航空传动装置振动故障模拟试验器

1.本发明属于航空航天传动领域，涉及一种航空传动装置振动故障模拟试验器。


背景技术：

2.航空发动机是的心脏，附件传动装置是航空发动机的关键部件之一，作为动能传递与分配装置，保障发动机及飞机的启动系统、燃油系统、滑油系统、液压系统等主要附件的正常运转。
3.由于发动机附件传动装置转速高、载荷大，振动与冲击环境复杂，常导致附件传动装置发生各种机械故障，如齿轮/花键断齿、磨损，振动超标、轴承失效等。实际附件传动装置挂在发动机上，直接通过发动机整机试车和飞行实验开展振动故障诊断成本极高，并且很难模拟传动装置的典型故障。因此开发专用的航空传动装置振动故障模拟试验器，开展振动机理及振动故障预测与诊断，对于附件传动装置的设计、制造、运行与维护具有重要指导作用，同时对于保障飞机及发动机稳定可靠运行具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明针对航空发动机附件传动装置试验器缺乏，及现有试验器功能、结构、实用性等方面存在的问题，提出航空传动装置振动故障模拟试验器。
5.本发明的技术方案如下：
6.航空传动装置振动故障模拟试验器，由输入端、输出端、齿轮传动系统9、滑油系统14和测控系统组成。
7.所述的输入端与输出端包括驱动电机1、驱动端膜片联轴器2、可活动支座3、内花键轴7、外花键轴8、输出端膜片联轴器ⅰ10、输出端膜片联轴器ⅱ12和负载电机13；驱动电机1通过驱动端膜片联轴器2与内花键轴7连接，内花键轴7支撑在可活动支座3上；内花键轴7与齿轮传动系统9的齿轮轴均是中空的，外花键轴8为双头结构，其两头分别深入内花键轴7和齿轮轴中并通过花键连接实现扭矩的传递；可活动支座3通过紧固螺钉5、紧固螺栓4固定在铸铁平台上，紧固螺钉5、紧固螺栓4固定之前，可活动支座3在调节螺钉6的调节下可以绕紧固螺栓4旋转；齿轮传动系统9的输出轴为齿轮轴ⅱ9-4，通过输出端膜片联轴器ⅰ10与测控系统中的扭矩转速传感器11的一端连接；扭矩转速传感器11的另一端通过输出端膜片联轴器ⅱ12与负载电机13连接。
8.所述的齿轮传动系统9包括齿轮箱箱体9-1、齿轮箱箱盖9-2、齿轮轴ⅰ9-3、齿轮轴ⅱ9-4、齿轮轴ⅲ9-5、齿轮轴ⅳ9-6、齿轮轴
ⅴ
9-7、齿轮轴ⅵ9-8、密封圈压盖9-9、动密封圈9-10、轴承衬套9-11和深沟球轴承9-12；齿轮轴ⅵ9-8为传动系统的输入轴，经过齿轮轴
ⅴ
9-7、齿轮轴ⅳ9-6、齿轮轴ⅲ9-5的减速后由齿轮轴ⅱ9-4输出扭矩，齿轮轴ⅰ9-3为齿轮传动系统不平衡加载轴，模拟传动系统的不平衡故障时，可以在齿轮轴ⅰ9-3轴末端放置不平衡盘；六根齿轮轴相互啮合，存在五处齿轮啮合位置，啮合位置的上方附近对应的齿轮箱箱体9-1位置上分别开设一个螺纹孔，螺纹孔上装配有五个快拆式进油接口，方便对齿轮啮合出
进行润滑，齿轮箱箱体9-1底端开有一个出油孔，以回收润滑油；齿轮箱箱盖9-2和齿轮箱箱体9-1上对称设有六组通孔，齿轮箱箱盖9-2和齿轮箱箱体9-1对合后形成完整的齿轮箱，每个通孔上安装一个轴承衬套9-11，四周用螺栓加以固定；六根齿轮轴均为中空的，从下至上依次平行布置，其中，齿轮轴ⅵ9-8作为输入轴且内部设有内花键，齿轮轴ⅱ9-4作为输出轴；每个轴承衬套9-11配置一个深沟球轴承9-12，各个齿轮轴与深沟球轴承9-12的内圈配合，深沟球轴承9-12外圈与轴承衬套9-11相配合；轴承衬套9-11设有凹台用于放置动密封圈9-10，并用动密封圈压盖9-9压紧，动密封圈9-10可以防止润滑油从轴承侧溢出，起密封作用；齿轮传动系统9固定在齿轮箱支架ⅰ15和齿轮箱支撑架ⅱ16上，齿轮箱支架固定在铸铁平台上。
