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[摘 要]当前，随着直升机在我国民用或是军用方面的日益增加，提高直升机运行的安全性和可靠性成为了相关人员研究的重点课题。直升机在实际运行过程中，出现故障的概率较高，其中传动系统故障是众多故障中的一种，而对其故障诊断进行研究，对于提高直升机运行效率具有十分重要的意义。文章就此对直升机传动系统故障诊断进行了分析，内容供大家参考和借鉴。
[关键词]直升机；传动系统；故障诊断
中图分类号：G358 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0240-01
前言
我国直升机技术的不断发展，使得直升机在国防建设中的重要性越来越高，为此，人们对于直升机性能的要求也越来越高。特别是当前的直升机应用了很多新的技术，其结构较为复杂，使得传统的直升机故障诊断和维修方法已经不能够满足直升机可靠性要求。因此，对直升机故障诊断方法进行研究具有一定的现实价值和意义。
1 传动轴故障诊断
传动轴作为直升机传动系统中的重要组成部分，其发生的故障主要有不对中、不平衡、与静止件摩擦、支撑系统连接松动和横向裂纹等。在对以上内容进行故障诊断时，主要采用时域和频域两方面的分析与判断。其中，时域分析法主要是对时域分析图上的波形、轴心轨迹以及阈值进行判定；频域分析主要是进行频谱和阶次分析。阶次是指参考轴每转内发生的循环振动次数，也是振动频率与轴频之比。
阶次与频率的关系为：
其中，为阶次，为参考轴转速（r/min），为信号的振动频率。
对振动信号和转速信号进行等时间的采样，并通过等角度插值得到等角度的离散化数据，然后进行变换即得到阶次分析图。
主要故障特征分析判定说明如下：
第一， 传动轴的不平衡。计算旋转率的1Ω，特征是1Ω振动大，并且振动随着速度的变化明显，轴心的轨迹为椭圆。
第二， 传动轴的不对称。计算旋轉率的1-3Ω，特征为2Ω振动大，同时1Ω和3Ω振动随着转速变化明显，其轴心轨迹为双环椭圆。
第三， 传动轴与静止件摩擦。时域波形存在严重削波，轴心轨迹为扩散或紊乱。
第四， 传动轴支承系统连接松动。计算旋转频率的1-3Ω，松动方向振动增大，轴心轨迹为紊乱。
第五， 传动轴横向裂纹。计算半临界点的2Ω，轴心轨迹为双环椭圆或不规则，此算法应用于发动机启停过程。
2 滚动轴承故障诊断
滚动轴承是旋转机械中的一类重要部件，其结构示意图如下所示：
当滚动轴承出现了局部损伤的情况时，轴承的其他零部件会出现周期性撞击损伤点的现象，并且其产生的冲击力会激励轴承座以及其支撑结构，从而形成一系列的减幅振荡。滚动轴承的故障特征频率即是此减幅振荡产生的频率，也称为“通过频率”，它由轴承几何尺寸、轴的转速以及损伤点的位置确定。根据故障特征频率，可以判断轴承是否出现故障并确定故障发生的位置。各频率的计算分别如下：
根据上述公式可以计算出特定轴承的各故障特征频率，然后，利用傅里叶分析、小波分析等方法提出需要的特征故障频率，进而观察其幅值和各阶倍频幅值，就可以进行故障的诊断分析。
3 齿轮箱故障诊断
直升机的齿轮箱在实际工作中是没有孤立的齿轮副的，所有的齿轮副都要安装到齿轮箱中，并且还要配以轴承或者是轴瓦。因此，对齿轮的故障诊断实际上是对齿轮箱的故障诊断。
齿轮箱的故障诊断综合了转子、滚动轴承、齿轮故障诊断的内容。其常见的故障主要有齿轮不同轴、齿轮偏心、局部异常（包括齿根部有大裂纹、局部齿面磨损、齿轮折断、局部齿形误差）、齿距误差和不平衡等。
