一种固体润滑轴承加速寿命试验载荷谱设计方法技术

本发明专利技术涉及一种固体润滑轴承加速寿命试验载荷谱设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获得固体润滑轴承的在轨工作剖面；2)将得到的载荷谱块转化为典型载荷谱块；3)根据固体润滑轴承的故障机理和动态磨损规律，对载荷谱块进行分级处理。在不改变固体润滑轴承失效机理的前提下，实现固体润滑轴承的加速寿命试验具有较好的加速效果的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天星载传动机构关键部件可靠性领域，具体涉及一种获得固体润滑轴承加速寿命试验载荷谱的方法。
技术介绍
根据国外卫星统计资料表明：星载传动机构因润滑不良而导致的“卡死”是造成卫星失效的主要原因之一，而星载传动机构的摩擦磨损又是导致其性能下降的重要原因。固体润滑轴承是星载传动机构的关键部件，其长时间运转引起的性能退化和精度丧失是影响卫星在轨寿命的关键因素，因而其高可靠性和长寿命对我国航天器的研制和使用至关重要。通常产品的寿命特征是通过在正常条件下做寿命试验的方法来获得的。但对于固体润滑轴承而言，其设计精密、织造工艺复杂、生产成本高、专用性强，一般不会进行大批量的生产，进行其全生命周期寿命试验和相关的破坏性寿命试验的情况就更少。而随着设计、制造技术的发展，以及新材料的使用，航天用固体润滑轴承的寿命越来越长，从而使得寿命试验需要耗费很长的试验时间和大量的试验费用，甚至有可能导致所需要的试验时间远远大于研制周期，很难在投入使用前完成寿命评估与验证，因而对固体润滑轴承的加速寿命试验逐渐受到人们的重视。目前，在工业界，电子产品恒定应力加速寿命试验方法比较成熟，有完善的试验规范和统计方法可循，但需要的试验样本量大，且试验时间长。机械产品因为故障机理相比电子产品更为复杂，目前尚未形成标准化的加速寿命试验规范。固体润滑轴承作为一种精密的机械部件，其特有的润滑方式、工作时所处的空间环境和周期性应力剖面决定了其故障模式繁多、应力耦合严重的特性，导致传统的恒定应力加速寿命试验载荷谱和现有的加速模型难以给出准确的寿命评估结果。因此，如何深入揭示固体润滑轴承的故障机理、提炼加速应力，如何基于固体润滑轴承特有的故障机理和工作应力剖面设计加速寿命试验载荷谱是突破固体润滑轴承加速寿命试验理论和统计方法的关键。加速寿命试验是在不改变产品失效机理的前提下，通过加强应力的办法，加快产品故障、缩短试验时间，在较短的时间内预测出产品在正常应力作用下寿命特征的方法。不改变失效机理是加速寿命试验的前提，加强产品所承受的环境应力或工作应力是进行加速寿命试验的必要手段。加速寿命试验是通过加强应力来缩短试验时间，但如果应力过大，改变了产品的失效机理，则加速寿命试验就失去了意义。如果应力偏小，则会导致试验时间缩短并不明显，加速寿命试验无法得到最佳的效果。加速寿命试验载荷谱即是指在加速寿命试验中所加强的应力与相对的时间段所对应的关系。如何结合产品的实际工况，确定不改变产品失效机理、且能起到较好的加速作用的加速寿命试验载荷谱一直是困扰设计人员的难题。目前可以检索到国外产品加速寿命试验的参考资料，但大多集中在统计方法的研究，关于载荷谱设计的内容非常少。鉴于国外对我国相关技术采取封闭政策，我们对国外航天固体润滑轴承如何设计加速寿命试验载荷谱无从得知，我国对固体润滑轴承的加速寿命试验的研究也刚刚起步，到目前为止我国尚未有适合于工程应用的固体润滑轴承加速寿命试验载荷谱设计方法。
技术实现思路
本专利技术为了解决在不改变固体润滑轴承失效机理的前提下，实现固体润滑轴承的加速寿命试验具有较好的加速效果的目的，提出一种固体润滑轴承综合应力加速寿命试验载荷谱设计方法，为固体润滑轴承提供了一种不改变失效机理且加速效果较为明显的加速寿命试验载荷谱设计方法，该方法实用性和可操作性强，是对固体润滑轴承寿命评估的行之有效的加速方法。本专利技术提出的一种固体润滑轴承综合应力加速寿命试验载荷谱设计方法，具体为：步骤一、获得固体润滑轴承的在轨工作剖面。在轨工作剖面指该部件为完成在轨飞行任务而绘制的一种工作状况图形，其横坐标为时间，纵坐标为相应任务对应的载荷应力及工作状况。步骤二、将得到的载荷谱块转化为典型载荷谱块。载荷谱是部件在实际工作中，受到的载荷应力，工作状况以及每档所用时间之间的对应关系。例如本例中轴承所受的轴向载荷，轴承的转速以及持续时间之间的对应关系。典型载荷谱块即具有代表性的，能反映实际工作状况的不同等级的载荷谱。步骤三、根据固体润滑轴承的故障机理和动态磨损规律，对载荷谱块进行分级处理。具体地，本专利技术通过下属方案得到上述目的。一种固体润滑轴承加速寿命试验载荷谱设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获得固体润滑轴承的在轨工作剖面；2)将得到的载荷谱块转化为典型载荷谱块；3)根据固体润滑轴承的故障机理和动态磨损规律，对载荷谱块进行分级处理。