直升机动力传动系统振动信号分析及故障诊断

摘要

为了降低飞行事故，保证飞行安全，对直升机动力传动系统进行故障诊断研究。行星齿轮传动系是直升机动力传动系统的关键部分，动力系统事故多出于行星传动系；振动诊断是动力系统诊断的基本方法，所以直升机动力传动系统故障诊断的关键就是行星齿轮的振动诊断。如果能把齿轮箱振动信号进行分解，就可以通过检查各个齿轮振动信号的特点，发展齿轮状态估计与故障诊断的各种方法。行星齿轮振动诊断首先必须分离出每个行星轮的振动信号，然后对分离出的信号采用适当的方法做进一步的分析处理，从而诊断出行星轮的故障所在，以达到直升机动力传动系统故障诊断的目的。
　　本文针对行星齿轮失效中最常见的轮齿故障进行诊断和分析。首先结合信号加窗等相关理论，提出基于时域同步平均的行星齿轮振动信号分离方法，该方法采用多传感器测量的方式获取齿轮振动信号，并根据行星齿轮振动信号波形的整体形状来确定分离窗函数。然后设计并制作直升机动力传动系统故障诊断试验台，建立基于LABVIEW虚拟仪器技术的振动信号采集系统。再对行星齿轮做人为毁坏失效试验，使行星齿轮分别在无故障、一个轮齿破损以及连续五个轮齿破损的情况下进行啮合试验，采集每种情况下齿轮的振动信号。最后利用基于时域同步平均的行星齿轮振动信号分离方法直接分离齿轮箱振动采样原始信号，并通过时域统计指标、频谱、倒频谱、细化谱、连续小波变换以及提升小波变换等分析方法对分离后的信号进行综合对比分析。
　　结果表明：基于时域同步平均的行星齿轮振动信号分离方法可实现对行星齿轮振动信号的充分分离，实现在信号平均时不丢失信息，而且不再履行传统信号平均的那些要求，无需较长采样周期；小波变换方法能够有效诊断和定位行星轮的故障信息，反映齿轮失效的演变，诊断准确率高，其中连续小波变换可以很容易判断出齿轮的故障类型，提升小波变换可以判断出齿轮中具体有几个轮齿产生了破损现象。充分验证了基于时域同步平均的行星齿轮振动信号分离方法的有效性，以及小波分析方法在行星齿轮故障诊断中的优越性和可行性。

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第1章 绪 论

1.1直升机动力传动系统故障诊断的研究意义

1.2行星齿轮故障诊断技术的发展与现状

1.3预计达到的要求和主要的研究内容

1.4本文的创新点及主要工作

第2章 直升机动力传动系统振动分析

2.1直升机减振降噪及安全性越来越受到重视[25]

2.2行星齿轮在直升机动力传动系统中的应用

2.3行星齿轮振动的基本原理

2.4行星齿轮振动信号特征分析

2.5行星齿轮振动信号分离方法

2.6本章小结

第3章 直升机动力传动系统故障诊断方法

3.1常见的齿轮故障及影响

3.2齿轮故障的传统诊断方法

3.3齿轮故障的时频域诊断方法

3.4本章小结

第4章 直升机动力传动系统故障诊断试验系统

4.1直升机动力传动系统故障诊断试验装置

4.2直升机动力传动系统故障诊断试验台

4.3直升机动力传动系统振动信号采集系统

4.4本章小结

第5章 直升机动力传动系统故障诊断试验

5.1行星齿轮箱故障诊断试验

5.2行星齿轮振动信号分离

5.3行星齿轮振动信号的时域分析

5.4行星齿轮振动信号的频域分析

5.5行星齿轮振动信号的小波分析

5.6本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加科研情况

致 谢

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