一种航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法与流程

1.本技术属于航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测技术领域，具体涉及一种航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法。


背景技术：

2.航空发动机主轴承故障多发，危及航空发动机的使用安全，大量主轴承失效分析结果统计表明，航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障主要失效模式。
3.当前，对于航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障监测主要采用稀疏分解、奇异值分解等振动信号处理方法或者频谱分析法。
4.稀疏分解、奇异值分解等振动信号处理方法，在计算过程中涉及复杂的矩阵运算，计算效率低，易超出机载系统内存。
5.频谱分析方法，直接从频谱中搜索滚珠轴承外圈剥落故障的特征频率，受航空发动机内部复杂结构和传递路径的干扰，滚珠轴承外圈剥落故障特征传递到机匣上时会产生严重衰减，振动信号中滚珠轴承外圈剥落故障信息极其微弱，信噪比极低，难以从中提取得到滚珠轴承外圈剥落故障特征频率，此外，滚珠轴承为角接触球轴承，接触角存在一定的变化范围，且存在一定的打滑现象，致使滚珠轴承外圈剥落故障特征频率存在一定的变化范围，在不清楚滚珠轴承外圈剥落故障特征频率变化范围的情况下，直接从频谱中搜索滚珠轴承外圈剥落故障的特征频率会导致很大的误差，从而产生漏报和误报。
6.鉴于上述技术缺陷的存在提出本技术。
7.需注意的是，以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本技术的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本技术的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。


技术实现要素：

8.本技术的目的是提供一种航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法，以克服或减轻已知存在的至少一方面的技术缺陷。
9.本技术的技术方案是：
10.一种航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法，包括：
11.采用3125-6250hz对振动信号进行滤波，得到滤波信号；
12.对滤波信号进行归一化自相关降噪；
13.计算滤波信号的有效值，作为滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量fbe5；
14.对比滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量fbe5、频带能量特征量故障阈值th，判断是否发生滚珠轴承外圈剥落故障。
15.根据本技术的至少一个实施例，上述的航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法中，所述对比滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量fbe5、频带能量特征量故障阈值th，判断是否发生滚珠轴承外圈剥落故障，具体为：
16.若f
v3
》th，则判断滚珠轴承外圈剥落故障；
17.若f
v3
≤th，则判断滚珠轴承外圈正常。
18.根据本技术的至少一个实施例，上述的航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法中，滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量故障阈值th取0.05。
19.本技术至少具有以下有益技术效果：
20.提供一种航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法，从滚珠轴承外圈剥落故障演化的能量迁移特征出发，指定频带滤波，可以避免其他频带的干扰，避免误报，并利用自相关降噪方法滤除噪声等杂波干扰，能够有效提取滚珠轴承外圈剥落故障引起的周期冲击信号特征，滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量，能够更加准确地反映滚珠轴承外圈剥落的故障状态，可以有效避免因滚珠轴承接触角的变化而导致的故障特征频率的变化，从而产生的漏报和误报，且整体计算量不大，计算速度较快，能够很好的满足航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测的需求。
附图说明
21.图1是本技术实施例提供的航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法的示意图。
具体实施方式
22.为使本技术的技术方案及其优点更加清楚，下面将结合附图对本技术的技术方案作进一步清楚、完整的详细描述，可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅是本技术的部分实施例，其仅用于解释本技术，而非对本技术的限定。需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本技术相关的部分，其他相关部分可参考通常设计，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的技术特征可以相互组合以得到新的实施例。
23.此外，除非另有定义，本技术描述中所使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内一般技术人员所理解的通常含义。本技术描述中所使用的“上”、“下”、“左”、“右”、“中心”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等表示方位的词语仅用以表示相对的方向或者位置关系，而非暗示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，当被描述对象的绝对位置发生改变后，其相对位置关系也可能发生相应的改变，因此不能理解为对本技术的限制。本技术描述中所使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似用语，仅用于描述目的，用以区分不同的组成部分，而不能够将其理解为指示或暗示相对重要性。本技术描述中所使用的“一个”、“一”或者“该”等类似词语，不应理解为对数量的绝对限制，而应理解为存在至少一个。本技术描述中所使用的“包括”或者“包含”等类似词语意指出现在该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
24.下面结合附图1对本技术做进一步详细说明。
25.一种航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法，包括以下步骤：
26.采用3125-6250hz对振动信号进行滤波，得到滤波信号；
27.对滤波信号进行归一化自相关降噪；
28.计算滤波信号的有效值，作为滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量fbe5；
29.对比滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量fbe5、频带能量特征量故障阈值th，判断是否发生滚珠轴承外圈剥落故障。
30.若f
v3
》th，则判断滚珠轴承外圈剥落故障；
31.若f
v3
≤th，则判断滚珠轴承外圈正常。
32.th可取0.05。
33.滚珠轴承外圈剥落故障的预警时长为，判断发生滚珠轴承外圈剥落故障的时刻，到滚珠轴承失效时间的间隔。
34.在一个具体实施例中，以上述航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法，对2台滚珠轴承外圈剥落故障航空发动机、2台正常航空发动机，进行滚珠轴承外圈剥落故障诊断，诊断结果中，滚珠轴承外圈剥落故障航空发动机的特征融合特征量f
v3
显著大于0.05，具有明显的故障演化趋势，正常发动机的特征融合特征量f
v3
显著小于0.05，对于滚珠轴承外圈剥落故障航空发动机的综合诊断率为80.23％，对于正常航空发动机的综合诊断率为88.46％。
35.上述实施例公开的航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法，从滚珠轴承外圈剥落故障演化的能量迁移特征出发，指定频带滤波，可以避免其他频带的干扰，避免误报，并利用自相关降噪方法滤除噪声等杂波干扰，能够有效提取滚珠轴承外圈剥落故障引起的周期冲击信号特征，滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量，能够更加准确地反映滚珠轴承外圈剥落的故障状态，可以有效避免因滚珠轴承接触角的变化而导致的故障特征频率的变化，从而产生的漏报和误报，且整体计算量不大，计算速度较快，能够很好的满足航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测的需求。
36.说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
37.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本技术的技术方案，领域内技术人员应该理解的是，本技术的保护范围显然不局限于这些具体实施方式，在不偏离本技术的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法，其特征在于，包括：采用3125-6250hz对振动信号进行滤波，得到滤波信号；对滤波信号进行归一化自相关降噪；计算滤波信号的有效值，作为滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量fbe5；对比滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量fbe5、频带能量特征量故障阈值th，判断是否发生滚珠轴承外圈剥落故障。2.根据权利要求1所述的航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法，其特征在于，所述对比滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量fbe5、频带能量特征量故障阈值th，判断是否发生滚珠轴承外圈剥落故障，具体为：若f
v3
>th，则判断滚珠轴承外圈剥落故障；若f
v3
≤th，则判断滚珠轴承外圈正常。3.根据权利要求1所述的航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法，其特征在于，滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量故障阈值th取0.05。

技术总结
本申请属于航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测技术领域，具体涉及一种航空发动机中滚珠轴承外圈剥落故障机载监测方法，包括：采用3125-6250Hz对振动信号进行滤波，得到滤波信号；对滤波信号进行归一化自相关降噪；计算滤波信号的有效值，作为滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量FBE5；对比滚珠轴承外圈剥落故障频带能量特征量FBE5、频带能量特征量故障阈值Th，判断是否发生滚珠轴承外圈剥落故障。障。障。


技术研发人员：吴英祥 董超 赵晓宇 黄海 冯国全 杜少辉 陈果
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.07.13
技术公布日：2023/10/15