[发明专利]一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测方法及装置

权利要求书

1.一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测方法，其特征在于，包括：

S1：获取待预测主轴轴承的实时振动数据，并对轴承实时振动数据进行预处理，得到轴承实时振动数据对应的轴承包络信号；

S2：基于所述轴承包络信号获取对应的高阶原点矩和广义幂均值，构造轴承包络信号的广义高阶矩系数；

S3：采用移动平均法对不同参数组合下的广义高阶矩系数和对比指标进行拟合，获得用于描述轴承退化趋势的拟合曲线；

S4：获取在不同参数组合下的广义高阶矩系数的一致性、单调性及鲁棒性指标，对所述一致性、单调性及鲁棒性指标进行权重分配以确定最优的广义高阶矩系数及参数组合，通过最优的广义高阶矩系数来评估轴承的健康状态；

S5：基于改进巴黎裂纹扩展理论方法构造待预测主轴轴承的剩余有用寿命模型。

2.根据权利要求1所述的一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S5中，剩余有用寿命模型具体表达式如式(1)所示：

式中，t_ini其中表示待预测主轴轴承产生初始故障的时刻，z_th表示待预测主轴轴承最终失效的阈值，模型参数D₁和D₂由同工况条件下的轴承历史退化数据获得。

3.根据权利要求1所述的一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S3中：广义幂均值和高阶原点矩分别如式(2)和式(3)所示：

式中，N表示表示包络信号的长度，a和b均表示阶次。

4.根据权利要求1所述的一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S4中，广义高阶矩系数的一致性、单调性和鲁棒性的加权值，具体表达式如式(4)-(6)所示：

式中，W(t_i)表示广义高阶矩系数，W_T(t_i)表示对应的拟合退化曲线，W_R(t_i)表示残差信号。

5.根据权利要求1所述的一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S4还包括：基于最优的广义高阶矩系数得到对应的退化拟合曲线，并根据所述退化拟合曲线得到轴承发生初始故障的阈值。

6.根据权利要求5所述的一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测方法，其特征在于，所述步骤S4中，根据退化拟合曲线获取待预测主轴轴承初始故障的阈值，阈值的表达式如式(7)所示：

式中，和σ_t分别表示前1/3时刻退化拟合曲线的均值和标准差，z_ini为待预测轴承初始故障的阈值。

7.一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测装置，其特征在于，包括：

信号采集及预处理模块，所述采集模块用于实时采集轴承的原始振动信号，并对原始振动信号进行预处理，得到预处理振动信号；

处理模块，所述处理模块用于根据所述预处理振动信号得到对应的广义高阶矩系数；

拟合模块，所述拟合模块用于根据所述广义高阶矩系数得到用于描述轴承退化趋势的拟合曲线；

评估模块，所述评估模块用于获取在不同参数组合下的广义高阶矩系数的一致性、单调性及鲁棒性指标以确定最优的广义高阶矩系数及参数组合，并对轴承的健康状态进行评估；

预测模块，所述预测模块基于改进巴黎裂纹扩展理论方法对待预测主轴轴承的剩余寿命进行预测。