CN106441899A - 基于振动信号检测卫星动量轮轴承损伤诊断及筛选方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于振动信号检测卫星动量轮轴承损伤诊断及筛选方法，其包括以下步骤：步骤一，选择振动监测单元，选取动量轮测定部位及测定参数；步骤二，振动信号提取与处理；步骤三，进行数据的类比给出损伤判断。本发明基于振动信号检测卫星动量轮轴承损伤诊断及筛选方法无需拆卸轴承组件，对动量轮整机无损伤，不仅能够适用于卫星用分体式或一体式动量轮轴承故障或损伤诊断，而且适用于卫星用动量轮整机的筛选，确保动量轮在轨长期正常稳定工作。

Description

基于振动信号检测卫星动量轮轴承损伤诊断及筛选方法

技术领域

本发明涉及航天领域，具体地，涉及一种基于振动信号检测卫星动量轮轴承损伤诊断及筛选方法。

背景技术

随着航天技术不断发展和卫星在轨任务的多样性，加之卫星在轨故障具有不可修复性，因此对整星的可靠性指标有着严格的要求。卫星姿轨控分系统是卫星最复杂也是在轨发生问题最多的分系统，据统计，仅2004年到2006年我国在轨运行的35颗卫星中共发生约97次故障与姿轨控分系统相关，而做为姿轨控分系统最重要的执行部件—动量轮整机的可靠性与寿命有着更加严格的要求。

动量轮的轴承组件常常被选为单机的关键组件，需进行严格的质量控制，以保证整机高可靠性长寿命，因此动量轮轴承损伤诊断和筛选就显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于振动信号检测卫星动量轮轴承损伤诊断及筛选方法，其无需拆卸轴承组件，对动量轮整机无损伤，可适用于卫星用分体式或一体式动量轮轴承故障或损伤诊断，也可适用于卫星用动量轮整机的筛选，确保动量轮在轨长期正常稳定工作。

根据本发明的一个方面，提供一种基于振动信号检测卫星动量轮轴承损伤诊断及筛选方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一，选择振动监测单元，选取动量轮测定部位及测定参数；

步骤二，振动信号提取与处理；

步骤三，进行数据的类比给出损伤判断。

优选地，所述步骤一中，卫星用动量轮工作频率一般不超过100Hz，轴承振动在不同方向上振动特性不同，振动监测单元可进行轴承水平、垂直和轴向三个方向的测定参数的采集，考虑到结构、倍频因素，振动监测单元采集频率不低于1KHz。

优选地，所述步骤一中，振动监测单元的测定参数振动速度及加速度，对于转速低于3000rpm的动量轮轴承监测其振动速度，对于转速超过3000rpm的动量轮轴承监测其振动加速度。

优选地，所述步骤二中，对振动信号提取出速度及加速度的频率、幅值、均值、均方根值，进行傅里叶变化，得到波形因数速度和加速度的幅值与均值比值，波峰因数速度和加速度的幅值与均方根值比值。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明无需拆卸轴承组件，对动量轮整机无损伤，不仅能够适用于卫星用分体式或一体式动量轮轴承故障或损伤诊断，而且适用于卫星用动量轮整机的筛选，确保动量轮在轨长期正常稳定工作。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明基于振动信号检测的卫星用动量轮轴承损伤诊断及筛选方法示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，本发明提供一种基于振动信号检测卫星动量轮轴承损伤诊断及筛选方法，其包括以下步骤：

步骤一，选择振动监测单元，选取动量轮测定部位及测定参数；

测定参数包括振动幅值、频率及振动速度、加速度，振动监测单元使用PCB356B18型加速度传感器，频率响应范围0.5-3000Hz，灵敏度1000mv/g，满足测量使用要求，测试点选在动量轮轮体及安装底座支架处，分别测量水平(x)，垂直(y)和轴向(z)三个方向上进行数据采集，获取参数包括振动幅值、频率及振动速度、加速度。

