一種空間活動部件軸系故障的綜合評判方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種空間活動部件軸系故障的綜合評判方法，屬于故障診斷技術領 域。
【背景技術】
[0002]W飛輪、控制力矩巧螺為代表的空間活動部件廣泛應用于各種航天器中來穩(wěn)定或 調整航天器姿態(tài)。軸系作為空間活動部件的核也部件之一，提供穩(wěn)固的回轉支承，具有旋轉 精度高、精度等級高、穩(wěn)定性高和壽命長等特點。軸系一旦出現故障，將嚴重影響空間活動 部件實現主要功能，甚至造成航天器報廢。此外，由于空間活動部件在交付總裝前需要進行 一系列的力學試驗和空間環(huán)境試驗考核，而軸系一旦出現故障，不僅各項試驗需要重做，而 且會延誤交付航天器總裝，甚至會導致航天器延期發(fā)射。將直接影響經濟效益和社會效益。 [000引 目前，國內外對空間活動部件軸系故障的識別，通常通過監(jiān)測電機的電流，分析其 變化趨勢，并結合人為感受振動或噪聲的方式，根據經驗綜合分析判斷軸系是否出現故障， 并通過軸系解剖分析最終定位故障。該種識別方法在地面試驗時可實現在線監(jiān)測分析，較 為簡單、直接，但存在W下缺點：
[0004] (1)空間軸系結構通常采用一對角接觸球軸承、供油系統(tǒng)和加載套筒組成。對于該 一系統(tǒng)，引起電流變化較為復雜，有時是多種因素綜合作用的結果，現有電流方法僅能對故 障進行識別，無法對軸系故障原因進行科學、合理的診斷。在地面試驗時，軸系一旦出現故 障，只能對軸系進行拆解，通過對各部件進行檢驗、測試和分析，才能找到故障原因；軸系一 旦拆解，就意味著部分零部件報廢，前期的各項檢測和試驗將付之東流。
[0005] (2)電流對軸系某些故障的響應慢、敏感度低，特別對于工作表面剝落、壓痕或裂 紋等局部性損傷在初期階段較難監(jiān)測出來，只有當故障積累至一定程度才能通過電流反映 出來。如果將存在此類早期故障的軸系裝入空間活動部件中，甚至交付總裝最終發(fā)射，在軌 運行后出現故障，將嚴重影響空間活動部件實現主要功能，甚至造成航天器報廢，后果難W 估量。
[0006] 因此，采用行之有效的方法對空間活動部件軸系故障進行評判就異常重要。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明解決的技術問題為；克服現有技術不足，提供一種空間活動部件軸系故障 的綜合評判方法，即采用電流、摩擦力矩和微振動H種方式，綜合評判空間活動部件軸系故 障。該方法特別是能夠實現不拆卸軸系下的故障定位。
[0008] 本發(fā)明解決的技術方案為；一種空間活動部件軸系故障的綜合評判方法，包括跑 合檢測階段、電流判斷階段、摩擦力矩判斷階段、微振動判斷階段和故障定位階段；
[0009] 所述跑合檢測階段如下：
[0010] (1)對待測軸系依次在真空中進行第一階段和第二階段跑合，由電機驅動待測軸 系運轉，跑合轉速設定為3000r/min;軸系跑合分為兩個階段，第一階段跑合為24小時，第 二階段跑合不少于96小時；
[0011] (2)在第二階段軸系跑合過程中，持續(xù)監(jiān)測電機的電流；
[0012] (3)對完成（第二階段）跑合后的待測軸系，檢測待測軸系的啟動摩擦力矩Ms和 低速摩擦力矩Md;
[0013] (4)對完成（第二階段）跑合后的待測軸系，檢測待測軸系在設定轉速下，穩(wěn)速運 轉時的微振動時域信號和頻域信號；
[0014] 所述電流判斷階段步驟如下：
[001引 妨找到步驟（2)持續(xù)監(jiān)測電機的電流均值I和電流波動值AI，當電機電流均值 I>Ia，或電機電流波動值AI>AI。，能夠判定待測軸系存在故障，所述Ia為設定的電機 電流均值的允許值，AI。為設定的電機電流波動允許值。所述的電機電流均值定義為監(jiān)測 時間段內的各監(jiān)測時間點的電機電流之和與總監(jiān)測點數的比值。所述的電機電流波動允許 值定義為監(jiān)測時間段內電機電流最大值與最小值的差值。
