基于混沌理论滚动轴承振动稳健化试验数据的动态分析

提出改进的Huber M方法是以中位数和Huber M方法两种稳健化处理相融合的一种对数据进行稳健化处理的方法.用中位数和数据平均值相似度判断数据是否有变异,根据变异率变化趋势确定变异率.发现在0%~10%变异率范围内,滚动轴承振动数据的连续性和可信度随着变异率的增加而增强.用混沌理论分析滚动轴承的动态特性,发现同一批次的滚动轴承振动有相同的时间延时、嵌入维数、最大Lyapunov指数,其中最大Lyapunov指数均大于0即属于混沌特征,进一步计算最大可预测周期,最大可预测周期为667个单位.滚动轴承振动时间序列物理空间的中位数和相空间的估计关联维数为非线性非单调性的内在运行机制,为滚动轴承振动的动态分析进一步提供可靠的依据.      

基于贝叶斯方法与稳健理论的滚动轴承摩擦力矩不确定度建立方法

基于贝叶斯方法与稳健化理论,提出一种未知分布时间序列不确定度的建立方法。该方法以中位数估计与Huber M估计融合方法分析时间序列数据的稳健性,构建贝叶斯先验分布,并与实验数据建立贝叶斯后验分布,创建以贝叶斯后验分布建立时间序列数据的不确定度。在显著性水平为0～0.1,通过对滚动轴承摩擦力矩分析,中位数估计与Huber M估计相融合方法确定了滚动轴承摩擦力矩稳健数据的边界值、显著性水平,构建了贝叶斯先验分布。以贝叶斯后验分布构建滚动轴承摩擦力矩不确定度。与经典统计学得到的不确定度比较,在相同置信水平下,该方法缩短了评估区间,提高了评估精度0～50%。该融合方法以稳健数据构建先验分布,提供一种贝叶斯方法先验分布建立方法;采用中位数估计与Huber M估计融合方法确定了数据显著性水平和边界值的确定,减小置信水平与稳健数据边界值主观确定的误差;为未知分布时间序列的不确定度建立提供了一种理论。     

样本量对滚动轴承振动性能变异过程评估的影响

以轴承全寿命周期内的振动时间序列为研究对象,构建最大熵泊松评估模型以研究滚动轴承振动性能的演变历程。将振动时间序列分为不同的段数,基于最大熵原理和泊松过程,计算各个振动时间序列相对本征时间序列的变异概率、性能保持可靠度及其变异速度和变异加速度等指标；分析各个性能变异指标与样本量的关系,从而选取合适的样本量；用动态平均不确定度分析性能保持可靠性评估结果的不确定性。结果表明:针对案例1和案例2,将样本量分别选取为800~1000和500~900,既可以使本征序列数据样本蕴含足够的振动信息；又可以对轴承振动性能的具体变异过程进行有效地评估。      

滚动轴承振动的灰自助动态评估与诊断

以灰预报和自助再抽样方法为基础, 提出灰自助动态评估与诊断模型, 以评估和改进滚动轴承的振动.该模型用动态不确定度、估计区间、估计真值、平均不确定度、平均真值和系统误差测度等6个参数, 描述滚动轴承振动的基本特征.对HKRB轴承的试验表明, 该模型对随机误差的概率分布与系统误差的类型没有任何要求, 在平均不确定度为最小的条件下分离出系统误差.评估的可信度达到100%.根据灰自助动态评估结果, 还诊断出影响轴承振动的误差特征, 揭示了来自轴承零件制造的误差根源, 为实施滚动轴承振动的生产过程控制奠定了基础.      

滚动轴承振动性能状态演变的非线性特征和不确定性特征的灰关系分析

为了更加全面有效地监测滚动轴承服役过程中其振动性能状态的演变历程,用关联维数和盒维数表征振动性能状态演变的非线性,用振动数据瞬时值的波动范围和平均值的波动范围表征振动性能状态演变的不确定性。运用灰关系分析法求解参数序列之间的灰置信水平,进而分析轴承振动性能状态演变的非线性特征和不确定性特征之间的非线性相关程度。两个案例表明：总体上来看,关联维数和盒维数均有减小的趋势,瞬时值的波动范围和平均值的波动范围都有增大的趋势,而且它们在突变点处有某种意义上的对应关系。非线性特征参数序列和不确定性特征参数序列总体上有负相关关系,且不确定性参数序列与关联维数的灰置信水平均比其与盒维数的灰置信水平要高。     