我们对没有故障的齿轮进行时域分析，其由于受到自身刚性的影响，波形为周期性的衰减；而在频域上，其齿轮信号主要通过功率反映出来，有啮合频率及其谐波分量，且以啮合频率成分为主，其高次谐波依次减小，同时在低频处有齿轮轴旋转频率及其高次谐波。当齿轮出现故障之后，其时域和频域中的波形就会发生变化，如图2所示。
齿轮不同轴的故障主要是由于齿轮同轴装配不合理引起的。不同轴故障的发生会使得齿轮产生局部接触现象，从而导致部分齿轮承受的载荷较大。从图2（a）中我们可以看出，当齿轮出现不同轴时，其振动的时域信号具有明显的调幅现象。同时，在频域上，由于具有不同轴故障齿轮的振幅调制作用，会在频谱上产生以各阶啮合频率为中心，以故障齿轮的旋转频率为间隔的一阶边频族。并且，故障齿轮的旋转特征频率在频谱上也有一定反映。
因此，对于直升机齿轮箱的故障进行诊断，相关人员可以通过趋势分析、时域分析以及频域分析等方法，将相关信号进行处理，并提出和观察特征频率，进而判断出齿轮箱的故障。
除此之外，还可以根据齿轮箱振动信号的有效值、峰值指标、啮合比、峭度指标以及其残余信号的各项指标参数，与经验阈值比较，判断其是否发生故障，具体计算不再详述。
结束语
综上所述，直升机的传动系统是保证直升机安全运行的重要部分，其一旦发生故障就会带来不可挽回的损失。因此，相关研究人员需要加强直升机传动系统故障诊断的研究，详细分析故障发生的原因，以及故障诊断有效方法，从而保证维修人员能够快速、准确地找到故障所在，并进行有效维修。总之，对直升机传动系统故障诊断的研究，能够促进直升机传动系统安全、稳定、可靠、高效率运行。
参考文献
[1] 王小三.直升机传动系统故障诊断研究及管理系统设计[J].中国机械，2015（5）：134-135.
[2] 孙灿飞，王友仁.直升机行星传动轮系故障诊断研究进展[J].航空学报，2017，38（07）：111-124.
[关键词]直升机；传动系统；故障诊断
中图分类号：G358 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）20-0240-01
前言
我国直升机技术的不断发展，使得直升机在国防建设中的重要性越来越高，为此，人们对于直升机性能的要求也越来越高。特别是当前的直升机应用了很多新的技术，其结构较为复杂，使得传统的直升机故障诊断和维修方法已经不能够满足直升机可靠性要求。因此，对直升机故障诊断方法进行研究具有一定的现实价值和意义。
1 传动轴故障诊断
传动轴作为直升机传动系统中的重要组成部分，其发生的故障主要有不对中、不平衡、与静止件摩擦、支撑系统连接松动和横向裂纹等。在对以上内容进行故障诊断时，主要采用时域和频域两方面的分析与判断。其中，时域分析法主要是对时域分析图上的波形、轴心轨迹以及阈值进行判定；频域分析主要是进行频谱和阶次分析。阶次是指参考轴每转内发生的循环振动次数，也是振动频率与轴频之比。
阶次与频率的关系为：
其中，为阶次，为参考轴转速（r/min），为信号的振动频率。
对振动信号和转速信号进行等时间的采样，并通过等角度插值得到等角度的离散化数据，然后进行变换即得到阶次分析图。
主要故障特征分析判定说明如下：
第一， 传动轴的不平衡。计算旋转率的1Ω，特征是1Ω振动大，并且振动随着速度的变化明显，轴心的轨迹为椭圆。
