[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于磨損機(jī)理的車(chē)用傳動(dòng)裝置的磨損隨機(jī)過(guò)程試驗(yàn)預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510522232.8
• 申請(qǐng)日: 2015-08-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105136449B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安海;劉松宇;安偉光;尹行;何富凱;魏星
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M13/02
• 分類(lèi)號(hào): G01M13/02
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1.一種基于磨損機(jī)理的車(chē)用傳動(dòng)裝置的磨損隨機(jī)過(guò)程試驗(yàn)預(yù)測(cè)方法，其特征在于：

第1步：結(jié)合滑塊磨損特點(diǎn)，選取三個(gè)主要磨損影響因素包括：換擋力、轉(zhuǎn)速、硬度，每個(gè)因素取4個(gè)水平，采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，用L16(43)的正交表頭，即收集整理16組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)滑塊磨損率與磨損影響因素之間的關(guān)系進(jìn)行研究，按照設(shè)計(jì)好的正交試驗(yàn)表進(jìn)行磨損試驗(yàn)，每200次進(jìn)行一次測(cè)量記錄，每組共完成2000次換擋，即每組完成10次測(cè)量記錄工作，收集正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果；

第2步：處理正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)，將磨損量W換算成磨損率u，即單位時(shí)間內(nèi)的車(chē)用傳動(dòng)裝置滑塊的磨損量；

第3步：在建立磨損率靜態(tài)模型時(shí)要考慮換擋力P，轉(zhuǎn)速R，材料表面硬度H，依次使用變量x1，x2，x3表示，觀察指標(biāo)滑塊磨損率用變量u表示；結(jié)合正交試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)變量的主效應(yīng)、二次項(xiàng)效應(yīng)、交互效應(yīng)做相關(guān)性分析，計(jì)算其相關(guān)系數(shù)，將這三個(gè)磨損影響因素的主效應(yīng)、二次效應(yīng)及交互效應(yīng)組成變量集合：

X T = [ X 1 , X 2 , X 3 , X 1 2 , X 2 2 , X 3 2 , X 1 X 2 , X 1 X 3 , X 2 X 3 ] ]]>

其中：Xi＝[xi1,xi2,...,xi16]T—因素的主效應(yīng)；

—因素的二次項(xiàng)效應(yīng)；

XiXj＝[xi1xj1,xi2xj2,...,xi16xj16]T—因素的交互效應(yīng)；

第4步：以車(chē)用傳動(dòng)裝置滑塊的磨損率作為因變量，以其三個(gè)磨損影響因素的主效應(yīng)xi、二次效應(yīng)及交互效應(yīng)xixj作為自變量，建立磨損率預(yù)測(cè)的二次多項(xiàng)式模型：

u = b 0 + Σ i = 1 3 b i x i + Σ i = 1 3 b i i x i 2 + Σ i < j b i j x i x j ]]>

其中：xi—變量的主效應(yīng)；

—變量的二次項(xiàng)效應(yīng)；

xixj—變量間的交互效應(yīng)；

u—因變量；

b0，bi，bii，bij—回歸系數(shù)，其中b0為常數(shù)項(xiàng)；

根據(jù)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)，以其中的車(chē)用傳動(dòng)裝置滑塊磨損率u為計(jì)算指標(biāo)，結(jié)合偏最小二乘回歸分析法建模且進(jìn)行模型驗(yàn)證，得到各自變量對(duì)因變量主效應(yīng)、二次效應(yīng)和交互效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化回歸系數(shù)，再將標(biāo)準(zhǔn)化變量轉(zhuǎn)化回原始變量，得到基于偏最小二乘回歸的磨損率預(yù)測(cè)二次多項(xiàng)式模型：

u = - 39.062 + 0.00209132 x 1 - 0.154078 x 2 + 5.23918 x 3 + 2.37763 × 10 - 6 x 1 2 ]]>

+ 6.07225 × 10 - 5 x 2 2 - 0.0605511 x 3 2 - 5.36521 × 10 - 6 x 1 x 2 - 9.29692 × 10 - 5 x 1 x 3 + 0.000788742 x 2 x 3 ]]>

然后，對(duì)模型用T2橢圓圖優(yōu)化驗(yàn)證，重新建模，得到優(yōu)化后各自變量對(duì)因變量主效應(yīng)、二次效應(yīng)和交互效應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)回歸系數(shù)，再將標(biāo)準(zhǔn)化變量轉(zhuǎn)化回原始變量，最終得到優(yōu)化后的基于偏最小二乘回歸的磨損率預(yù)測(cè)二次多項(xiàng)式模型：

u = - 154.382 + 0.029303 x 1 - 0.0591854 x 2 + 5.86918 x 3 + 2.70683 × 10 - 6 x 1 2 + 3.35617 × 10 - 5 x 2 2 - 0.0555005 x 3 2 - 1.32991 × 10 - 5 x 1 x 2 - 0.000503326 x 1 x 3 + 0.000822749 x 2 x 3 ]]>