模糊等价关系下滚动轴承振动性能变异分析

在小样本且概率分布未知条件下,提出模糊等价关系和自助最大熵模型,并通过变异概率分析滚动轴承振动性能变异过程。对滚动轴承振动加速度原始数据分组得到样本,选定本征样本,计算各样本间的模糊等价系数;运用自助最大熵模型建立各样本的概率密度函数,通过交集法得到各样本相对于本征样本的变异概率,建立模糊等价系数和变异概率的关系曲线以实现对变异过程的监控;通过仿真和实验案例验证了所提模型的可行性和正确性。实验结果表明:随着磨损直径的逐渐增大,变异概率曲线呈“躺椅状”非线性上升趋势,对应滚动轴承磨损的3个阶段,即初级磨合阶段、正常性能退化阶段和性能恶化阶段。      

航空发动机附件机匣轴承失效故障复现试验

针对航空发动机在飞行时附件机匣的深沟球轴承发生铆钉断裂、沟道剥落2种失效故障,为了定位故障原因,开展了2 套轴承外圈沟道预损伤及4套轴承铆钉断裂的轴承失效故障复现试验。结果表明：轴承故障失效时序为外圈沟道由于表面损伤 先产生表面疲劳剥落,然后引发铆钉断裂;结合轴承的原材料、设计、工艺、质量及其在机匣上安装使用情况等的复查结果与轴承 拆卸试验结果,确定轴承拆卸工艺不当是产生外沟道表面损伤的主要原因。采用轴承内圈拆卸工艺后可有效避免拆卸过程中的 轴承沟道损伤,从而预防此类故障的发生。     

基于EMD的发动机轴承振动冲击故障特征提取

采用经验模式分解方法(EMD),研究了发动机轴承的非平稳振动信号故障特征提取问题.计算机仿真结果证实了该方法的有效性;采用该方法提取了滚动轴承故障振动信号冲击特征,结果表明应用该方法能够准确、有效地获得轴承的冲击损伤特征,并且,经进一步分析,可确定冲击损伤故障失效模式.     

航空发动机主轴承使用状态寿命预测模型

在滚动轴承寿命预测模型分析的基础上,提出了航空发动机主轴承状态寿命的概念,即把主轴承的使用寿命周期划分为状态良好、初步损伤、故障发展和即将失效4个寿命阶段;建立了1种利用机载传感器信息(转速、振动和飞行器机动),来确定航空发动机主轴承使用状态寿命的模型,该模型把状态监控数据和基于理论模型分析计算的方法相结合,为评估主轴承的寿命状态提供了1种新的方法.     

基于卷积双向长短期记忆网络的轴承故障尺寸估计

基于振动监测数据的航空发动机滚动轴承损伤大小识别,对于研究滚动轴承故障演化、故障预测和故障诊断具有重要意义。针对传统模型对先验知识依赖性高、特征提取不充分、故障尺寸训练类别有限等问题,提出了一种基于深度学习的滚动轴承损伤尺寸预计方法,能够对训练过程中未出现的中间尺寸进行准确识别。在经典模型的基础上,搭建了一种深度卷积网络与长短期记忆网络组合模型,该模型可对轴承振动信号的多维特征与时序特征进行充分提取,实现轴承故障的智能和高效诊断。最后,利用滚动轴承加速疲劳试验机,进行了多种转速与损伤尺寸下的滚动轴承故障试验,基于试验数据进行了方法的比较,结果表明,该组合网络的在正常和加噪的情况下预测精度分别达到99.94%和98.67%,较单独的深度卷积网络、长短期记忆网络及其他模型精度更高,比较结果充分表明了本文所提方法的优越性。     