根据前述方案所述的方法，其特征在于，步骤1)中包括：通过分析固体润滑轴承中润滑膜的磨损和转移，分别给出镀膜磨损率和保持架润滑材料转移速率与外加应力的关系，得到固体润滑轴承动态复合磨损。根据前述方案所述的方法，其特征在于，步骤2)中包括：通过直接截取将得到的载荷谱转化为典型载荷谱块。根据前述方案所述的方法，其特征在于，步骤3)中包括：对于保持架转移速率高于沟道镀膜消耗速率而导致润滑膜过量的情况和/或保持架转移速率低于沟道镀膜消耗速率而导致润滑膜缺失的载荷谱块进行合并。根据前述方案所述的方法，其特征在于，步骤3)中包括：固体润滑轴承动态复合磨损通过如下方式获得：对于沟道镀膜磨损速率，引入速度和时间来表征滑动距离，得到磨损量公式为： W 1 = K 1 p 1 a v 1 b t c - - - ( 1 ) ]]>其中W1为沟道镀膜磨损量，p1为压力，v1为滑动速度，t为试验时间，K1、a、b、c都为基于统计数据确定的常数；通过统计数据拟合出沟道镀膜消耗速率与加速应力之间的关系；考虑到固体润滑轴承常用的加速应力为转速和轴向载荷，此关系表征为：Ioff＝F1(V,P) (2)其中Ioff表示沟道镀膜消耗速率，V和P分别表示转速和轴向载荷应力的幅值；基于保持架的磨痕的凹呈椭圆抛物面形，得到保持架润滑膜转移量的表达式： W 2 = K 2 p 2 j D m - - - ( 3 ) ]]>其中W2为保持架润滑膜转移量，p2为平均Hertz接触力，D＝v2t为滑动距离，K2、j、m为基于统计数据确定的常数，v2为相对滑动速度；保持架润滑材料移速率与加速应力之间的关系为：Ibr＝F2(V,P) (4)其中Ibr表示保持架润滑材料转移速率；基于(2)式和(4)式得到内外沟道上磨损消耗的润滑膜体积Woff(t)和保持架经滚动体向内外沟道上转移的润滑膜体积Wbr(t)，从而得到不同应力下润滑膜厚度的动态表达式： δ ( t ) = δ 0 + W 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固体润滑轴承加速寿命试验载荷谱设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获得固体润滑轴承的在轨工作剖面；2)将得到的载荷谱块转化为典型载荷谱块；3)根据固体润滑轴承的故障机理和动态磨损规律，对载荷谱块进行分级处理。

【技术特征摘要】
1.一种固体润滑轴承加速寿命试验载荷谱设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获得固体润滑轴承的在轨工作剖面；2)将得到的载荷谱块转化为典型载荷谱块；3)根据固体润滑轴承的故障机理和动态磨损规律，对载荷谱块进行分级处理。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中包括：通过分析固体润滑轴承中润滑膜的磨损和转移，分别给出镀膜磨损率和保持架润滑材料转移速率与外加应力的关系，得到固体润滑轴承动态复合磨损。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中包括：通过直接截取将得到的载荷谱转化为典型载荷谱块。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中包括：对于保持架转移速率高于沟道镀膜消耗速率而导致润滑膜过量的情况和/或保持架转移速率低于沟道镀膜消耗速率而导致润滑膜缺失的载荷谱块进行合并。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤3)中包括：固体润滑轴承动态复合磨损通过如下方式获得：对于沟道镀膜磨损速率，引入速度和时间来表征滑动距离，得到磨损量公式为： W 1 = K 1 p 1 a v 1 b t c - - - ( 1 ) ]]>其中W1为沟道镀膜磨损量，p1为压力，v1为滑动速度，t为试验时间，K1、a、b、c都为基于统计数据确定的常数；通过统计数据拟合出沟道镀膜消耗速率与加速应力之间的关系；考虑到固体润滑轴承常用的加速应力为转速和轴向载荷，此关系表征为：Ioff＝F1(V,P) (2)其中Ioff表示沟道镀膜消耗速率，V和P分别表示转速和轴向载荷应力的幅值；基于保持架的磨痕的凹呈椭圆抛物面形，得到保持架润滑膜转移量的表达式： W 2 = K 2 p 2 j D m - - - ( 3 ) ]]>其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张超，王少萍，马仲海，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11