一种基于齿轮和轴承整机装配的故障确定方法与流程

本发明涉及航空发动机机械传动系统试验领域，是提供一种基于齿轮和轴承整机装配的故障确定方法。

背景技术：

1、在现有的航空发动机机械传动系统试验中，主要使用数据采集系统完成产品相关主要技术参数的实时监测，其中其振动监测系统作为产品运转特性关键监控系统，与试车台控制系统多采用独立运转方式，通过人为的观察来判断关键数据的测量值是否符合传动系统机匣运转的合格判据要求。同时，对于传动系统结构优化中通常采用建模分析与设计改进相结合的方式，开展传动系统的结构优化，其试验验证也仅仅作为监控辅助手段。

2、随着近年来发动机机械传动系统各附件功率的大幅度提升，其使用及试验中工作平稳性问题凸显，在满足传动系统设计图样的前提下，通过试验的综合状态评估，查找齿轮啮合与轴系运转耦合状态下传动系统振动影响因素，掌握传动系统地面运转状态与装配工艺、齿轮加工及印痕调整工艺以及轴系动平衡之间的联系，寻求更好的装配工艺及部组件加工精度控制范围成为急需解决的问题。因此在面对航空发动机传动系统设计结构工程化应用不足、工艺设计基础研究不够深入、系统状态评估方法缺失等难题，为了为满足型号研制需求，确保出厂产品的质量，亟需在地面台架试验阶段开展产品结构性能的状态综合评估方法技术研究，以振动监控手段实现机械传动系统状态评估和故障诊断，并通过不平衡量控制、锥齿轮印痕调整、齿形修形、装配工艺改进等多种手段反复开展迭代评估验证，最终实现传动系统在满足机加、装配过程中图样要求情况下的产品最优运转啮合状态，以评估为牵引实现定位准确的传动系统产品的工艺优化方法，解决传动系统的振动失效抑制难题及制约产品质量提升的难题。

3、同时，基于齿轮和轴承特征频率的振动实时跟踪监测是解决航空传动系统试验数据量大，监控难度高，实现试验评估迭代优化的重要手段。

技术实现思路

1、本发明的目的是：本发明的目的提供一种基于齿轮和轴承整机装配的故障确定方法，满足航空发动机机械传动系统联合试验及单元体单独试验时的运转状态评估需求，查找并快速定位到齿轮啮合与轴系运转耦合状态下传动系统振动影响因素，并通过不平衡量控制、锥齿轮印痕调整、齿形修形、装配工艺改进等多种手段开展迭代评估验证，快速并准确的解决传动系统的振动失效抑制难题，以评估为牵引实现传动系统的工艺优化，最终通过状态评估和反复的迭代验证解决制约产品质量提升的难题。

2、本发明的技术方案是：

3、提供一种基于齿轮和轴承整机装配的故障确定方法，包括如下步骤：

4、步骤一、

5、根据传动原理得到装配后每个齿轮的特征频率和每个轴承的特征频率，建立齿轮和轴承的整机装配三维模型并进行有限元分析得到齿轮及轴承的节径振动；

6、对齿轮和轴承整机装配状态进行多次振动整机测试试验；

7、在每次振动整机测试试验中，同时给出实时的对应所有齿轮和所有轴承的振动频谱图，基于振动频谱图的图像能够确定是否出现振动故障，并对应各个齿轮和轴承同时记录对应故障的振动单峰值及对应单峰值频率；判断所述单峰值频率与齿轮的特征频率和轴承的特征频率是否关联，若关联齿轮的特征频率则为该齿轮故障，若关联轴承的特征频率则为该轴承故障；从整机装配状态拆卸对应齿轮和轴承，并检查对应齿轮和轴承是否出现异常，若出现异常则将所述单峰值频率记录为对应齿轮和轴承的故障频率，若未出现异常则不记录；

8、对记录的多次振动整机测试试验得到的所述故障频率进行统计，得到故障频率对应齿轮和轴承的单峰值阈值范围；

9、步骤二、

10、将所述单峰值阈值范围及对应的频率，以及各个齿轮的特征频率和各个轴承的特征频率封装到振动测试系统的软件中，由振动测试系统实时跟踪监测及显示，使得振动测试中，当至少一个齿轮或至少一个轴承的振动在单峰值阈值范围内，能够由振动测试系统给出报警提示；

11、步骤三、

12、进行振动测试，所述报警提示的数据由振动测试系统实时同步传输到传动系统试车台的控制及数据采集系统中，并在传动系统试车台的上位机控制及数据显示界面实时显示，并同时由传动系统试车台联动停止振动测试；振动测试系统的软件具有记录所述振动频谱图和显示的功能；

