(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221081695 5.9 (22)申请日 2022.07.12 (71)申请人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 胡茑庆　尹正阳　杨翼　陈凌　 周洋　 (74)专利代理 机构 长沙国科天河知识产权代理 有限公司 432 25 专利代理师 赵小龙 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G01M 13/02(2019.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种滚珠螺母裂纹故障诊断方法 (57)摘要 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。 权利要求书5页 说明书21页 附图14页 CN 115146410 A 2022.10.04 CN 115146410 A 1.一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。 2.根据权利要求1所述的滚珠螺母裂纹故障诊断方法， 其特征在于， 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。 3.根据权利要求2所述的滚珠螺母裂纹故障诊断方法， 其特征在于， 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； 将所述滚珠丝杠螺母副中的螺母及附加组件作为整体等效为质量 块； 将所述滚珠丝杠螺母副转 化为以质量 块通过弹簧阻尼系统与丝杠相连接的等效模型。 4.根据权利要求3所述的滚珠螺母裂纹故障诊断方法， 其特征在于， 步骤S13 中， 正常状 态下的所述径向动力学模型表示 为： 其中， c为阻尼常数； Fx0、 Fy0分别为作用在所述螺母x方向、 y方向上的预载荷； Fx、 Fy分别 表示所述螺母在x方向、 y方向所受 的径向力； m表示滚珠丝杠螺母副的整体质量， δx、 δy分别 表示所述螺母在x方向、 y方向的位移。 5.根据权利要求4所述的滚珠螺母裂纹故障诊断方法， 其特征在于， 所述螺母在x方向、 y方向所受的径向力Fx、 Fy通过以下步骤获得， 包括： 建立所述螺母在径向方向所受的径向力与所述滚珠所受径向弹性回复力之间的初始 对应关系： 其中， 所述初始对应关系表示 为： 权　利　要　求　书 1/5 页 2 CN 115146410 A 2其中， n为初始承载滚珠数， θ为相邻两个滚珠之间的夹角， Fni表示滚珠所受径向弹性回 复力， db为滚珠直径， ds为丝杠节圆直径， γ为丝杠螺 旋升角； 基于所述滚珠在所述螺母中的循环过程对所述初始对应关系 进行优化， 获得所述螺母 在径向方向所受的径向力与所述滚珠所受径向弹性回复力之间在任意时刻下的真实对应 关系； 其中， 所述真实对应关系表示 为： θpr＝ π(1‑mod(Ns,1))cosγ 其中， Tb表示滚珠通过周期， mod(Ns， 1)为Ns除以1的余数， Ns表示螺母中的实际承载滚道 圈数； θpr表示螺母中用于滚珠循环的反向器滚道开始/结束处与反向器对称中心 线的夹角； θa为滚珠螺母 实际安装时反向器对称中心线超前于y轴的相位； Fnex表示处于离开反向器过 程中的滚珠所受径向弹性回复力； Fnen表示处于进入反向器过程中的滚珠所受径向弹性回 复力； ns为丝杠旋转速度； β 为接触角； ωbs为滚珠球心绕丝杠旋转的角速度； 对滚珠所受径向弹性回复力Fni， 滚珠在进入和离开所述反向器所受径向弹性回复力 Fnen和Fnex分别进行求 解获得求 解公式， 并表示 为： 权　利　要　求　书 2/5 页 3 CN 115146410 A 3