[发明专利]基于声学测试的航空发动机中央传动锥齿轮故障诊断方法

说明书

本发明涉及航空发动机声学测试领域，尤其涉及基于声学测试的航空发动机中央传动锥齿轮故障诊断方法。该方法包括：获取预处理后航空发动机中央传动锥齿轮的噪声信号，同时需要采集齿轮旋转轴的转速信号；将预处理的噪声信号作为被测声压信号，利用转速信号对其进行阶次分析，得到阶次分析瀑布图；在阶次分析瀑布图上观测被测齿轮啮合频率附近是否有边频带出现；若出现边频带，提取边频带的特征；根据边频带的特征，分析齿轮的故障以及发生位置。

技术领域:

本发明涉及航空发动机声学测试领域，尤其涉及基于声学测试的航空发动机中央传动锥齿轮故障诊断方法。

背景技术

齿轮作为传动部件在机械设备上得到了广泛的应用，同时它也是十分易损的。齿轮的技术状态好坏可以直接影响整个机械设备的运行可靠性。在航空发动机中，中央传动锥齿轮是匹配发动机和附件机构的重要部件，其主要作用是将发动机主轴转速与功率传递给附件装置。由于航空发动机的工作转速高、转速波动性强，从而会极大增加传动系统动载荷。此外，由于工况和温度的变化和负载引起的外部激励等因素的影响，航空发动机中央传动锥齿轮的寿命和强度会受到极大的考验。

目前国内外一般通过采集齿轮振动信号对齿轮装置进行故障监测和故障诊断。齿轮装置在运转状态下，伴随着其内部故障的发生与发展，必然会导致振动加剧以及能量增大等现象。齿轮的啮合频率为该齿轮的转频乘以齿数，啮合频率的幅值以及变频带情况能够很好的反应齿轮的运行状态。由于航空发动机的高转速特点，其中央传动锥齿轮啮合频率最高可达10kHz以上。振动传感器测试带宽由于安装支座的原因受限，此外复杂的测试环境也给振动传感器的安装带来了相当大的困难。因此，对于航空发动机中央传动锥齿轮而言，采用振动信号对其进行状态监测、故障诊断存在很大的难度。

声学信号也是机械设备状态的重要信息，是振动的另一种表现形式，当设备状态发生改变时，其声学特性也会发生改变。声学测试具有非接触、高频响和高灵敏性等优点，目前国内外没有通过声导管系统采集声学信号对齿轮进行故障诊断的方法。

发明内容

本发明的目的是：提供了一种航空发动机中央传动锥齿轮的故障诊断方法，方法简单，判断准确。

本发明的技术方案是：一种基于声学测试的航空发动机中央传动锥齿轮故障诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：

一种基于声学测试的航空发动机中央传动锥齿轮故障诊断方法，包括：

获取预处理后航空发动机中央传动锥齿轮的噪声信号，同时需要采集齿轮旋转轴的转速信号；

将预处理的噪声信号作为被测声压信号，利用转速信号对其进行阶次分析，得到阶次分析瀑布图；

在阶次分析瀑布图上观测被测齿轮啮合频率附近是否有边频带出现；

若出现边频带，提取边频带的特征；

根据边频带的特征，分析齿轮的故障以及发生位置。

进一步的，根据边频带的特征，分析齿轮的故障以及发生位置，包括：

根据啮合频率和边频带的差频，确定齿轮故障发生的位置；

根据差频的幅值特点，确定齿轮发生哪种故障。

进一步的，根据边频带的特征，分析齿轮的故障以及发生位置，包括：

对被测声压信号进行希尔伯特变换，将变换后的包络信号做FFT，同时对被测信号做倒频谱；

将包络信号的FFT谱和倒频谱融合分析，确定齿轮是否故障，以及发生的部位。

进一步的，所获取预处理后航空发动机中央传动锥齿轮的噪声信号，包括：

利用声导管系统引出齿轮箱内部噪声，在声导管开孔处通过布置的声压传感器采集噪声信号；