直升机被广泛地应用于地质勘查、海上救急、火灾救援、治安巡逻等国民经济领域和国防建设领域,对国民经济发展和国家安全起着至关重要的作用。作为直升机的重要组成部分,传动系统的工作环境复杂且本身结构复杂,使得传动系统很容易发生故障,传动系统一旦发生故障,往往会引发严重的事故。直升机传动系统结构复杂,难以通过实验获取故障数据。针对此问题,本文通过故障建模的方法,建立含断齿故障、点蚀故障以及裂纹故障的直升机传动系统,然后通过仿真分析,研究传动系统齿轮故障的演变规律。并提出了一种基于高斯混合隐马尔科夫模型(GMM-HMM)的齿轮故障诊断方法。本文的主要研究内容如下:(1)直升机传动系统齿轮建模与仿真分析。本文以某型号直升机主减速器为研究对象,利用UG建立直升机齿轮传动系统的三维实体模型,通过UG和ADAMS的专业接口软件,将齿轮传动系统的三维实体模型以Parasolid格式导入到ADAMS中,对齿圈进行柔性化处理,添加运动副、接触力、驱动和负载等,从而保证齿轮传动系统能够顺利运行。计算齿轮的接触刚度接触刚度系数,设置各接触力之间力指数、阻尼系数、最大侵入深度、摩擦力等。通过多次仿真确定最合适的接触刚度和阻尼系数,然后进行仿真分析,通过传动比和啮合频率来验证模型的正确性,并通过实验验证,从而证明了建模方法的正确性。(2)直升机传动系统典型齿轮故障建模与仿真分析。以建立的无故障直升机齿轮传动系统为基础,利用UG的特征命令建立1/4断齿、2/4断齿、3/4断齿、全部断齿、两种点蚀故障以及裂纹故障齿轮,然后以Parasolid格式导出,最后根据正常太阳轮的位置和方向坐标,将故障齿轮导入到直升机齿轮传动系统中,替代正常齿轮,分别建立含断齿、点蚀或裂纹故障的直升机齿轮传动系统。重新添加约束副、接触力、驱动和负载等,分析断齿对接触刚度的影响,计算含断齿故障时的接触刚度系数,然后对其进行仿真分析。对比分析四种断齿故障状态下齿轮系统的时域、频域、接触力以及delta势能的大小变化,发现随着断齿程度的加深,时域、频域、接触力以及delta势能的幅值在不断增大。并分析含点蚀或裂纹故障下的直升机传动系统振动加速度信号的时域、频域变化,从而验证齿轮建模的正确性以及齿轮故障植入方法的正确性,最后通过实验验证。(3)根据ADAMS仿真得到的振动加速度信号,将正常、断齿、点蚀以及裂纹四种加速度信号作为样本输入对高斯混合隐马尔可夫模型进行训练,由于齿轮振动信号存在不同的频域能量,故需对齿轮故障信号进行小波包分解与重构,得到小波包分解系数,并重构各分解后的小波包系数,根据不同故障状态下的齿轮振动信号在频域能量分布中的差异性,首先对重构后的小波系数进行特征向量提取,然后将经过小波包分解与重构的故障信号的特征向量进行归一化处理,从而提高分辨率,达到消噪的目的。建立高斯混合隐马尔科夫模型库,然后重新采集这四种状态下的信号,输入到之前用仿真数据建立起来的高斯混合隐马尔科夫模型中,判断仿真方法对隐马尔可夫模型的诊断效果。