[0016] 所述摩擦力矩判斷階段步驟如下：
[0017] (6)找到步驟（3)檢測的待測軸系的啟動摩擦力矩Ms和啟動摩擦力矩波動值 AMs,當啟動摩擦力矩出現Mmax或Ms_max<Mmi。，或啟動摩擦力矩波動值AMs>AMa 時，判定待測軸系存在故障，所述心"為設定的啟動摩擦力矩最大允許值，Mmi。為設定的啟動 摩擦力矩最小允許值，所述AM。為設定的啟動摩擦力矩波動允許值，所述的啟動摩擦力矩 波動值定義為啟動摩擦力矩最大值與最小值的差值；
[0018] (7)找到步驟（3)檢測的待測軸系的低速摩擦力矩波動值AMd，當低速摩擦力矩 波動值AMd>AM時，能夠判定軸系存在故障，所述AM為設定的低速摩擦力矩波動允許 值，所述低速摩擦力矩波動值定義為低速摩擦力矩最大值與最小值的差值；
[0019] 所述微振動判斷階段步驟如下：
[0020] 做找到步驟（4)在設定轉速下穩(wěn)速運轉時微振動時域信號的時域均方根值)U 和時域峰值波動值AXp。所述時域峰值波動值定義為時域峰值最大值與最小值的差值；
[0021] (9)如果步驟（4)在設定轉速下穩(wěn)速運轉時的微振動頻域信號出現軸承故障特征 頻率對應的峰值，或出現固有頻率偏移，同時步驟（8)得到的時域信號的均方根值 X。，或時域峰值波動值AXp>AX，能夠判定軸系存在故障。所述X。為設定的時域均方根值 允許值，AX為設定的時域峰值波動允許值。
[0022] 所述故障定位階段步驟如下：
[002引 （10)當步驟巧）、步驟化）、步驟（7)同時判定待測軸系存在故障，但步驟（9)無法 判定待測軸系存在故障時，能夠定位待測軸系存在潤滑量異常故障；
[0024] (11)當步驟（9)判定待測軸系存在故障，能夠根據出現軸承故障特征頻率所對應 的故障模式定位待測軸系存在的軸承故障，或根據出現固有頻率偏移定位待測軸系存在加 載異常故障。
[00巧]所述步驟（1)待測軸系進行第一階段跑合轉速設定為3000r/min、跑合為24小時， 第二階段跑合轉速設定為3000r/min，跑合不少于96小時。
[002引 所述步驟做低速為5r/min~50r/min。
[0027]所述步驟（4)設定的轉速為30化/min。
[002引所述步驟妨設定的電機電流峰值均值的允許值Ia為250mA，設定的電機電流波 動值AI。為10mA。
[0029] 所述步驟（6)設定的啟動摩擦力矩最大值Mm"為60Xl(T4Nm，設定的啟動摩擦力矩 最小值Mmi。為20Xl(T4Nm，設定的啟動摩擦力矩波動允許值AM。為10Xl(T4Nm。
[0030] 所述步驟（7)設定的低速摩擦力矩波動允許值AM為10Xl(T4Nm。
[0031] 所述步驟（9)設定的時域均方根允許值X。為0.lOg，時域峰值波動允許值AX為 0. 05g。
[0032] 本發(fā)明與現有技術相比的優(yōu)點在于：
[0033] (1)本發(fā)明采用電流、摩擦力矩和微振動相結合的方法綜合評判空間活動部件軸 系故障，解決了單一方法的應用局限性，避免了由于故障錯判、漏判導致的故障軸系進入后 續(xù)環(huán)節(jié)，造成難W挽回的損失。
[0034]似本發(fā)明通過步驟做和步驟（7)，彌補了電流對軸系脫載故障不敏感，W及微 振動對潤滑油量不敏感該兩個故障診斷的缺陷問題，避免了故障漏判。
[0035] (3)本發(fā)明通過步驟巧），解決了電流、摩擦力矩無法定位故障該一故障診斷的瓶 頸問題，提高了故障診斷的可靠性和準確性。
[0036] (4)本發(fā)明所涉及的方法同樣適用于空間活動部件W及各種轉動件的故障診斷和 識別，有助于提高產品的耐久性、可靠性等綜合性能。
