航空发动机齿轮磨削烧伤电磁无损检测技术研究

发布时间：2020-11-15 10:10

　　 齿轮是航空发动机传动系统的核心构件。其表面层质量直接影响发动机的功能和使用寿命。齿轮的磨削加工中,磨粒的切削、刻划和滑擦作用可能导致齿轮产生磨削烧伤,产生如耐腐蚀、耐磨和抗疲劳强度等性能退化,严重烧伤时还会萌生裂纹造成断齿等严重事故,严重影响飞机的飞行安全。工厂通常采用酸蚀法对齿轮磨削烧伤检测,这种方法不仅受操作者影响因素大,精度低,更不利的是对齿轮有一定的微损伤和可能导致氢脆,因此,开发一种能快速检测和评价齿轮表面磨削损伤的无损检测方法显得尤其重要。在研究了齿轮磨削烧伤形成因素,磨削烧伤组织的电磁特性基础上,分别研究涡流、漏磁和巴克豪森检测磨削烧伤检测的优缺点和磨削烧伤的检出率,针对存在的问题,提出涡流、漏磁和巴克豪森检测数据融合提高检出率的方法,在设计和制作涡流、漏磁和巴克豪森齿轮综合检测系统和编制相应的数据采集和分析软件基础上,采用三种电磁检测信号进行归一化处理算法并进行归一化处理,对11个(946个齿面)齿轮研究分析结果表明:由于磨削烧伤部位磁导率减低,使得涡流信号中的相位角度降低,磨削烧伤部位和磨削烧伤部位的磁导率差增加,使得泄露磁场强度增加,磨削烧伤部位磁畴钉扎作用强,磁畴偏转伴随的噪声强度提高,巴克豪森噪声电压的均方根值增加,因此涡流、漏磁、巴克豪森方法均可以用于磨削烧伤检测,单参数检测时,利用的磨削烧伤部位的磁特性参数不同,磨削烧伤的检出率不能满足工程实际的高可靠性的要求,本文提出综合利用磨削烧伤部位的磁特性参数的数据融合方法,在归一化处理涡流检测、漏磁检测、巴克豪森检测参数后,对三种参数进行K均值聚类、马氏距离判别、BP神经网络数据融合,融合结果为:K均值聚类融合磨削烧伤的判断准确率97.25%,马氏距离判别融合磨削烧伤的判断准确率90.54%,BP神经网络数据融合判断准确率94.52%,均高于单参数检测的检出率,其中K均值聚类融合效果最好。本文综合巴克豪森、涡流、漏磁检测三种电磁无损检测方法,应用基于机器学习的数据分析方法,给出评判算法并进行验证,将传统的对产品检测上升到评估层面,为齿轮磨削烧伤无损检测提供了一种新思路。
【学位单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V263.6
【部分图文】：

航空大学硕士学位论文 第 1 显微硬度值直到 100μm 的地方依然较低。在对这些工件材料进行能谱，可以确定燃烧表面除了极薄的氧化膜仍然是基体材料，这表明表面硬磨主要是由于钝化以及砂轮的磨粒和磨粒在工件表面上很进行强挤压和大量的研磨热，导致研磨区温度过高，从而使表面变色，表层金相组织。随航空工业机械加工水平的提高，齿轮表面机加工质量不断提高，由于寸及表面粗糙度影响产品寿命的案例不断减少，然而，航空零部件因磨失效的案例越来越多。例如，约 40%的轴承故障是由于内部原因造成期故障。磨削加工问题占 40%，外部因素约占 60%。磨削烧伤容易在过程中出现，使表面层软化形成硬而脆的二次淬火层。在反复剪切应力，裂纹出现的原因是局部表面变形。在之后的作用下，小裂纹会逐渐变产生裂纹。轴承的承载能力大幅下降，裂纹尖端会由于尖端弯应力发生落。最终大面积片状剥落，齿轮磨削烧伤造成失效的案例参见图 1-1。

分别对以上三组齿轮制取试样，并在节圆部位表面检测残余应力，检测结果如图1-2，渗碳淬火磨削形成的残余应力见图 1-3。结果显示，足够的淬火冷却对提高表面残余压应力有帮助，由于磨削过热会在次表层产生较大的拉应力，恰当的磨削工艺不会影响残余应力的分布[8]。

图 1-3 不同磨削状态条件下的齿轮残余应力分布航工业某厂主要采用目视检查和酸洗法对齿轮是否存在磨检查磨削裂纹，酸洗法属于抽检且易引起金属构件氢脆等部件无法投入使用，也属于破坏性检测，急需一种无损检磨削烧伤的快速、定量检测。生磨削烧伤后，齿轮表面的组织与形貌也会发生变化，强之改变，对齿轮的产品性能以及使用寿命都有很大的影响特性会发生一定的变化，当前磨削烧伤的主流检测方法就，鉴别方法有：也称酸洗法，流程如下：试验工件放入到一定比例的酸性对不同酸性的敏感度各异，进而呈现不同的颜色。参考齿家标准，依据烧伤面积百分比和回火烧伤颜色判断磨削程积越大，表明烧伤越严重。该方法广泛应用于工业领域，染的方法，会对试件造成损坏。即使表面完整，酸洗前后
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本文编号：2884645