美国Spectra Quest公司开发的齿轮传动系统故障模拟试验台开展齿轮齿根疲劳裂纹演化试验。首先，利用钼丝线切割方法在试验台第二级行星轮系的太阳轮上齿根弯曲应力最大的位置（齿根过渡圆弧的中部）加工一个小切口，如图6-11所示。这种植入故障的方式导致齿根处局部应力集中，最终导致裂纹的形成和扩展。通过按照实验前编制好的转速谱和载荷谱控制负载（图6-12），促使裂纹快速形成和扩展，实验在齿轮临近完全失效前被终止（图6-13），失效的根据是在采集系统频谱分析仪的FFT频谱中观测到了较大的变化。与此同时，采集并保存裂纹损伤演化过程中的试验数据。
图6-11 太阳轮根部加工的小切口
图6-12 裂纹演化过程中的转速和载荷谱
a）转速谱 b）载荷谱
在实验过程中，每运行50min停机检查与记录齿根裂纹的实际演化情况。根据实验记录，当齿根疲劳裂纹扩展至太阳轮轮齿断裂时，故障演化实验的实际运行时间为757min，植入缺口的太阳轮的总寿命为127.3万转。这一实验提供了齿轮从初始裂纹状态到失效的整个过程中近似连续的数据。在数据分析时，假设负载和转速保持预测时的状态不变，忽略停机和开机对裂纹演化的影响，也不考虑加减速过程对损伤演化的强化效应。(www.xing528.com)
对360min时的试验数据进行剩余使用寿命预测。首先通过时间同步平均算法对各组试验数据进行降噪处理，分别从各组试验数据中抽取20个数据样本计算各预测特征参数，以用于剩余使用寿命预测，如图6-14所示，为更好地观察曲线之间的偏离情况，图中的纵坐标采用非均匀标度。失效时损伤度为1360min时损伤度为0.12，实线表示剩余使用寿命预测曲线，虚线表示剩余使用寿命预测结果的上限和下限，带“+”的实线表示实际的寿命曲线。根据预测结果，最大概率的寿命为723min，置信度为95%的寿命为681min，预测寿命的下限和上限分别为647min和920min。
从以上结果中可以发现，随着预测时间的延长，寿命预测结果的准确度和精度不断降低，具体体现为预测曲线越来越偏离真实寿命，预测结果概率分布的方差越来越大。分别计算各类预测结果的准确度，最大概率剩余使用寿命的准确度为91.4%，95%置信度下剩余使用寿命的准确度为80.9%。可见，为了提高预测结果的可靠性和装备的安全性，只能以牺牲寿命预测的准确度为代价。
图6-13 完全失效时的太阳轮
图6-14 剩余使用寿命预测
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