[发明专利]一种轴承故障模拟方法及装置

说明书

本发明提供了一种轴承故障模拟方法及装置，属于轴承故障模拟技术领域。该方法包括：将设定的轴承故障引入到预先构建好的轴承动力学模型中，并将轴承基本特性参数输入到所述轴承动力学模型中；将轴承实验台架上驱动装置输出的实际转速和加载装置输出的实际载荷实时输入到所述轴承动力学模型中；求解所述轴承动力学模型得到与设定的轴承故障相对应的轴承振动加速度，完成轴承故障模拟。本发明采用半实物仿真的形式实现轴承故障模拟，进行故障模拟时，轴承实验台架实时地将其产生的实际转速和实际载荷发送给轴承动力学模型，这样实际台架的转速和载荷的动态特性就被实时地输入轴承动力学模型，进而能提高轴承故障模拟的精度。

技术领域

本发明涉及一种轴承故障模拟方法及装置，属于轴承故障模拟技术领域。

背景技术

轴承是所有旋转设备的重要组成部分，也是大多旋转设备最主要的故障源。以电机为例，其50％以上的故障来自轴承。因此，获得轴承各种故障情况下的特征信号，尤其是振动信号，对实现轴承的故障预警和剩余寿命估计具有非常重要的意义。

在实际的工业应用中，目前大多通过电火花或者线切割等方式在轴承的不同位置人为产生故障，然后测量轴承的振动信号，以提取可用于轴承故障预警的特征。这种实验方法的结果虽然准确可靠，但是实验效率低、成本高，且很多极端的故障情况无法在实际轴承台架中实验。

为解决上述问题，目前也有以仿真模型代替实际轴承，通过修改模型参数来模拟轴承故障的方法，例如公告号为CN103927414B的中国发明专利文件中公开的一种含单点故障的滚动轴承振动响应仿真分析方法，该方法首先建立了滚动轴承的5自由度非线性振动模型，并分别针对轴承单点故障的位置、形状及尺寸建立了不同的故障模型，然后根据当滚动轴承有故障时，接触到缺陷的滚珠的接触变形会发生变化，将故障引入到滚动轴承的5自由度非线性振动模型中，最后对振动模型求解得到外圈、内圈、滚动体分别含单点故障的轴承振动加速度响应曲线图。该方法不仅用仿真模型代替实际轴承，还以仿真的形式模拟轴承的运行工况，虽然能解决人为产生故障时很多极端的故障情况无法模拟的问题，但是由于在工业应用中受各种外界环境因素的影响以及受轴承台架中其他部件机械或电气特性的影响，轴承的实际运行工况不是固定不变的，而是实时变化的，因此轴承的实际运行工况十分复杂，很难通过仿真的形式进行全面真实地模拟和再现，一旦仿真得到的轴承运行工况与轴承的实际运行工况有偏差，那利用该方法得到的故障模拟精度就会降低。

综上所述，目前要么完全基于实际的轴承进行轴承故障模拟实验，这种实验无法完成极端故障的模拟；要么完全以仿真的形式进行轴承故障模拟实验，这种实验容易出现仿真得到的轴承运行工况与轴承的实际运行工况不符，导致故障模拟精度降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴承故障模拟方法及装置，用以解决目前完全以仿真的形式进行轴承故障模拟实验，容易出现仿真得到的轴承运行工况与轴承的实际运行工况不符，导致故障模拟精度降低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种轴承故障模拟方法，该方法包括以下步骤：

1)将设定的轴承故障引入到预先构建好的轴承动力学模型中，并将轴承基本特性参数输入到所述轴承动力学模型中；

2)将轴承实验台架上驱动装置输出的实际转速和加载装置输出的实际载荷实时输入到所述轴承动力学模型中；

3)求解所述轴承动力学模型得到与设定的轴承故障相对应的轴承振动加速度，完成轴承故障模拟；

其中，所述设定的轴承故障根据设定的故障位置、故障尺寸和故障数量确定，并根据当轴承有故障时，接触到故障的滚珠的形变量会发生变化，进而滚珠与滚道的接触力会发生变化，将所述设定的轴承故障引入到所述轴承动力学模型中；所述轴承基本特性参数包括轴承内圈的质量、刚度、阻尼，轴承外圈的质量、刚度、阻尼，减震器的质量、刚度、阻尼，以及滚珠的个数。