滾動軸承是航天精密伺服機(jī)構(gòu)中的關(guān)鍵運(yùn)動副,其可靠性常作為表征伺服機(jī)構(gòu)壽命的重要指標(biāo)。針對航天精密伺服機(jī)構(gòu)的復(fù)雜載荷、極端環(huán)境與具體軸承個性問題,本文開展基于特征定量識別的航天精密伺服機(jī)構(gòu)軸承動態(tài)可靠性評估方法及其應(yīng)用研究。采用自適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)多小波定量識別機(jī)構(gòu)關(guān)鍵軸承運(yùn)行狀態(tài)特征,基于降半正態(tài)分布函數(shù)構(gòu)建關(guān)鍵軸承運(yùn)行狀態(tài)特征與其隸屬可靠度的映射關(guān)系,建立軸承運(yùn)行狀態(tài)信息的可靠性評估模型,為精密伺服機(jī)構(gòu)軸承可靠性評估缺乏大樣本數(shù)據(jù)和當(dāng)下產(chǎn)品可靠度難以真實評價的工程難題開辟新途徑。工程實例表明:該方法可以有效揭示試驗臺軸承外圈損傷所引起的運(yùn)行可靠性降低的原因,并成功應(yīng)用于評估某型航天精密伺服機(jī)構(gòu)軸承運(yùn)行狀態(tài)。 

【文章來源】：上海航天(中英文). 2020,37(05)CSCD

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【部分圖文】：

滾動軸承N205外圈故障Fig.1Outer-ringfaultofrollingbearingN205

第37卷2020年第5期上海航天（中英文）AEROSPACESHANGHAI（CHINESE&ENGLISH）間隔的周期性沖擊（部分標(biāo)記為紅色三角形），且頻域信號中高頻部分也出現(xiàn)邊頻帶特征，可判斷該軸承外圈故障處于中晚期較為明顯的損傷階段。為評估該軸承的運(yùn)行可靠性，采用自適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)多小波的滾動軸承特征定量識別技術(shù)對圖2信號進(jìn)行分析，多小波包分解層數(shù)l=3，優(yōu)化得到的自適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)多小波基中最佳參數(shù)為aopt=0.9868和bopt=1，軸承外圈特征頻率最大分貝值所對應(yīng)的Hilbert包絡(luò)解調(diào)結(jié)果如圖3所示。圖中軸承外圈特征頻率fo及其倍頻格外清晰，根據(jù)式（4）計算得到軸承外圈特征定量識別指標(biāo)Fo=35.06dB。依據(jù)式（5）的評判準(zhǔn)則，該軸承外圈故障處于早期和嚴(yán)重之間，與圖1所示的明顯外圈損傷符合。將該指標(biāo)代入軸承運(yùn)行可靠度模型中，計算得到該軸承運(yùn)行可靠度指標(biāo)R（35.06）=0.5005。4工程應(yīng)用將本文方法應(yīng)用到某型航天精密伺服機(jī)構(gòu)的軸承測試與評估中。該機(jī)構(gòu)傳動鏈末級采用686微型滾動軸承。在末級傳動鏈軸承座上安裝加速度傳感器采集該軸承振動信號，測試中伺服機(jī)構(gòu)驅(qū)動天線以轉(zhuǎn)頻fr=2Hz在轉(zhuǎn)角+40°~40°范圍內(nèi)進(jìn)行近似勻速擺動，采樣頻率2000Hz。根據(jù)軸承尺寸參數(shù)與轉(zhuǎn)頻計算得到fi=9.68，fo=6.32，fb=4.54，fc=0.79。所采集到的一組軸承振動信號及其頻譜如圖4所示。其時域信號表現(xiàn)為典型周期性沖擊信號，根據(jù)沖擊時間間隔可推知該沖擊為伺服機(jī)構(gòu)擺動中瞬時換向所產(chǎn)生的撞擊，且頻譜中無明顯軸承特征相關(guān)頻率。采用本文方法對該軸承進(jìn)行運(yùn)行可靠性評估，多小波包分解層數(shù)l=2，優(yōu)化得到的自適

第37卷2020年第5期袁靜，等：特征定量識別的航天精密伺服機(jī)構(gòu)軸承運(yùn)行可靠性評估方法及應(yīng)用5結(jié)束語針對航天精密伺服機(jī)構(gòu)軸承運(yùn)行工況復(fù)雜、樣本數(shù)少且缺乏合理評估手段，本文開展基于特征定量識別的精密伺服機(jī)構(gòu)軸承運(yùn)行可靠性評估應(yīng)用研究。以自適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)多小波包解調(diào)分析準(zhǔn)確提取表征精密伺服機(jī)構(gòu)軸承運(yùn)行品質(zhì)的動態(tài)特征信息，再以脈沖沖擊法對其進(jìn)行量化識別與評價，采用尾部修正的降半正態(tài)分布隸屬函數(shù)構(gòu)建軸承運(yùn)行可靠度模型，將軸承運(yùn)行狀態(tài)定量識別結(jié)果映射至運(yùn)行可靠度的歸一化區(qū)間［0，1］，從而實現(xiàn)航天精密伺服機(jī)構(gòu)軸承的運(yùn)行可靠性評估。工程實例表明：該方法可以有效揭示試驗臺軸承外圈損傷所引起的運(yùn)行可靠性降低，并成功評估某型航天精密伺服機(jī)構(gòu)軸承運(yùn)行狀態(tài)。參考文獻(xiàn)［1］馬明臻，張新宇，譚春林，等.航天機(jī)構(gòu)潛在故障模式與故障機(jī)理分析［J］.燕山大學(xué)學(xué)報，2014，38（1）：1-9.［2］劉志全，李新立，遇今.長壽命航天機(jī)構(gòu)的加速壽命試驗方法［J］.中國空間科學(xué)技術(shù)，2008，4（8）：65-71.（下轉(zhuǎn)第29頁）圖4某航天精密伺服機(jī)構(gòu)軸承振動信號Fig.4Vibrationsignalsofthebearingofanaerospaceprecisionservomechanism圖5圖4信號的自適應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)多小波包解調(diào)結(jié)果Fig.5EnvelopedemodulationresultsoftheadaptivestandardmultiwaveletsforsignalsinFig.4圖6軸承內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架特征指標(biāo)Fig.6Featureindicesofthebearinginner-ring，outer-ring，roller，andcage23

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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