[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

摘要

本发明公开了一种大型回转支承剩余使用寿命的预测方法，包括如下步骤：基于威布尔寿命分布理论推导出回转支承的剩余寿命预测模型，利用试验台对回转支承施以特定载荷，持续运转至回转支承失效，根据回转支承滚道载荷分布特性将滚道分成4n段，测量每段回转支承滚道的体积磨损量，再利用Archard磨损理论和逆幂率寿命模型建立起回转支承的载荷——疲劳寿命分布——剩余寿命预测模型。本发明的一种大型回转支承剩余使用寿命预测方法只需对一个回转支承进行全寿命疲劳寿命试验，即可实现同类产品的剩余寿命预测，能够为企业节省大量资源，提高产品利用率，并且降低发生事故的风险。

主权项

1.一种基于小样本的大型回转支承剩余使用寿命预测方法，其特征是包括以下步骤：1)根据威布尔寿命分布理论R＝exp[-(t/η)^β]，推导出基于可靠性的回转支承的剩余寿命预测模型R是可靠度，t是回转支承已经运转的圈数，β、η分别是需要本发明的预测方法来确定对应威布尔分布斜率和回转支承的特征寿命，x为剩余寿命；2)根据赫兹接触理论和ISO281方法求解出回转支承滚道的载荷分布。设回转支承受到的外载荷分别是：轴向力F_a、径向力F_r和倾覆力矩M，对于某一滚珠，设其与滚道四点接触的接触力分别为Q_1x,Q_1y,Q_2x和Q_2y，由于回转支承在实际工况中除了沿轴向的旋转外其他自由度都被约束，因此每个滚珠对滚道的合力应该与外载荷达到平衡，由此可得：其中，Z是滚珠的数量，和分别是所有滚珠在轴向力F_a、径向力F_r和倾覆力矩M方向上的合力的表达式。由此，便可以解得整个滚道沿滚珠的载荷分布情况。然后根据载荷的大小将回转支承划分成n组，根据分布的对称性，则每组有4段滚道，共计4n段回转支承滚道；3)选取某回转支承，给其施以100%极限设计载荷，利用试验台试验至回转支承因滚道严重失效造成试验机卡死；4)记录下回转支承卡死时运转过的圈数t_f，将被试回转支承取下试验台并拆解。按照步骤2）中方法将回转支承定圈切割成4n段，测量每段回转支承滚道的体积磨损量W_i，其中最大的体积磨损量为Wmax；5)根据公式分别计算出各段回转支承滚道的伪失效疲劳寿命，t_i表示各段回转支承滚道的伪疲劳失效寿命。6)将步骤5）中求得的4n回转支承的伪失效疲劳寿命按照2）中的方法分为n组，每组4个样本，求解出n个应力水平下的回转支承寿命威布尔分布函数中的n个β和η的值。7)根据公式lnη＝a+blnQ，利用步骤2）中求解的对应的载荷值Q_m(m＝1,2,3......n)和6）中求解的η_m(m＝1,2,3......n)和拟合出常数a，b的值，从而建立起回转支承特征寿命η与回转支承滚道中所承受的最大载荷Q的关系模型；8)对于选取的回转支承，由步骤2）可求得特定工况下的最大滚道载荷Q，由步骤6）可知其疲劳寿命威布尔分布斜率由步骤7）可知其特征寿命η_r，于是便建立起其剩余疲劳寿命的可靠性预测模型：β为威布尔分布的斜率，R为可靠度，η为特征寿命，x为剩余寿命。