步骤二，振动信号提取与处理；

包括振动幅值、均值、均方根值，对其傅里叶变化进行时域与频域分析，得到波形因数与波峰因数，动量轮轴承结构，主要由内圈、外圈、滚动体、多孔含油保持架、轴承座及锁紧螺母等部分组成，正常理想情况下，滚动体滚道面与滚动体之间无相对滑动，轴承的径向、轴向负载部分无变形，外圈紧固固定，则动量轮工作时的特征频率如下：

内圈旋转频率f_r，公式如下式(1)：

f_r＝n/60(1)

滚动体通过内圈上某一点的频率，公式如下式(2)：

若有M个滚动体，则通过内圈上同一点的频率为Mf_i。

滚动体通过外圈上某一点的频率，公式如下式(31)：

M个滚动体通过外圈上某一点的频率为：Mf_c

公式中n为动量轮驱动与控制单元采集到的动量轮转速，D为轴承节径，d为动量轮滚动直径，A为接触角。

波形因数α，公式如下式(4)：

波峰因数β，公式如下式(5)：

β＝X_p/X_rms (5)

公式中X_p为速度和加速度峰值，X为速度和加速度均值，X_rms为速度和加速度均方根值。

步骤三，进行数据的类比给出损伤判断。

对同一动量轮在相同条件下，同一监测部位的处理数据进行处理比较，波形因数值过大，表明动量轮轴承可能存在内外圈点蚀，波形因数值较小则内外圈产生了磨损，当动量轮轴承无故障时波峰因数维持在一较小值，当波形因数增大时则表明动量轮轴承产生了冲击信号，并且轴承产生了损伤，进而进行筛选，确保选用的动量轮在轨达设计寿命。

所述步骤一，卫星用动量轮工作频率一般不超过100Hz，轴承振动在不同方向上振动特性不同，振动监测单元可进行轴承水平、垂直和轴向三个方向的测定参数的采集，考虑到结构、倍频因素，振动监测单元采集频率不低于1KHz，这样有利于根据频率更好更好地选择动量轮与振动监测单元。

所述步骤一，振动监测单元的测定参数振动速度及加速度，对于转速低于3000rpm的动量轮轴承监测其振动速度，对于转速超过3000rpm的动量轮轴承监测其振动加速度，这样以转速3000rpm为标准，对其进行分类，具有针对性，有利于更好地诊断与筛选。

所述步骤二，对振动信号提取出速度及加速度的频率、幅值、均值、均方根值，进行傅里叶变化，得到波形因数速度和加速度的幅值与均值比值，波峰因数速度和加速度的幅值与均方根值比值，这样严谨地对测得的数据进行分析与处理，有利于提高诊断与筛选结果的准确性。

综上所述，本发明无需拆卸轴承组件，对动量轮整机无损伤，不仅能够适用于卫星用分体式或一体式动量轮轴承故障或损伤诊断，而且适用于卫星用动量轮整机的筛选，确保动量轮在轨长期正常稳定工作。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种基于振动信号检测卫星动量轮轴承损伤诊断及筛选方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤一，选择振动监测单元，选取动量轮测定部位及测定参数；

步骤二，振动信号提取与处理；

步骤三，进行数据的类比给出损伤判断。

2.根据权利要求1所述的基于振动信号检测卫星动量轮轴承损伤诊断及筛选方法，其特征在于，所述步骤一中，卫星用动量轮工作频率一般不超过100Hz，轴承振动在不同方向上振动特性不同，振动监测单元可进行轴承水平、垂直和轴向三个方向的测定参数的采集，考虑到结构、倍频因素，振动监测单元采集频率不低于1KHz。

3.根据权利要求1所述的基于振动信号检测卫星动量轮轴承损伤诊断及筛选方法，其特征在于，所述步骤一中，振动监测单元的测定参数振动速度及加速度，对于转速低于3000rpm的动量轮轴承监测其振动速度，对于转速超过3000rpm的动量轮轴承监测其振动加速度。

4.根据权利要求1所述的基于振动信号检测卫星动量轮轴承损伤诊断及筛选方法，其特征在于，所述步骤二中，对振动信号提取出速度及加速度的频率、幅值、均值、均方根值，进行傅里叶变化，得到波形因数速度和加速度的幅值与均值比值，波峰因数速度和加速度的幅值与均方根值比值。