9.所述的滑油系统14包括五路齿轮箱供油管路14-1、可活动支座供油管路14-2以及齿轮箱总回油管路14-3。从齿轮箱供油管路14-1分别与齿轮箱上五个快拆式进油接口配合，分别对五处啮合齿轮副进行润滑；可活动支座供油管路14-2与可活动支座3上的快拆式接油口配合，润滑油从中空的可活动支座3进入带进油口的内花键轴7中，后进入中空的外花键轴8中，外花键轴8左右两端带有密封圈防止滑油溢出，滑油最后从外花键轴8进入中空的齿轮轴ⅵ9-8中，中空的齿轮轴ⅵ9-8开有出油孔，从出油孔甩入齿轮箱中，最后所有滑油进入齿轮箱箱体9-1底端的出油孔，由齿轮箱总回油管路14-3回收进入油箱中。
10.所述的测控系统包括扭矩转速传感器11、工控机17、信号采集仪18、前置放大器19、变频器20和位移加速度传感器21；扭矩转速传感器11位于齿轮轴ⅱ9-4与负载电机13之间，用于测量输出端的扭矩与转速；位移加速度传感器21有两个，分别位于外花键8与齿轮箱箱体9-1上，用于监测其振动；前置放大器19连接扭矩转速传感器11和位移加速度传感器21，信号采集仪18采集经过前置放大器19放大的信号，并传输给工控机17；变频器20与驱动电机1和负载电机13连接，控制其频率。
11.本发明的有益效果：具备航空发动机附件传动装置的故障模拟功能，可单独复现花键的不对中故障、齿轮的不对中、不平衡与齿轮/花键裂纹、断齿故障、轴承故障等，并实现任意情况耦合故障且具备综合数据在线监测功能，试验功能多、拆装方便、故障复现效果好。
附图说明
12.图1为本发明的航空传动装置振动故障模拟试验器示意图。
13.图2为齿轮箱等轴侧视图。
14.图3为齿轮传动系统剖面视图。
15.图4为可活动支座滑油路线示意图。
16.图中：1-驱动电机、2-驱动端膜片联轴器、3-可活动支座、4-紧固螺栓、5-紧固螺钉、6-调节螺钉、7-内花键轴、8-外花键轴、9-齿轮箱传动系统、10-输出端膜片联轴器ⅰ、11-扭矩转速传感器、12-输出端膜片联轴器ⅱ、13-负载电机、14-滑油系统、15-齿轮箱支撑架ⅰ、16-齿轮箱支撑架ⅱ、17-工控机、18-信号采集仪、19-前置放大器、20-变频器、21-位移加速度传感器、9-1-齿轮箱箱体、9-2-齿轮箱箱盖、9-3-齿轮轴ⅰ、9-4-齿轮轴ⅱ、9-5-齿轮轴ⅲ、9-6-齿轮轴ⅳ、9-7-齿轮轴
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、9-8-齿轮轴ⅵ、9-9-密封圈压盖、9-10-动密封圈、9-11-轴承衬套、9-12-深沟球轴承、14-1-齿轮箱供油管路、14-2-可活动支座供油管路、14-3-齿
轮箱总回油管路。
具体实施方式
17.以下结合技术方案和附图，进一步说明本发明的具体实施方式。
18.如图1所示，本发明的航空传动装置振动故障模拟试验器，由驱动电机1、驱动端膜片联轴器2、可活动支座3、紧固螺栓4、紧固螺钉5、调节螺钉6、内花键轴7、外花键轴8、齿轮箱传动系统9、输出端膜片联轴器ⅰ10、扭矩转速传感器11、输出端膜片联轴器ⅱ12、负载电机13、滑油系统14、齿轮箱支撑座ⅰ15、齿轮箱支撑座ⅱ16、工控机17、采集仪18、前置放大器19、变频器20、位移与加速度传感器21。
19.如图2和图3所示，齿轮传动系统9包括齿轮箱箱体9-1、齿轮箱箱盖9-2、齿轮轴ⅰ9-3、齿轮轴ⅱ9-4、齿轮轴ⅲ9-5、齿轮轴ⅳ9-6、齿轮轴
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9-7、齿轮轴ⅵ9-8、密封圈压盖9-9、动密封圈9-10、轴承衬套9-11和深沟球轴承9-12。
20.如图1和图4所示，滑油系统14包括五路齿轮箱供油管路14-1、可活动支座供油管路14-2以及齿轮箱总回油管路14-3。
