一种航天驱动组件综合应力加速寿命试验方法技术

本发明专利技术为一种航天驱动组件综合应力加速寿命试验方法，属于航天驱动组件可靠性及寿命评估领域。该方法首先选取加速应力，确定加速试验剖面，具体采用综合应力加速寿命试验剖面，然后选取试验样本并确定样本数量，确定故障判据和试验周期，最后确定试验停止时间，根据上述试验过程得到的数据对航天驱动组件的寿命特征值进行评估。本发明专利技术采用综合应力进行加速寿命试验，加速效果更为明显，实现了航天驱动组件可靠性与寿命的快速评估。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天驱动组件可靠性及寿命评估领域，具体涉及一种航天驱动组件综合应力加速寿命试验设计方法。
技术介绍
根据国外卫星统计资料表明驱动组件润滑不良而造成的“卡死”是造成卫星失效的主要原因之一，而驱动组件的摩擦磨损又是导致转动机构性能下降的关键原因。航天驱动组件是制约卫星长寿命在轨飞行的关键产品，其高可靠性和长寿命对新型长寿命卫星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。但对于航天驱动组件，如果采用常规寿命试验的方法往往需要耗费很长的试验时间和大量的试验费用，甚至所需要的试验时间远远大于研制周期，不可能在投入使用前完成寿命验证，因此加速寿命试验逐渐受到人们的重视。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。尽管航天驱动组件的种类多种多样，其综合应力-时间历程也各不相同，为了确保加速寿命试验既能保证产品故障机理不变又确保加速效果，必须要有规范的加速寿命试验方法和相关程序，才能保证加速寿命试验数据真正反应其故障历程，并保证推导出的寿命指标的精度。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，关于试验设计的内容非常少。国内机械产品的加速寿命试验理论和方法刚刚起步，尚未有成熟的理论和方法可以指导航天驱动组件进行加速寿命试验设计。虽然20世纪80年代曾颁布过恒定应力加速寿命试验标准，但经检索国内外尚未有专利授权的产品，尤其是机械产品加速寿命试验方法和验证技术还是空白。鉴于国外对我国相关技术采取封闭政策， 我们对国外航天驱动组件如何进行加速寿命试验设计无从得知，我国对航天驱动组件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航天驱动组件的加速寿命试验设计方法。
技术实现思路
本专利技术目的在于为航天驱动组件提供一种规范、实用且可操作的加速寿命试验设计方法，以指导航天驱动组件加速寿命试验设计，实现航天驱动组件可靠性与寿命的快速评估。本专利技术的，具体步骤为步骤1，按航天驱动组件主要的故障机理选取加速应力；步骤2，确定加速试验剖面，具体是设置1个应力水平，最低应力水平下的应力值设置为靠近航天驱动组件正常工作时的应力值，最高应力水平下的应力值通过摸底试验确定，让试验样件按照应力水平从低到高的顺序逐次承受，各试验样件在每个应力水平下的试验时间相同，并且按照应力水平从低到高的顺序依次加长试验时间；步骤3，选取试验样本并确定数量在同一批产品中随机抽取N个样本，在无法满足样本数量N的情况下，在充分利用现有样本的基础上，采用样本复用技术，利用已有的同型号样本的试验结果来进行统计；步骤4，制订相应的故障判据来确定试验样件是否故障，由此来确定试验样件的故障时间；步骤5，确定测试周期采用定时检测，对经过严格筛选的航天驱动组件，在开始时测试周期选得比较长，然后逐渐缩短，再逐渐加长，对没有经过严格筛选的航天驱动组件，在开始时测试周期要短，然后逐渐加长；步骤6，确定试验停止时间(1)初次对航天驱动组件产品进行加速寿命试验，做到试验样件全部故障为止，或者将试验样件在较高应力水平下的寿命试验做到全部故障， 而对低应力水平下的寿命试验作截尾；(2)对试验前已知航天驱动组件寿命分布类型的， 试验到某一程度进行终止截尾，要求在每一次寿命试验中故障元件数与全部实验样本数之比要达到30%以上。