不同轴承壁面沟槽诱导油液穿透机理

以高速角接触球轴承为研究对象,在轴承外圈内壁开设沟槽,采用流体动力学对高速轴承壁面沟槽模型进行气液两相流数值模拟。利用VOF(volume of fluid)模型对轴承环间气液两相流界面进行动态捕捉,分析油液在沟槽诱导作用下的运动过程和分布特点,探究阻碍油液进入腔内的影响机理。分别研究了沟槽形状、深度、方向以及喷油参数等因素对高速轴承腔内和滚道润滑油体积分数的影响规律。研究结果表明:在高速轴承喷油润滑阶段,通过对沟槽形状、深度、方向的分析,得到圆弧形沟槽适用于高速轴承,沟槽深度为0.8 mm,沟槽方向为60°有利于油液进入轴承环间,腔内有效润滑油和外滚道油液体积分数最高。通过试验测得壁面有沟槽和无沟槽轴承腔内油液体积分数并与仿真结果对比,发现在轴承高速阶段开设壁面沟槽有利于润滑油进入轴承腔,为高速轴承的润滑设计提供了新的方法。      

滚动轴承平均故障前时间计算方法研究

滚动轴承的平均故障前时间(MTTF)和平均失效率是旋转类机械设备可靠性预计和分析的重要基础数据,传统源于统计样本信息的滚动轴承MTTF和失效率数据可信度不高,难以约束滚动轴承的可靠性定量设计。为得到可信度更高的滚动轴承MTTF,利用滚动轴承疲劳寿命计算方法,基于滚动轴承寿命与可靠度的关系研究,推导了威布尔分布的MTTF和平均失效率计算公式,提出一种滚动轴承MTTF和平均失效率的计算方法和流程,给出了滚动轴承MTTF和平均失效率的计算示例。解决了利用设计参数(工作寿命、可靠度、动载荷等)计算滚动轴承MTTF和平均失效率的问题,可为滚动轴承及其配套产品的可靠性预计和分析提供数据和方法支持。     

基于内圈滚道廓形的圆柱滚子轴承旋转精度

在轴承几何关系和运动关系分析基础上,建立了考虑内圈滚道廓形的圆柱滚子轴承径向跳动数学模型,分析了内圈滚道圆度误差幅值、谐波阶次、滚子个数以及径向游隙对轴承旋转精度的影响规律,并验证了模型的正确性.结果表明:内圈滚道的圆度误差对轴承旋转精度的影响较大,内圈滚道圆度误差幅值对轴承旋转精度影响较大，内圈滚道低阶谐波对轴承旋转精度的影响较高阶谐波显著；当内圈滚道谐波阶次为滚子个数的整数倍时，轴承旋转精度显著下降；减小内圈滚道圆度误差幅值能有效提高圆柱滚子轴承的旋转精度.      

双列角接触球轴承的免疫算法优化设计

建立了双列角接触球轴承结构优化的数学模型,用免疫优化算法,分别以额定动载荷、额定静载荷和两者的加权和为目标函数进行轴承结构的优化设计.设计变量包括每列的钢球数、钢球直径、内滚道沟曲率半径系数、外滚道沟曲率半径系数和轴承节圆直径.并对比分析了遗传算法与免疫算法的优化结果.免疫算法可以有效实现优化设计,与轴承手册标准值相比,优化后的3210和3218轴承的额定动载荷和额定静载荷都提高了60%以上.      

滚动轴承振动与噪声关系的灰色研究

以灰色系统理论为基础,通过实验,研究6201和6203轴承振动与噪声的关系。振动用加速度有效值描述,噪声以声压级表示。实验数据处理结果表明,轴承振动与噪声的关系不明显,并具有很大的不确定性。因此,不宜用轴承的振动代替轴承的噪声,应单独研究轴承的噪声问题,制订轴承噪声标准和相应的工艺标准。      

角接触球轴承生热预测方法与灵敏度分析

通过拉丁超立方实验设计法获取角接触球轴承NSK-7015C的结构参数样本数据,采用Newton-Raphson法求解轴承变形几何协调方程、滚动体平衡方程和内圈平衡方程所构成的非线性方程组。应用Kriging和Monte Carlo相结合的方法(AK-MCS)构建样本数据与轴承生热的函数关系,在此基础之上使用全局灵敏度计算方法计算轴承结构参数对轴承生热的影响。研究结果表明:在相同轴承结构参数下,采用AK-MCS法预测的轴承生热与轴承拟静力学分析模型求得的结果差值均小于0.003 W,说明AK-MCS算法的预测结果具有较高的准确性；轴承生热对轴承滚动体直径变化反应最灵敏,轴承内、外圈沟道直径影响次之,轴承内、外圈沟道曲率半径影响最小,该研究能够为轴承结构参数的设计优化和加工精度的选择提供理论依据。