21.本发明的试验器包括如下功能：
22.(1)花键不对中故障复现研究：可活动支座3通过紧固螺钉5、紧固螺栓4固定在铸铁平台上，紧固螺钉5、紧固螺栓4固定之前，可活动支座3在调节螺钉6的调节下可以绕紧固螺栓4旋转，实现内花键轴7和外花键轴8的倾角不对中。
23.(2)齿轮不对中故障复现研究：通过更换偏心轴承衬套9-11实现轴承轴线与理论对中下轴承轴线的偏移。
24.(3)齿轮裂纹故障复现研究：通过更换故障齿轮轴实现齿轮裂纹故障复现实验的研究。
25.(4)齿轮轴不平衡故障复现研究：六根齿轮轴均伸出齿轮箱，平衡盘可通过胀紧套与齿轮轴连接，实现齿轮轴不平衡故障研究。
26.(5)综合数据在线监测功能：通过扭矩转速传感器11、工控机17、信号采集仪18、前置放大器19、变频器20、位移加速度传感器21，实现试验器的转速控制，并实现各种状态下的振动监测。
27.本发明的试验器使用步骤如下：
28.(1)根据要求设计并加工试验器各个零部件；
29.(2)在试验器安装过程中，先将六根齿轮轴与深沟球轴承9-12配合；将轴承衬套9-11与齿轮箱箱体9-1、齿轮箱箱盖9-2用螺栓固定；将六根齿轮轴装配在对应的轴承衬套9-11中；将齿轮箱箱体9-1与齿轮箱箱盖9-2装配，用螺栓固定，组成齿轮传动系统9；将齿轮传动系统9固定在齿轮箱支撑架ⅰ15和齿轮箱支撑架ⅱ16上，齿轮箱支撑架ⅰ15和齿轮箱支撑架ⅱ16固定在铸铁平台上；安装花键倾角不对中调节系统(驱动端膜片联轴器2、可活动支座3、内花键轴7、外花键轴8、输出端膜片联轴器ⅰ10、输出端膜片联轴器ⅱ12)、驱动电机1、负载电机13、扭矩转速传感器11；最后安装滑油系统14和测控系统(扭矩转速传感器11、工控机17、信号采集仪18、前置放大器19、变频器20和位移加速度传感器21)。
30.(3)根据实验器设计安装其余零部件；
31.(4)对实验器进行调试，并开展花键振动润滑磨损的实验研究；
32.(5)试验完成后，实验器拆卸过程参考上述安装过程，以其相反顺序进行。

技术特征：
1.一种航空传动装置振动故障模拟试验器，其特征在于，所述的航空附件传动系统故障模拟试验器主要由输入端、输出端、齿轮传动系统(9)、滑油系统(14)和测控系统组成；所述的输入端与输出端包括驱动电机(1)、驱动端膜片联轴器(2)、可活动支座(3)、内花键轴(7)、外花键轴(8)、输出端膜片联轴器ⅰ(10)、输出端膜片联轴器ⅱ(12)和负载电机(13)；驱动电机(1)通过驱动端膜片联轴器(2)与内花键轴(7)连接，内花键轴(7)支撑在可活动支座(3)上；内花键轴(7)与齿轮传动系统(9)的齿轮轴均是中空的，外花键轴(8)为双头结构，其两头分别深入内花键轴(7)和齿轮轴中并通过花键连接实现扭矩的传递；可活动支座(3)通过紧固螺钉(5)、紧固螺栓(4)固定在铸铁平台上，紧固螺钉(5)、紧固螺栓(4)固定之前，可活动支座(3)在调节螺钉(6)的调节下可以绕紧固螺栓(4)旋转；齿轮传动系统(9)的输出轴为齿轮轴ⅱ(9-4)，通过输出端膜片联轴器ⅰ(10)与测控系统中的扭矩转速传感器(11)的一端连接；扭矩转速传感器(11)的另一端通过输出端膜片联轴器ⅱ(12)与负载电机(13)连接；所述的齿轮传动系统(9)包括齿轮箱箱体(9-1)、齿轮箱箱盖(9-2)、齿轮轴ⅰ(9-3)、齿轮轴ⅱ(9-4)、齿轮轴ⅲ(9-5)、齿轮轴ⅳ(9-6)、齿轮轴
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(9-7)、齿轮轴ⅵ(9-8)、密封圈压盖(9-9)、动密封圈(9-10)、轴承衬套(9-11)和深沟球轴承(9-12)；齿轮轴ⅵ(9-8)为传动系统的输入轴，经过齿轮轴