【附圖說明】
[0037] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[003引圖2本發(fā)明中采用驅動控制設備檢測軸系電流的系統(tǒng)框圖；
[0039] 圖3是本發(fā)明中采用低速摩擦力矩測試儀檢測軸系啟動摩擦力矩和動態(tài)摩擦力 矩的系統(tǒng)框圖；
[0040] 圖4是本發(fā)明中采用軸系微振動測試系統(tǒng)檢測軸系微振動時域信號及頻域信號 的系統(tǒng)框圖；
[0041] 圖5是本發(fā)明中待測軸系的電流隨運轉時間變化圖；
[0042] 圖6是本發(fā)明中待測軸系啟動摩擦力矩變化圖；
[0043] 圖7是本發(fā)明中待測軸系低速摩擦力矩隨時間變化圖；
[0044] 圖8是本發(fā)明中待測軸系在設定轉速下穩(wěn)速運轉時的微振動時域信號；
[0045]圖9是本發(fā)明中待測軸系在設定轉速下穩(wěn)速運轉時的微振動頻域信號；
[0046] 圖10是本發(fā)明待測軸系的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0047] 本發(fā)明的基本思路為；提供一種空間活動部件軸系故障的綜合評判方法，針對空 間活動部件軸系故障，在軸系完成跑合檢測階段后，依次按照電流判斷階段、摩擦力矩判斷 階段、微振動判斷階段H個評判階段評估軸系狀態(tài)。最后，通過故障定位階段，在不拆解軸 系情況下，實現軸系故障定位。
[0048] 如圖10所示，所述待測軸系包括一對角接觸球軸承7、主軸8、殼體10、外加載套筒 11、內加載套筒12W及上固緊螺母9和下固緊螺母13及底座。底座與主軸垂直且與主軸 為一體加工；一對角接觸球軸承7安裝于主軸8與殼體10之間，一對角接觸球軸承7包括 兩個角接觸球軸承7,且兩個角接觸球軸承7完全相同；
[0049] -對角接觸球軸承7、主軸8、殼體10、外加載套筒11、內加載套筒12同軸；
[0050] 主軸8的兩端分別有一對突起（可用加載螺母代替），殼體10的上、下兩端分別連 接上固緊螺母9和下固緊螺母13,上固緊螺母9和下固緊螺母13分別與主軸8的兩端的一 對突起相對，且上固緊螺母9和下固緊螺母13與主軸8的兩端的一對突起之間有空隙，一 對角接觸球軸承7位于殼體10、主軸8、上固緊螺母9和下固緊螺母13組成的腔體內，兩個 角接觸球軸承7分別位于殼體10、主軸8、上固緊螺母9和下固緊螺母13組成的腔體內的 兩端，外加載套筒11套在內加載套筒12位于兩個角接觸球軸承7之間，將兩個角接觸球軸 承7頂在殼體10、主軸8、上固緊螺母9和下固緊螺母13組成的腔體的兩端；
[0051] 內加載套筒12套在主軸外壁，內加載套筒12的軸向兩端分別頂在兩個角接觸球 軸承7的內圈軸向端面上，外加載套筒11在殼體10內壁，外加載套筒11的軸向兩端分別 頂在兩個角接觸球軸承7外圈軸向端面上，外加載套筒11套在內加載套筒12之間有空隙；
[0052] 外加載套筒11和內加載套筒12軸向高度可調，通過調整外加載套筒11和內加載 套筒12之間的軸向高度差為一對角接觸球軸承7施加軸向載荷，最后通過上固緊螺母9和 下固緊螺母13實現軸向鎖緊。
[0053] 角接觸球軸承包括；滾動體、內圈、外圈和保持架，滾動體（可W是滾珠）位于內圈 和外圈之間的保持架的兜孔內。
[0054] 該軸系運轉時，殼體10和外加載套筒11隨角接觸球軸承7的外圈旋轉，主軸8、內 加載套筒10及角接觸球軸承7的內圈不旋轉。
[0055] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細描述，如圖1所示，一種空間活動部件軸系 故障的綜合評判方法，包括跑合