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1关于直升机变速器齿轮的自动故障预测阿维纳什V.Sarlashkar肯尼思.巴洛WangmingLu教授迈克尔J.罗默教授ImpactTeconologies有限公司海军航空系统司令部运河景大道200号,300号套房AIR4.4.3.3罗切斯特,纽约14623马里兰州帕塔克森特河摘要在直升机电力输送装置故障是非常重要的,无论从乘客的安全,还是从资产的能力考虑来完成这个任务。两个突出的失效模式存在于使用直升机传动的螺旋锥齿轮中。这些失效模式是a)齿疲劳分离的高周期裂纹原产于牙片和b)表面损伤表面划伤造成牙齿接触的齿轮损伤。一个来执行齿轮故障预测的自动化过程已经开发出来,包括了螺旋锥齿轮所需要的关键要素,失败进展率的可靠估计和提供相关的置信区间。螺旋锥齿轮预测系统(GPS)描述了自动生成齿轮的几何形状及相关有限元模型,计算估计的齿面接触载荷,三维断裂力学,导致剩余使用寿命预测。该软件系统被设计能在WindowsPC上运行,该WindowsPC能运行微软Windows操作系统和无缝地使用ANSYS有限元程序及Franc3D三维断裂力学方案。AISI9310也载有对齿轮胶合材料的测试结果。特别指出的是,试验结果颁发了关于划伤损坏的程度和相关特征,例如石油碎片浓度和牵引系数的变化。关键词故障预测,HCF,螺旋锥齿轮,断裂力学,Franc3D,ANSYS序言螺旋锥齿轮被广泛应用于直升机的传动。因此,单个螺旋锥齿轮的可靠性在整架直升机的可靠性和安全性中起关键作用。齿轮的故障有两种主要模式,第一种模式是高周疲劳(HCF)在裂纹扩展之后驱动裂纹萌生的。裂纹通常在强载荷的齿根地区产生。它有可能从一处表面的损伤,如点蚀,或交替导致牙齿表面产生裂纹,也有可能从一处标记或其他加工表面损伤装配过程中产生。最坏的结果涉及裂纹扩展,最终导致牙齿分离和随后的变速箱功能丧失。第二个故障模式涉及齿面恶化,结果可以是以下一个或多个磨损,点蚀和划伤。与表面损伤相关的典型症状是振动和噪音水平的提高。在螺旋锥齿轮预后系统(GPS)中,相对于其他形式的表面损伤,划伤和磨损后更严重,因此可以迅速减少剩余使用寿命(RUL)。划伤是牙齿表面的不正常磨损,由于高接触压力和界面滑动速度的组合。接触面之间的高接触压力和高滑动速度会导致重复局部2焊和表面断裂,从而导致严重恶化。计算螺旋锥齿轮系统中的剩余使用寿命取决于故障模式。对于上述第一个故障模式,总的使用寿命由两部分组成裂纹萌生寿命和裂纹扩展的疲劳寿命。对于第二个故障模式,表面耐用性决定其使用寿命,一定量的表面损伤是需要时间积累的,例如,接触表面的磨损深度。表面耐久性取决于许多因素,例如,滚动和滑动速度,接触压力,润滑剂类型和润滑类型,材料和相关的热处理材料等。承包商在PhaseIISBIR的努力和影响科技有限公司的发展下,该原型的全球定位系统,目的是为了表现一个以物理为基础的强大工具,该工具是螺旋锥齿轮不同故障模式的物理模型和为提高螺旋锥齿轮故障预测系统,同时有能力使用振动和其他系统级的功能。此系统包括几个模块1)自动生成的螺旋锥齿轮几何尺寸及相关的有限元模型,2)齿轮齿面接触分析,3)裂纹萌生和三维裂纹扩展的计算,4)齿轮表面划伤模型,5)一个具有健康与使用监控系统(HUMS)数据集成的例子。全球定位系统的核心是齿轮预后内核,不同的模块之间进行交互。图1螺旋锥齿轮预后系统中的建筑构造(GPS)该方案开发出来后是在WindowsPC上运行,该WindowsPC能运行微软软件,并且能和商业有限元分析软件ANSYS,三维断裂力学方案Franc3D,格里森的齿轮齿面接触分析程序T900无周期交互运行。ANSYS主要用于分析主要结构和后处理模块,Franc3D用于三维裂纹扩展的分析,T900方案用于齿轮有限元模型的3生成和齿轮齿面接触分析。全球定位系统输出的是估计剩余使用寿命,如经营小时的时间测量。首先,输入数据包括螺旋锥齿轮的几何,转矩,材料性能,和其他系统级功能数据,可以用来转换预测分析结果。更重要的是,这有两种类型的测试数据基于振动信号特征和实验获得的划伤进度的信息。如果处理得当,数值预测的结果(ANSYS软件,Franc3D,T900)与那些测试和实时的测量数据相融合,可以显著提高RUL预测的鲁棒性和准确性。在接下的章节中,介绍了GPS发展的基本概念,提出了关于一个模块对模块的基础。在下一节中,介绍了齿轮几何和有限元模型生成模块。其次是介绍了齿轮齿面接触分析模块。这两个模块使用的T900方案是由格里森公司开发的。一个关于三维断裂力学方案,Franc3D修改的版本,是由断裂分析顾问开发的,用于执行三维裂缝模拟。这个关于Franc3D修改后的版本是紧接ANSYS的耦合计算,以提高效率。全球定位系统内核收集所有信息的来源,然后融合这一信息,以产生最佳RUL的在职资产的估计。融合的基本思想是使用尽可能多的证据,如检测数据,为了提高将要由单独的分析模型产生结果的质量。自动生成的有限元模型与齿轮几何模块齿轮几何尺寸及相关有限元(FE)模型作为全球定位系统的起点。格里森的T900方案的自定义版本用来自动地生成这些信息。图2显示了齿轮/齿轮有限元模型的生成是使用格里森的方案。有限元模型进入ANSYS的目的是为了随后的分析。图2一个小齿轮的有限元模型4在全球定位系统中,显示了齿轮/齿轮有限元模型,使用精确的齿轮间隙和齿轮轴的几何形状可以进一步改善上面结果。随着最终用户通过友好的图形用户界面(GUI)提供的几何数据,轴的有限元模型利用ANSYS创建宏。轴生成模块允许定义边界条件(不同的轴承配置)和啮合控制参数。局部齿轮/齿轮模型上面显示的是已经扩展的模型,该模型包含完整轴和轴承座的定义。图3所示是以整个小齿轮轴的有限元模型为例。对于齿轮几何间隙的一个更精确的定义是,轴几何和轴支撑条件与齿轮几何间隙相结合,该定义提供了更好的压力的定义,尤其是对航天航空齿轮。图3小齿轮轴的有限元模型完成的相关几何轴齿轮齿面接触分析除了自动生成的齿轮几何和相关的有限元模型以外,齿轮齿面接触分析使用T900方案来执行的。该T900方案生成的理论共轭线是互相联系的。图4所示为齿面共轭接触线的一个样本。T900方案将其他连续接触过程分离成一系列的共轭接触线。一系列的接触点代表着一条接触线。齿面接触分析在每一个接触点中提供了接触压力和滑动速度。接触压力和滑动速度都将被用来预测齿轮表面磨损率和(或)划伤程度。
编号:201311171855267788    大小:2.39MB    格式:DOC    上传时间:2013-11-17
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英文资料库上传于2013-11-17

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