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(9-7)、齿轮轴ⅳ(9-6)、齿轮轴ⅲ(9-5)的减速后由齿轮轴ⅱ(9-4)输出扭矩，齿轮轴ⅰ(9-3)为齿轮传动系统不平衡加载轴，模拟传动系统的不平衡故障时，在齿轮轴ⅰ(9-3)轴末端放置不平衡盘；六根齿轮轴相互啮合，存在五处齿轮啮合位置，啮合位置的上方附近对应的齿轮箱箱体(9-1)位置上分别开设一个螺纹孔，螺纹孔上装配有五个快拆式进油接口，方便对齿轮啮合出进行润滑，齿轮箱箱体(9-1)底端开有一个出油孔，以回收润滑油；齿轮箱箱盖(9-2)和齿轮箱箱体(9-1)上对称设有六组通孔，齿轮箱箱盖(9-2)和齿轮箱箱体(9-1)对合后形成完整的齿轮箱，每个通孔上安装一个轴承衬套(9-11)，四周用螺栓加以固定；六根齿轮轴均为中空的，从下至上依次平行布置，其中，齿轮轴ⅵ(9-8)作为输入轴且内部设有内花键，齿轮轴ⅱ(9-4)作为输出轴；每个轴承衬套(9-11)配置一个深沟球轴承(9-12)，各个齿轮轴与深沟球轴承(9-12)的内圈配合，深沟球轴承(9-12)外圈与轴承衬套(9-11)相配合；轴承衬套(9-11)设有凹台用于放置动密封圈(9-10)，并用动密封圈压盖(9-9)压紧，动密封圈(9-10)防止润滑油从轴承侧溢出，起密封作用；齿轮传动系统(9)固定在齿轮箱支架ⅰ(15)和齿轮箱支撑架ⅱ(16)上，齿轮箱支架固定在铸铁平台上；所述的滑油系统(14)包括五路齿轮箱供油管路(14-1)、可活动支座供油管路(14-2)以及齿轮箱总回油管路(14-3)；从齿轮箱供油管路(14-1)分别与齿轮箱上五个快拆式进油接口配合，分别对五处啮合齿轮副进行润滑；可活动支座供油管路(14-2)与可活动支座(3)上的快拆式接油口配合，润滑油从中空的可活动支座(3)进入带进油口的内花键轴(7)中，后进入中空的外花键轴(8)中，外花键轴(8)左右两端带有密封圈防止滑油溢出，滑油最后从外花键轴(8)进入中空的齿轮轴ⅵ(9-8)中，中空的齿轮轴ⅵ(9-8)开有出油孔，从出油孔甩入齿轮箱中，最后所有滑油进入齿轮箱箱体(9-1)底端的出油孔，由齿轮箱总回油管路(14-3)回收进入油箱中；所述的测控系统包括扭矩转速传感器(11)、工控机(11)、信号采集仪(18)、前置放大器(19)、变频器(20)和位移加速度传感器(21)；扭矩转速传感器(11)位于齿轮轴ⅱ(9-4)与负载电机(13)之间，用于测量输出端的扭矩与转速；位移加速度传感器(21)有两个，分别位于
外花键8与齿轮箱箱体(9-1)上，用于监测其振动；前置放大器(19)连接扭矩转速传感器(11)和位移加速度传感器(21)，信号采集仪(18)采集经过前置放大器(19)放大的信号，并传输给工控机(11)；变频器(20)与驱动电机(1)和负载电机(13)连接，控制其频率。

技术总结
本发明属于航空航天传动领域，涉及一种航空传动装置振动故障模拟试验器。该航空传动装置振动故障模拟试验器包括驱动电机、驱动端膜片联轴器、可活动支座、内花键轴、外花键轴、齿轮箱传动系统、输出端膜片联轴器、扭矩转速传感器、负载电机、滑油系统、齿轮箱支撑架和传感器；多个振动位移传感器遍布多处，测量振动位移。本发明具备航空发动机附件传动装置的故障模拟功能，可以复现出航空附件传动系统的花键不对中、齿轮不对中、不平衡、齿轮/花键裂纹或断齿故障，也可复现出任意耦合故障，且具备综合数据在线监测功能，试验功能多、拆装方便、故障复现效果好。障复现效果好。障复现效果好。


技术研发人员：马松 郝长琦 袁运博 赵广 孙瑜 李皓璠 沈勋 王永泉
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/10/8