[發明專利]基于小樣本的大型回轉支承剩余使用壽命預測方法

有效

• 申請號: 201310651774.6
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103617364A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 黃筱調;封楊;陳捷;王華;洪榮晶
• 申請（專利權）人: 南京工業大學;南京工大數控科技有限公司
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 徐冬濤;蔣真

技術領域：

本發明涉及一種軸承壽命預測方法，具體涉及一種基于小樣本試驗的大型回轉支承剩余壽命預測方法。

背景技術：

大型回轉支承作為風機、工程機械上的大型回轉連接件，通常會承受極大的軸向力、徑向力和傾覆力矩。大型回轉支承的失效卡死通常會導致設備的停機，嚴重時可能產生災難性的后果，如果能夠準確地預測其剩余使用壽命，就能夠指導操作人員及時維護或更換回轉支承，既避免了不必要的維護工作，又能減少重大事故的發生。因此，回轉支承剩余壽命的準確預測很有必要。

廣為使用的壽命預測方法通常有兩類：基于數據驅動的方法和基于可靠性的方法。基于數據驅動的壽命預測方法通常從先前獲取的振動信號中提取特征，然后根據信號特征的變化趨勢建立起設備的壽命衰退模型，最后將在線監測的信號代入之前建立的壽命衰退模型進行壽命預測。然而，回轉支承通常使用在港口機械、風機、工程機械中，工況惡劣，轉速低至0.1-10rpm，因此監測所得振動信號的信噪比很低，常用的振動信號特征提取方法幾乎不能從中獲取到有效信息。

為此，很多學者對國際標準ISO281中的軸承疲勞壽命計算方法（式1）進行研究，提出了很多針對中小型軸承的壽命試驗方法和壽命預測模型。然而，大型回轉支承比常見的中小型軸承大得多，其滾道的載荷分布形式以及失效方式都不相同，常用的壽命預測方法顯然不能直接使用在回轉支承上。

L10=a1a2a3(CaPa)3---(1)]]>

上式中，a1是可靠性系數，a2是材料系數，a3是工況系數，Ca是額定動載荷，Pa是當量動載荷，L10是可靠度為90%時軸承的疲勞壽命，通常以軸承轉過的圈數來表示。

此外，現有的疲勞壽命試驗方法大多是在不同工況下對批量的軸承進行疲勞試驗，以獲得軸承的疲勞壽命分布。大型回轉支承直徑通常在800-5000mm，無論是利用試驗臺，還是利用現場安裝回轉支承的設備，批量的疲勞壽命試驗從時間上和費用上都是不可接受的。

本發明針對大型回轉支承提出了一個基于小樣本試驗的剩余壽命預測模型，可以根據實際工況，對任意載荷的回轉支承進行剩余壽命預測。根據威布爾分布推導出剩余壽命預測模型；基于Hertz理論對回轉支承滾道進行受力分析，得到滾道的載荷分布；根據Archard理論，提出小樣本加速壽命試驗方法，建立起不同載荷下滾道疲勞壽命的威布爾分布，并由逆冪率加速壽命模型得到回轉支承的載荷-壽命曲線，從而完成了回轉支承剩余壽命預測模型的建立。目前國內尚未發現類似的回轉支承剩余壽命預測方法。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種基于小樣本的大型回轉支承剩余使用壽命預測方法，本方法以軸承疲勞壽命遵循的威布爾分布為基礎，推導出回轉支承剩余壽命的預測模型；結合Archard磨損理論和逆冪率加速壽命模型給出了基于小樣本的疲勞壽命試驗方法；并提出了通過處理試驗數據得到回轉支承剩余壽命模型參數的方法。

本發明的技術方案如下：

本發明的一種基于小樣本的大型回轉支承剩余使用壽命預測方法，只需要對一個大型回轉支承做全壽命的疲勞試驗，即可擬合出同類回轉支承的剩余壽命預測模型，供實際使用中實時地預測回轉支承的剩余使用壽命。

本發明的一種基于小樣本的大型回轉支承剩余使用壽命預測方法，根據載荷的大小和分布的對稱性將回轉支承劃分成n組，每組4段，共計4n段回轉支承滾道，通過測試全壽命試驗后產生的磨損量建立起回轉支承滾道載荷——滾道磨損量——回轉支承壽命模型。

一種基于小樣本的大型回轉支承剩余使用壽命預測方法，包括以下步驟：