第二， 传动轴的不对称。计算旋轉率的1-3Ω，特征为2Ω振动大，同时1Ω和3Ω振动随着转速变化明显，其轴心轨迹为双环椭圆。
第三， 传动轴与静止件摩擦。时域波形存在严重削波，轴心轨迹为扩散或紊乱。
第四， 传动轴支承系统连接松动。计算旋转频率的1-3Ω，松动方向振动增大，轴心轨迹为紊乱。
第五， 传动轴横向裂纹。计算半临界点的2Ω，轴心轨迹为双环椭圆或不规则，此算法应用于发动机启停过程。
2 滚动轴承故障诊断
滚动轴承是旋转机械中的一类重要部件，其结构示意图如下所示：
当滚动轴承出现了局部损伤的情况时，轴承的其他零部件会出现周期性撞击损伤点的现象，并且其产生的冲击力会激励轴承座以及其支撑结构，从而形成一系列的减幅振荡。滚动轴承的故障特征频率即是此减幅振荡产生的频率，也称为“通过频率”，它由轴承几何尺寸、轴的转速以及损伤点的位置确定。根据故障特征频率，可以判断轴承是否出现故障并确定故障发生的位置。各频率的计算分别如下：
根据上述公式可以计算出特定轴承的各故障特征频率，然后，利用傅里叶分析、小波分析等方法提出需要的特征故障频率，进而观察其幅值和各阶倍频幅值，就可以进行故障的诊断分析。
3 齿轮箱故障诊断
直升机的齿轮箱在实际工作中是没有孤立的齿轮副的，所有的齿轮副都要安装到齿轮箱中，并且还要配以轴承或者是轴瓦。因此，对齿轮的故障诊断实际上是对齿轮箱的故障诊断。
齿轮箱的故障诊断综合了转子、滚动轴承、齿轮故障诊断的内容。其常见的故障主要有齿轮不同轴、齿轮偏心、局部异常（包括齿根部有大裂纹、局部齿面磨损、齿轮折断、局部齿形误差）、齿距误差和不平衡等。
我们对没有故障的齿轮进行时域分析，其由于受到自身刚性的影响，波形为周期性的衰减；而在频域上，其齿轮信号主要通过功率反映出来，有啮合频率及其谐波分量，且以啮合频率成分为主，其高次谐波依次减小，同时在低频处有齿轮轴旋转频率及其高次谐波。当齿轮出现故障之后，其时域和频域中的波形就会发生变化，如图2所示。
齿轮不同轴的故障主要是由于齿轮同轴装配不合理引起的。不同轴故障的发生会使得齿轮产生局部接触现象，从而导致部分齿轮承受的载荷较大。从图2（a）中我们可以看出，当齿轮出现不同轴时，其振动的时域信号具有明显的调幅现象。同时，在频域上，由于具有不同轴故障齿轮的振幅调制作用，会在频谱上产生以各阶啮合频率为中心，以故障齿轮的旋转频率为间隔的一阶边频族。并且，故障齿轮的旋转特征频率在频谱上也有一定反映。
因此，对于直升机齿轮箱的故障进行诊断，相关人员可以通过趋势分析、时域分析以及频域分析等方法，将相关信号进行处理，并提出和观察特征频率，进而判断出齿轮箱的故障。
除此之外，还可以根据齿轮箱振动信号的有效值、峰值指标、啮合比、峭度指标以及其残余信号的各项指标参数，与经验阈值比较，判断其是否发生故障，具体计算不再详述。
结束语
综上所述，直升机的传动系统是保证直升机安全运行的重要部分，其一旦发生故障就会带来不可挽回的损失。因此，相关研究人员需要加强直升机传动系统故障诊断的研究，详细分析故障发生的原因，以及故障诊断有效方法，从而保证维修人员能够快速、准确地找到故障所在，并进行有效维修。总之，对直升机传动系统故障诊断的研究，能够促进直升机传动系统安全、稳定、可靠、高效率运行。
参考文献
[1] 王小三.直升机传动系统故障诊断研究及管理系统设计[J].中国机械，2015（5）：134-135.
[2] 孙灿飞，王友仁.直升机行星传动轮系故障诊断研究进展[J].航空学报，2017，38（07）：111-124.