

可选的，所述轴承模拟故障件的故障形式分为外圈故障、内圈故障以及滚动体故障；其中，每种故障形式包括至少3种不同故障程度的故障件。

可选的，所述齿轮箱故障模拟件的故障形式分为齿轮裂纹故障、齿轮齿面磨损故障以及齿轮齿面点蚀故障；其中，每种故障形式包括至少两种不同故障程度的故障件。

发明效果：

本发明的直升机尾传动系统故障植入试验台，系统可引入单一故障，或同时引入多个故障，研究其相互间的耦合效应；还可以通过加载扭转负载来研究损伤及其扩展特性；系统可通过快速方便更换齿轮、轴和轴承部件引入故障。另外，试验台驱动、加载系统电功率闭环，实现电能循环，整个系统在试验期间只需提供两台电机及机械传动损耗的能量即可，节约大量电能。

附图说明

图1是发明直升机尾传动系统故障植入试验台的结构示意图；

图2是发明直升机尾传动系统故障植入试验台中90°换向减速箱的结构示意图；

图3是发明直升机尾传动系统故障植入试验台中150°换向减速箱的结构示意图；

图4是发明直升机尾传动系统故障植入试验台的控制原理图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1至图4对本发明直升机尾传动系统故障植入试验台做进一步详细说明。

本发明提供了一种直升机尾传动系统故障植入试验台，可以包括试验台架1、驱动电机2、第一转轴31、扭矩传感器5、减速箱6、负载电机7、第二转轴32以及变频器。

试验台架1起到支撑作用，用于支撑其他各部件；设计时应尽量减少各系统之间振动传递，且试验台架1应充分考虑试验安装和使用维护性。

驱动电机2和负载电机7均包括驱动轴。

第一转轴31两端端部分别通过第一轴承41和第二轴承42支撑，驱动电机2的驱动轴通过联轴节连接至第一转轴3的靠近所述第一轴承41的一端端部。

扭矩传感器5包括输入端和输出端，其输入端通过联轴节连接至第一转轴3的靠近第二轴承42的一端端部。

减速箱6包括输入轴61和输出轴62，其输入轴61通过联轴节连接至扭矩传感器5的输出端。

第二转轴32两端端部分别通过第三轴承43和第四轴承44支撑，负载电机7的驱动轴通过联轴节连接至第二转轴32的靠近第四轴承44的一端端部，其第二转轴32的靠近第三轴承43的一端端部通过联轴节连接至减速箱6的输出轴。

本发明的直升机尾传动系统故障植入试验台中，上述第一转轴31为旋转轴故障模拟件，其旋转轴故障模拟件的故障形式可以分为不平衡和不对中两种。第二轴承42为轴承模拟故障件，其故障形式分为外圈故障、内圈故障以及滚动体故障，其中，每种故障形式包括至少3种不同故障程度的故障件。减速箱6为齿轮箱故障模拟件，其故障形式分为齿轮裂纹故障、齿轮齿面磨损故障以及齿轮齿面点蚀故障；其中，每种故障形式包括至少两种不同故障程度的故障件。

进一步，直升机尾传动系统故障植入试验台中的变频器包括第一变频器81、第二变频器82以及第三变频器83。

第一变频器81与驱动电机2连通，其工作状态为逆变器状态；第二变频器82与负载电机7连通，其工作状态为逆变器状态；第三变频器83分别与第一变频器81和第二变频器82连通，且与外网配电柜连通，其工作状态为整流器状态。

本发明的直升机尾传动系统故障植入试验台，系统可引入单一故障，或同时引入多个故障，研究其相互间的耦合效应；还可以通过加载扭转负载来研究损伤及其扩展特性；系统可通过快速方便更换齿轮、轴和轴承部件引入故障。另外，驱动电机和负载电机分别为尾传动系统提供驱动和负载，试验台驱动、负载系统电功率闭环，实现电能循环，整个系统在试验期间只需提供两台电机及机械传动损耗的能量即可，节约大量电能。

进一步，本发明的直升机尾传动系统故障植入试验台中，如图2和图3所示，减速箱6可以为90°换向减速箱或者是150°换向减速箱。驱动电机2经过输入轴，传输到主动齿，再啮合被动齿，传输到输出轴，再传到负载电机7。观察窗由压板固定，由观察窗可方便观察减速箱的运行情况。

本发明的直升机尾传动系统故障植入试验台中，电机与控制系统用于驱动尾传动系统运转，包括电机、变频控制器、控制软件等；电机转速≥1000rpm，电机母线电压为380VAC，电机功率≥50kw，环境指标IP55。变频控制器和控制软件控制电机运转，转速精度(按减速器输出端转速计算)优于(包含)0.1‰±1rpm。尾传动系统输出端(主要是指驱动电机2)转速为4000－5000rpm。其中的软件文档按GJB438-97编制，至少包括：软件需求、详细设计、软件测试等文档。

负载系统为尾传动系统提供负载。包括负载、负载控制器和扭矩传感器等，负载可控，至少包括：25％，50％，75％和100％等几种功率消耗等级，扭矩传感器≥200NM；明确负载系统的能量消耗方式，做到经济、环保。

本发明的直升机尾传动系统故障植入试验台，是基于动态信号的分析技术，用于直升机尾传动系统故障植入验证试验和验证尾传动系统故障诊断算法。尾传动系统的齿轮、轴承和轴在正常运行时是连续平稳的，箱体的振动频率与转速和齿轮齿数(轴承球体数)成一定数学关系的，且是均匀的。如果齿轮、轴承或轴出现故障，则减速箱会出现与先前(没出现故障以前)不一样的周期性振动，在周期性的振动过程中，测试部位的加速度传感器会检测到周期性的振动尖峰，又因齿轮齿数和轴承转动体数目不一样，即频率不一样，所以根据转速和振动尖峰频率就可检测出故障部件及种类。