將正交試驗(yàn)換擋力x1，轉(zhuǎn)速x2，硬度x3四水平的16組試驗(yàn)數(shù)據(jù)代入磨損率預(yù)測(cè)二次多項(xiàng)式模型，進(jìn)行模型檢驗(yàn)；

第5步：選取一組樣本件，在換擋力x1＝3000N，轉(zhuǎn)速x2＝1600r/min，硬度x3＝49HRC的工況條件下完成一套全壽命磨損試驗(yàn)，采集磨損數(shù)據(jù)，每換擋300次進(jìn)行一次測(cè)量采集，直至滑塊磨損率急劇升高，進(jìn)入劇烈磨損期，試驗(yàn)停止，在600次換檔次數(shù)后磨損率趨于平穩(wěn)，在6600次換擋次數(shù)后磨損率急劇升高，由此確定了磨損三個(gè)階段的具體劃分為磨合期：0～600次、穩(wěn)定期：600～6600次、劇烈期：6600次以后；

第6步：通過(guò)滑塊全壽命磨損試驗(yàn)來(lái)確定車(chē)用傳動(dòng)裝置滑塊磨損隨機(jī)過(guò)程類(lèi)型，針對(duì)磨損三個(gè)階段，劇烈磨損階段過(guò)程復(fù)雜，故僅針對(duì)0～6600次的磨合期和穩(wěn)定期的磨損過(guò)程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，對(duì)其磨損量W(t)和磨損量增量ΔW(t)進(jìn)行K-S法正態(tài)檢驗(yàn)，磨損量W(t)和磨損量增量ΔW(t)的漸近顯著性均大于0.05，即服從正態(tài)分布；

第7步：隨機(jī)選取6組樣本件，在換擋力x1＝3000N，轉(zhuǎn)速x2＝1600r/min，硬度x3＝49HRC的工況條件下完成一套隨機(jī)磨損試驗(yàn)，采集磨損數(shù)據(jù)，這6組滑塊按照已確定的換擋次數(shù)進(jìn)行換擋：每換擋300次停機(jī)拆解進(jìn)行測(cè)量采集，記錄數(shù)據(jù)，共測(cè)10次，即共換檔3000次，以便磨損隨機(jī)過(guò)程模型中參數(shù)值的確定；

第8步：提出磨損隨機(jī)過(guò)程模型中兩個(gè)重要參數(shù)的確定方法，求取具體參數(shù)值，偏移系數(shù)在模型中表現(xiàn)為磨損率均值，通過(guò)第4步建立的磨損率偏最小二乘回歸預(yù)測(cè)模型計(jì)算，即把隨機(jī)磨損試驗(yàn)的工況條件換擋力x1＝3000N，轉(zhuǎn)速x2＝1600r/min，硬度x3＝49HRC代入，得：

第9步：模型中的另一個(gè)重要參數(shù)過(guò)程強(qiáng)度σ需用通過(guò)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)求得，針對(duì)磨損隨機(jī)試驗(yàn)利用不同時(shí)刻的磨損量W(t)做方差估計(jì)，將W(t)代入下式，對(duì)求得的一系列方差值D(ti)進(jìn)行線性檢驗(yàn)，在坐標(biāo)紙上劃出線性回歸線，其斜率即為過(guò)程的強(qiáng)度，建立線性回歸方程：D(t)＝0.3564t+144，線性效果良好，斜率作為過(guò)程的強(qiáng)度值，即σ2＝0.3564；

第10步：根據(jù)第6步磨損隨機(jī)過(guò)程具體類(lèi)型的確定結(jié)果，建立車(chē)用傳動(dòng)裝置滑塊的磨損隨機(jī)過(guò)程模型：

f ( W , t ) = 1 2 π t σ exp { - 1 2 ( W - u ‾ t ) 2 σ 2 t } ]]>

其中：W—磨損量，單位：mm

—維納過(guò)程的偏移系數(shù)；

σ—維納過(guò)程的過(guò)程強(qiáng)度；

將第8、9步求得的磨損隨機(jī)過(guò)程模型的偏移系數(shù)和過(guò)程強(qiáng)度σ代入此模型，得：

f ( W , t ) = 1 2 π t × 0.596992462 exp { - 1 2 ( W - 30.1218211 × t ) 2 0.596992462 2 × t } ]]>

至此，建立了車(chē)用傳動(dòng)裝置滑塊的磨損隨機(jī)過(guò)程模型，通過(guò)此模型確定了車(chē)用傳動(dòng)裝置滑塊的磨損過(guò)程。