[发明专利]基于小样本的大型回转支承剩余使用寿命预测方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种轴承寿命预测方法，具体涉及一种基于小样本试验的大型回转支承剩余寿命预测方法。

背景技术：

大型回转支承作为风机、工程机械上的大型回转连接件，通常会承受极大的轴向力、径向力和倾覆力矩。大型回转支承的失效卡死通常会导致设备的停机，严重时可能产生灾难性的后果，如果能够准确地预测其剩余使用寿命，就能够指导操作人员及时维护或更换回转支承，既避免了不必要的维护工作，又能减少重大事故的发生。因此，回转支承剩余寿命的准确预测很有必要。

广为使用的寿命预测方法通常有两类：基于数据驱动的方法和基于可靠性的方法。基于数据驱动的寿命预测方法通常从先前获取的振动信号中提取特征，然后根据信号特征的变化趋势建立起设备的寿命衰退模型，最后将在线监测的信号代入之前建立的寿命衰退模型进行寿命预测。然而，回转支承通常使用在港口机械、风机、工程机械中，工况恶劣，转速低至0.1-10rpm，因此监测所得振动信号的信噪比很低，常用的振动信号特征提取方法几乎不能从中获取到有效信息。

为此，很多学者对国际标准ISO281中的轴承疲劳寿命计算方法（式1）进行研究，提出了很多针对中小型轴承的寿命试验方法和寿命预测模型。然而，大型回转支承比常见的中小型轴承大得多，其滚道的载荷分布形式以及失效方式都不相同，常用的寿命预测方法显然不能直接使用在回转支承上。

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

上式中，a1是可靠性系数，a2是材料系数，a3是工况系数，Ca是额定动载荷，Pa是当量动载荷，L10是可靠度为90%时轴承的疲劳寿命，通常以轴承转过的圈数来表示。

此外，现有的疲劳寿命试验方法大多是在不同工况下对批量的轴承进行疲劳试验，以获得轴承的疲劳寿命分布。大型回转支承直径通常在800-5000mm，无论是利用试验台，还是利用现场安装回转支承的设备，批量的疲劳寿命试验从时间上和费用上都是不可接受的。

本发明针对大型回转支承提出了一个基于小样本试验的剩余寿命预测模型，可以根据实际工况，对任意载荷的回转支承进行剩余寿命预测。根据威布尔分布推导出剩余寿命预测模型；基于Hertz理论对回转支承滚道进行受力分析，得到滚道的载荷分布；根据Archard理论，提出小样本加速寿命试验方法，建立起不同载荷下滚道疲劳寿命的威布尔分布，并由逆幂率加速寿命模型得到回转支承的载荷-寿命曲线，从而完成了回转支承剩余寿命预测模型的建立。目前国内尚未发现类似的回转支承剩余寿命预测方法。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于小样本的大型回转支承剩余使用寿命预测方法，本方法以轴承疲劳寿命遵循的威布尔分布为基础，推导出回转支承剩余寿命的预测模型；结合Archard磨损理论和逆幂率加速寿命模型给出了基于小样本的疲劳寿命试验方法；并提出了通过处理试验数据得到回转支承剩余寿命模型参数的方法。

本发明的技术方案如下：

本发明的一种基于小样本的大型回转支承剩余使用寿命预测方法，只需要对一个大型回转支承做全寿命的疲劳试验，即可拟合出同类回转支承的剩余寿命预测模型，供实际使用中实时地预测回转支承的剩余使用寿命。

本发明的一种基于小样本的大型回转支承剩余使用寿命预测方法，根据载荷的大小和分布的对称性将回转支承划分成n组，每组4段，共计4n段回转支承滚道，通过测试全寿命试验后产生的磨损量建立起回转支承滚道载荷——滚道磨损量——回转支承寿命模型。

一种基于小样本的大型回转支承剩余使用寿命预测方法，包括以下步骤：