滚动轴承振动性能保持可靠性与不确定性关系的动态评估

提出用振动瞬时值的波动范围、振动平均值的波动范围、振动序列对应时间段内的平均波动范围3个指标来综合表征在轴承服役过程中其振动性能的不确定性,并定量分析3个不确定性指标与振动性能保持可靠性的内在具体关系。运用最大熵法和泊松过程理论,计算轴承的振动性能保持可靠度;基于灰自助法、自助法和最大熵法、经典统计法,依次计算3个不确定性指标值;建立多因素回归分析模型,分析性能保持可靠性与3个不确定性指标的关系表达式。结果表明:对于案例1和案例2,性能保持可靠性与3个不确定性指标的线性相关系数分别为 -0843 7、-0779 8、-0759 7;-0835 4、-0843 9、-0808 2。两个案例均表明瞬时值的波动范围与平均波动范围对性能保持可靠性有非线性影响。     

航天轴承摩擦力矩的最大熵概率分布与bootstraP推断

滚动轴承摩擦力矩具有不确定的波动和趋势变化,属于概率分布与趋势规律都未知的乏信息系统。这是一个重要问题,它阻碍了对轴承摩擦力矩的小样本分析与总体把握。为了解决这个问题,根据最大熵原理,从小样本入手建立航天轴承摩擦力矩的概率密度函数。以此为基础,在讨论了摩擦力矩的时域特征与概率分布特征后,用bootstrap对摩擦力矩总体的分布参数进行统计推断。试验研究表明,推断结果和试验结果之间的误差很小,满足工程要求。因此,用小样本可以描述航天轴承摩擦力矩总体的统计特征。     

小卫星姿控动量轮陶瓷球混合轴承性能分析与试验

小卫星的技术发展对星上姿控系统的主要部件一动量轮的主要技术指标提出了严格的要求。为了满足动量轮对轴承的使用要求，本研究开发了Si3N4陶瓷球混合轴承。基于滚动轴承分析理论和摩擦学知识，对其接触应力、旋滚比、轴向刚度、润滑、额定静载荷等指标进行了优化设计和分析。结果显示：与原全钢轴承比较，优化后混合轴承消除了原全钢轴承存在的控制类型“阶跃”问题，在精度寿命指标上具有明显的优势。摩擦力矩测量结果及分析表明该轴承的功耗指标优于原全钢轴承。力学模拟、温度循环试验后动量轮电机电流升高小于5％，表明该轴承具有良好的抗振动冲击能力和温度适应能力。在动量轮连续二年的运转试验中，电机的功耗始终较小而且稳定，进一步证明陶瓷球混合轴承具有良好的抗粘着磨损能力。     

基于乏信息失效数据的可靠性评估方法

基于乏信息失效数据,提出了机械产品可靠性的最大熵评估模型.根据可靠性经验值公式,获得失效数据的可靠性经验值向量,并逆推出离散失效频率向量即获得统计直方图;基于区间映射的牛顿迭代方法获得具有最大熵的概率密度函数,对其积分获得失效概率分布函数,进而得到可靠性估计真值函数.仿真案例和试验案例研究证明该方法可以很好地评估已知分布的可靠性并有效地解决只有失效数据而没有概率分布任何先验信息的可靠性评估问题.在寿命给定时,最大熵方法获得的可靠性取值与已知分布获得的可靠性取值之间的差值非常小仅为3.40%.      

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。      

内圈沟道损伤直径对滚动轴承振动性能的测度

采用中位数估计和Huber M估计相融合方法对未知分布的时间序列数据进行稳健处理,得到时间序列稳健数据,进一步得到时间序列数据的本征区间、变异率、中位数和平均值,组成时间序列数据的测度。该方法对不同沟道损伤直径条件下滚动轴承振动数据进行研究,结果发现:滚动轴承振动数据的变异率、中位数及平均值的变化趋势一致,与轴承的实际工况吻合,可以作为滚动轴承性能退化的测度。其中轴承正常运行时的变异率为10%与轴承寿命规定的10%失效率相同,轴承失效时的变异率89%和沟道损伤直径达到失效直径的89%相同。该测度准确地反映沟道损伤直径对轴承振动性能的影响,为滚动轴承性能预报提供可靠依据。该方法不需要知道时间序列数据的分布类型,为未知分布的时间序列数据的稳健处理提供一种方法。     

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.      

卫星动量轮灵敏性变异分析

基于模糊理论提出一种非线性卫星动量轮灵敏性变异分析的数值方法,以工程实际中的模糊相似关系转化为空间向量的模糊等价关系,来评估稳定系统的总体变异本质特征.并通过仿真均匀分布、线性分布以及周期分布的时间数据序列验证了该模型的可行性；以3套卫星动量轮实际稳态运转实验见证了该方法的实用性和有效性.其中动量轮A的最小灵敏系数为0.678，大于0.5阈值,表明其运转期间灵敏性十分良好；动量轮B的最小灵敏系数为0.439，小于0.5阈值,其运转期间灵敏性有所变异；动量轮C的最小灵敏系数等于0.5阈值,其关系最为模糊并介于稳定与变异之间.该模型实时预测并描述了动量轮灵敏性变异过程,且适用于诸多航天领域的非线性乏信息问题.