综上，本发明直升机尾传动系统故障植入试验台的试验范围包括：

尾传动轴承(外圈、内圈、滚动体)故障模拟试验、尾传动轴(不对中、不平衡)故障模拟试验、尾传动齿轮箱(断齿、磨损、点蚀)故障模拟试验等。尾传动系统中减速箱齿轮轴交角有90°和150°两种，分别对两种不同的试验状态进行试验。

进一步，齿轮箱齿轮模数为3-6。为了适应故障植入试验的要求，该齿轮箱的装配应无特别要求，使用普通工具和检验设备就能完成装配和检验工作，分别对行星齿轮进行齿轮深度1、深度2的刻蚀，植入齿轮裂纹故障；对齿轮箱进行齿轮深度1、深度2的刻蚀，植入齿轮裂纹故障；对齿轮箱进行齿面剥蚀，深度1和深度2植入齿轮齿面磨损故障；对齿轮箱进行点蚀故障植入，按深度1、深度2；深度1，深度2可在5-50％范围内。

因此，本发明直升机尾传动系统故障植入试验台，可以实现尾传动系统由事后维修、定期维修到视情维修的根本转变，减少一些不必要的经济损失。

进一步，本发明直升机尾传动系统故障植入试验台由试验台架、电机及控制系统、负载系统、齿轮箱故障模拟件、轴承故障模拟件、旋转轴故障模拟件、扭矩传感器等组成，可通过更换尾减速箱的齿轮、尾减速箱轴承和测试轴组件植入故障种子。由于有两种试验状态，为了方便试验，我们将减速箱后面的部分设计为可互换。当一种试验状态做完后，将减速箱替换，后面负载部分转动角度后安装，就可以进行另一种状态的试验。

为保证试验安全，试验台配置足够的机械/电气设备和安全防护设备。为保证试验测试要求，尾传动系统按设计方要求，预留振动传感器和方位传感器安装位置；尾传动系统设计考虑故障件更换的方便性。

本发明直升机尾传动系统故障植入试验台系统工作原理如下：

该驱动、加载系统采用直流母线能量回馈技术，变频器分为整流器和逆变器两部分，两台变频器(第一变频器81和第二变频器82)共用一整流器(第一变频器83)，380V电网经过整流器变换为直流母线，直流母线上连接两台逆变器。试验台运行时，驱动电机2工作在电动机状态下，负载电机7运行于发电机状态，其发出的电能经过第二变频器82回馈到直流母线上，直流母线又经过第一变频器81为驱动电机提供电能，这样就组成了电功率闭环，实现电能循环，扭矩传感器5对尾传动系统中扭转力矩检测。整个系统在试验期间只需提供两台电机及机械传动损耗的能量即可，节约大量电能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种直升机尾传动系统故障植入试验台，其特征在于，包括：

试验台架(1)；

驱动电机(2)，包括驱动轴；

第一转轴(31)，两端端部分别通过第一轴承(41)和第二轴承(42)支撑，所述驱动电机(2)的驱动轴通过联轴节连接至所述第一转轴(3)的靠近所述第一轴承(41)的一端端部；

扭矩传感器(5)，包括输入端和输出端，其输入端通过联轴节连接至所述第一转轴(3)的靠近所述第二轴承(42)的一端端部；

减速箱(6)，包括输入轴(61)和输出轴(62)，其输入轴(61)通过联轴节连接至所述扭矩传感器(5)的输出端；

负载电机(7)，包括驱动轴；

第二转轴(32)，两端端部分别通过第三轴承(43)和第四轴承(44)支撑，所述负载电机(7)的驱动轴通过联轴节连接至所述第二转轴(32)的靠近所述第四轴承(44)的一端端部，其所述第二转轴(32)的靠近所述第三轴承(43)的一端端部通过联轴节连接至所述减速箱(6)的输出轴；其中，

所述第一转轴(31)为旋转轴故障模拟件，所述第二轴承(42)为轴承模拟故障件，所述减速箱(6)为齿轮箱故障模拟件；

所述直升机尾传动系统故障植入试验台还包括：

第一变频器(81)，与所述驱动电机(2)连通，其工作状态为逆变器状态；

第二变频器(82)，与所述负载电机(7)连通，其工作状态为逆变器状态；

第三变频器(83)，分别与所述第一变频器(81)和第二变频器(82)连通，且与外网配电柜连通，其工作状态为整流器状态。

2.根据权利要求1所述的直升机尾传动系统故障植入试验台，其特征在于，所述减速箱(6)为90°换向减速箱。

3.根据权利要求1所述的直升机尾传动系统故障植入试验台，其特征在于，所述减速箱(6)为150°换向减速箱。

4.根据权利要求1所述的直升机尾传动系统故障植入试验台，其特征在于，所述旋转轴故障模拟件的故障形式分为不平衡和不对中两种。

5.根据权利要求1所述的直升机尾传动系统故障植入试验台，其特征在于，所述轴承模拟故障件的故障形式分为外圈故障、内圈故障以及滚动体故障；其中，每种故障形式包括至少3种不同故障程度的故障件。

6.根据权利要求1所述的直升机尾传动系统故障植入试验台，其特征在于，所述齿轮箱故障模拟件的故障形式分为齿轮裂纹故障、齿轮齿面磨损故障以及齿轮齿面点蚀故障；其中，每种故障形式包括至少两种不同故障程度的故障件。