最后，根据加速试验剖面和最终的试验结果，确定航天驱动组件的寿命值。本专利技术的优点和积极效果是(1)充分考虑了机械部件与电子部件在寿命分布方面的不同，设计的加速寿命试验方法更适合空间环境下运行的航天驱动组件。(2)采用综合应力加速寿命试验剖面，加速效果更为明显。附图说明图1为本专利技术加速寿命试验方法的步骤流程图；图2为本专利技术实施例中实验件1的测试精度曲线示意图；图3为本专利技术实施例中实验件2的测试精度曲线示意图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术航天驱动组件加速寿命试验方法进行详细说明。如图1所示，航天驱动组件的完整的加速寿命试验方法，按照试验流程，需要逐步完成以下步骤1)选取加速应力。航天驱动组件工作于真空环境中，其所承受的环境应力与地面常规机械产品相比有很大的不同。空间环境的主要特点是真空、失重及空间辐射，另外航天器绕地球旋转的过程中会经历高低温交替的温度循环。航天驱动组件的工作应力与地面常规机械产品基本相同，主要有转速、负载等。元部件的故障是由其故障机理所决定的，不同的应力将会促进不同故障机理的发展，因而应根据故障机理来选择加速应力。一个元部件的故障，可能有多种故障机理同时出现，但在一定时期内将有一种是起主导作用的，故应按航天驱动组件的主要的故障机理来4选择加速应力。在几种环境应力中，失重及空间辐射在地面都较难模拟，真空度的调节很难保证不改变航天驱动组件的故障机理，故几种环境应力中只有温度较常作为加速应力。负载和转速对故障机理的影响则较容易得到，故也经常作为航天驱动组件加速寿命试验的加速应力。2)确定加速试验剖面。进行综合应力加速寿命试验，需要结合摸底试验结果、基于累积损伤理论的综合应力加速模型以及航天驱动组件的实际工况设计完整的加速寿命试验剖面。理论上讲综合应力加速寿命试验中试验样件可以承受任意的应力剖面，但为了操作简便和估计准确，一般可选取1个应力水平，让试验样件由低到高逐次承受，考虑到后续数值计算的复杂程度，1 一般可取3到5个。最低应力水平S1的数值应适当靠近航天驱动组件正常工作时的应力水平，最高应力水平&应在不改变故障机理的条件下尽量高，在选择最高应力水平时还要考虑试验时的测试条件和能力，避免因为元件故障出现得过快引起测试技术发生困难，在选择最高应力水平时可以借助摸底试验。在确定了各加速应力在最低应力水平下的最低值和最高应力水平下的最高值后， 在中间的各应力水平下，各加速应力值处于对应的最低值与最高值之间，适当分散取值，例如第i个加速应力水平下的应力值取最低值+(最极端应力值-额定应力值)X i/1。关于试验样件在每个应力下的试验时间，可以按照如下原则设定各试验样件在同一应力水平下进行相同时间的试验，低应力下的试验时间可较短，后续高应力试验时间适当加长。3)选取试验样本并确定数量。在选取样本时，必须在同一批产品中随机选取，随机抽取N个样本。为保证试验效果，N最好不小于5。但由于航天驱动组件因设计精密、具有高精度和高可靠性，通常价格昂贵。因此如果无法满足上述样本数量的要求，可以在充分利用现有样本的基础上，采用样本复用技术，利用已有的其他同型号样本的试验结果来进行统计。4)确定故障判据。根据航天驱动组件的具体种类，制订相应的故障判据来确定试验样件是否故障， 由此来确定试验样件的故障时间。一般情况下，试验样件的故障判据由试验样件的技术条件规定。对航天驱动组件来说，一般根据传感器监测量来判断试验样件是否故障。常用的监测量有元部件的振动、温度、传动精度、摩擦力矩等。在传感器输出信号的基础上，进行故障诊断，得到试验样件的运行状态。5)确定测试周期。在寿命试验本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

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