13、步骤四、

14、每个齿轮的特征频率包括啮合频率、转频和倍频，判断导致给出报警的单峰值对应频率是否为啮合频率、转频或倍频，若为啮合频率则故障为齿轮啮合故障，若为转频或倍频为齿轮轴系故障；

15、根据记录的振动频谱图判断是否存在幅值波动，若存在则判断为装配故障；

16、判断导致给出报警的单峰值对应频率是否为轴承特征频率，若是则为轴承故障；

17、步骤五、

18、根据齿轮啮合故障、齿轮轴系故障、装配故障或轴承故障确定拆卸齿轮和轴承的拆卸工艺；根据拆卸后的齿轮和轴承的形状、刚度、动不平衡量和安装精度确定修改工艺。

19、进一步的，所述步骤三至步骤五进行多次迭代。

20、进一步的，振动测试系统具备0～50khz的高频采样能力和宽频振动监测。

21、进一步的，所述修改工艺包括齿轮修形、印痕调整、轴动平衡以及装配调整。

22、进一步的，齿轮和轴承整机装配成航空发动机中央传动装置、发动机附件机匣或飞机附件机匣。

23、本发明的优点是：本发明能够主动解决振动波动大、中调制频率及半频现象、振动频率叠加和互相激振现象和连续惰轮互相激振的技术问题。定位问题准确，通过监控传动系统各轴系、齿轮运转状态，发现传动系统故障信号。在系统中结合传动系统传动原理计算传动系统轴系运转过程中产生的转频和啮合频率以及运转过程衍生的边频、倍频和分频，并设置边界条件，实时捕捉稳态运转过程中出现的高幅值特征和异常突变信号，同时向试车台采集系统发送信号，进而传递给试车台控制系统实现对传动系统的控制，同时，通过对振动测试频谱特征解析，找到关键有害频谱进行识别，并完成安全阈值设置，实现试验中的重点监控。

24、本发明避免了在产品运转异常时反复开展产品分解检查、修形、动平衡、复装、复试工作，快速实现故障问题定位，并给出有效的修形、动平衡、印痕调节及装配改进的意见，提高了工艺改进效果，将状态评估分析周期从原有的多轮分析、改进、验证缩短至1－2轮，有效解决传动系统振动失效抑制难题的同时，达到设计指标与试验验证一致性的深度融合。基于齿轮和轴承整机装配的故障确定方法确保了在有效模拟发动机真实工况下传动系统运转状态的全面评估。

技术特征：

1.一种基于齿轮和轴承整机装配的故障确定方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.如权利要求1所述的一种基于齿轮和轴承整机装配的故障确定方法，其特征在于：所述步骤三至步骤五进行多次迭代。

3.如权利要求1所述的一种基于齿轮和轴承整机装配的故障确定方法，其特征在于：振动测试系统具备0～50khz的高频采样能力和宽频振动监测。

4.如权利要求1所述的一种基于齿轮和轴承整机装配的故障确定方法，其特征在于：所述修改工艺包括齿轮修形、印痕调整、轴动平衡以及装配调整。

5.如权利要求1所述的一种基于齿轮和轴承整机装配的故障确定方法，其特征在于：齿轮和轴承整机装配成航空发动机中央传动装置、发动机附件机匣或飞机附件机匣。

技术总结本发明提供一种基于齿轮和轴承整机装配的故障确定方法，包括如下步骤：根据传动原理得到装配后每个齿轮的特征频率和每个轴承的特征频率，建立齿轮和轴承的整机装配三维模型并进行有限元分析得到齿轮及轴承的节径振动；对齿轮和轴承整机装配状态进行多次振动整机测试试验；将所述单峰值阈值范围及对应的频率，以及各个齿轮的特征频率和各个轴承的特征频率封装到振动测试系统的软件中，由振动测试系统实时跟踪监测及显示，使得振动测试中，当至少一个齿轮或至少一个轴承的振动在单峰值阈值范围内，能够由振动测试系统给出报警提示；进行振动测试，所述报警提示的数据由振动测试系统实时同步传输到传动系统试车台的控制及数据采集系统中，根据记录的振动频谱图判断是否存在幅值波动，若存在则判断为装配故障。本发明避免了在产品运转异常时反复开展产品分解检查、修形、动平衡、复装、复试工作，快速实现故障问题定位。技术研发人员：张琳琳,郑建伟,陈洪喜,赵志超,刘天宇,任益,李晓水,田旭,马明聪,李鑫受保护的技术使用者：中国航发哈尔滨东安发动机有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/27