[发明专利]一种滚珠螺母裂纹故障诊断方法

说明书

本发明涉及一种滚珠螺母裂纹故障诊断方法，包括：S1.建立滚珠丝杠螺母副正常状态下在径向方向的径向动力学模型；S2.在所述径向动力学模型中引入裂纹故障，建立故障状态下的径向动力学模型；S3.基于正常状态下的所述径向动力学模型进行仿真计算获取所述滚珠丝杠螺母副的正常运行仿真结果；基于故障状态下的所述径向动力学模型进行仿真计算获得所述滚珠丝杠螺母副在故障状态下的故障运行仿真结果；对比所述正常运行仿真结果和所述故障运行仿真结果，获取所述滚珠丝杠螺母副在故障状态下的异常特征；S4.采集所述滚珠丝杠螺母副的实际运行结果，基于所述异常特征对所述实际运行结果进行检测，并判断出滚珠丝杠螺母副是否具有裂纹故障。

技术领域

本发明涉及机电作动器故障诊断技术领域，尤其涉及一种滚珠螺母裂纹故障诊断方法。

背景技术

由于各国在航空、航天以及航海领域中的投入不断增长和技术不断进步，对电驱动伺服技术的需求也变得迫切起来。因此能够直接将电能转化为机械能的机电作动器(EMA)也就应运而生。目前各国在飞行器副翼控制系统、新型起落架系统、航天器推力矢量控制系统、直升机姿态控制新型电动舵机、舰船操舵控制系统等关键系统的研制中均提出了对于高可靠性和高安全性EMA的需求。

EMA是一种集电机、伺服控制、机械传动等技术于一身的机电一体化系统，具有技术密度高、工况切换频繁等特点，这也使得EMA的故障率有所提升。尤其是作为运动机构的滚珠丝杠副，一旦卡死，整个EMA系统将完全丧失运动能力。因此，为保证机械系统高可靠性与安全性，有必要及时发现，甚至是提前预防机电作动器所发生的各类故障。

目前在EMA状态监控与故障诊断方面，目前大多数研究所采用的方法是诸如人工神经网络、深度学习等一类的数据驱动算法。而在物理建模方面，虽然已有很多针对滚珠丝杠副进行动力学建模的研究，但其研究对象大多为机床进给机构，针对EMA上所含滚珠丝杠副进行动力学仿真，并分析其故障机理和故障植入方法，从物理建模方面解决EMA故障诊断问题的研究很少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚珠螺母裂纹故障诊断方法，滚珠螺母裂纹故障诊断方法。

为实现上述发明目的，本发明提供一种滚珠螺母裂纹故障诊断方法，包括：

S1.建立滚珠丝杠螺母副正常状态下在径向方向的径向动力学模型，；

S2.在所述径向动力学模型中引入裂纹故障，建立故障状态下的径向动力学模型；

S3.基于正常状态下的所述径向动力学模型进行仿真计算获取所述滚珠丝杠螺母副的正常运行仿真结果；

基于故障状态下的所述径向动力学模型进行仿真计算获得所述滚珠丝杠螺母副在故障状态下的故障运行仿真结果

对比所述正常运行仿真结果和所述故障运行仿真结果，获取所述滚珠丝杠螺母副在故障状态下的异常特征；

S4.采集所述滚珠丝杠螺母副的实际运行结果，基于所述异常特征对所述实际运行结果进行检测，并判断出所述滚珠丝杠螺母副是否具有裂纹故障。

根据本发明的一个方面，步骤S1中，建立滚珠丝杠螺母副正常状态下在径向方向的径向动力学模型的步骤中包括：

S11.基于所述滚珠丝杠螺母副建立三维坐标系；其中，以所述滚珠丝杠螺母副中螺母的轴向为z方向，以所述滚珠丝杠螺母副中螺母的铅锤径向为y方向，以所述滚珠丝杠螺母副中螺母的水平径向方向为x方向；

S12.将所述滚珠丝杠螺母副转化为等效模型；

S13.基于所述三维坐标系和所述等效模型对所述滚珠丝杠螺母副建立径向动力学模型。

根据本发明的一个方面，步骤S12中，将所述滚珠丝杠螺母副转化为等效模型的步骤中，包括：

将所述滚珠丝杠螺母副中的滚珠等效为弹簧阻尼系统；