[发明专利]一种机电作动器滚珠丝杠故障监测系统

说明书

本发明公开了一种机电作动器滚珠丝杠故障监测系统。所述机电作动器滚珠丝杠故障监测系统根据激光测量仪测量的滚珠丝杠的表面形状参数、机电作动器线位移传感器测量的杠螺母到达预定位置的工作次数、电机电流传感器测量的滚珠丝杠的负载力和电机旋转变压器测量的滚珠丝杠的转速来判断滚珠丝杠磨损情况，并预估滚珠丝杠的使用寿命。

技术领域

本发明属于机电伺服机电作动器领域，特别涉及一种机电作动器滚珠丝杠故障监测系统。

背景技术

目前机电伺服主要应用在航天或无人机领域，在载人航空领域应用较少，主要原因是机电伺服相比液压伺服存在滚珠丝杠卡死的弊端。因此，需要对滚珠丝杠的使用寿命进行在线监测。机电作动器主要由电机、减速器、滚珠丝杠等重要部件组成，作为机械结构，电机和减速器可以通过余度设计来提高可靠性，而滚珠丝杠很难通过余度来提高可靠性，滚珠丝杠作为机电作动器的关键功能部件，其故障成为了机电作动器的单点故障。目前的针对丝杠高温在线检测的设备通过激光测温来记录滚珠丝杠在重载下温度的变化，但还没有针对机电作动器用滚珠丝杠在线监测系统，滚珠丝杠作为机电作动器的关键传动部件，需要一种机电作动器滚珠丝杠故障监测系统进行滚珠丝杠运行状态的在线监测。

发明内容

本发明要解决的技术问题：

本发明目的是提供机电作动器滚珠丝杠故障在线监测，可以实时了解滚珠丝杠的工作状况，对滚珠丝杠使用寿命提供数据支撑，提高滚珠丝杠使用时的可靠性。

本发明的技术解决方案是：

提供了一种机电作动器滚珠丝杠故障监测系统，包括控制器、激光测量仪、机电作动器线位移传感器、电机电流传感器和电机旋转变压器；

激光测量仪，安装在机电作动器内部，被配置为测量滚珠丝杠的表面形状参数，并发送至控制器；

机电作动器线位移传感器，安装在丝杠螺母上，被配置为测量滚珠丝杠的位置数据，并记录滚珠丝杠到达预定位置的工作次数，并发送至控制器；

电机电流传感器，安装在所述控制器中，被配置为测量电机电流，并根据所述电机电流计算滚珠丝杠的负载力，并发送至控制器；

电机旋转变压器，安装在电机上，被配置为测量电机转速，并根据所述电机转速计算所述滚珠丝杠的线速度，并发送至控制器；

其中，所述控制器被配置为读取并存储滚珠丝杠的表面形状参数、滚珠丝杠到达预定位置的工作次数、滚珠丝杠的负载力和滚珠丝杠的转速，并根据滚珠丝杠的表面形状参数、杠螺母到达预定位置的工作次数、滚珠丝杠的负载力和滚珠丝杠的转速来判断滚珠丝杠磨损情况，并预估滚珠丝杠的使用寿命。

根据本发明的一个实施例，如果滚珠丝杠直接连接在电机上，则电机电流传感器根据等式T₀＝Ia计算电机输出转矩，再根据等式2πT₀η＝Fp计算滚珠丝杠的负载力，其中，T₀为电机输出转矩，I为电机相电流，a为电机转矩系数，η为丝杠效率，p为丝杠导程，F为滚珠丝杠的负载力。

根据本发明的一个实施例，如果滚珠丝杠通过减速器连接在电机上，则电机电流传感器根据等式T₁＝T₀iη₁计算减速器的输出转矩，再根据等式2πT₁η₁＝Fp计算滚珠丝杠的负载力，其中，i为减速器减速比，η₁为减速器效率。

根据本发明的一个实施例，如果滚珠丝杠直接连接在电机上，则电机旋转变压器根据等式V＝pN₀/60计算滚珠丝杠的线速度，其中，V为滚珠丝杠的线速度，N₀为电机转速。

根据本发明的一个实施例，如果滚珠丝杠通过减速器连接在电机上，则电机旋转变压器根据等式V＝pN₀/60i计算滚珠丝杠的线速度。