一种润滑脂轴承寿命的预测方法及系统与流程

本发明涉及轴承寿命预测，尤其涉及一种润滑脂轴承寿命的预测方法及系统。

背景技术：

1、滚动轴承是轴和各类旋转构件的重要支撑组件，同时也属于易损坏部件。滚动轴承的寿命是轴承的一个重要质量指标，现有研究轴承寿命的技术主要是通过试验和现场收集来得到有价值的数据，往往需要较大的时间成本，难以在短时间内获得轴承寿命预测的有效信息。

2、滚动轴承寿命的影响因素分为可控应力和不可控应力，可控应力包括外加负载、转速、温度等，不可控应力包括润滑剂中的微粒污染物、轴承的化学成分、水分、外界大环境(如外界振动、噪声)等。其中，加速应力通常取可控应力，不可控应力通过寿命修正系数进行修正。

3、最常采用的加速应力是外加负载，如现有的l-p理论，认为疲劳裂纹开始于接触次表面下平行于滚动方向的最大交变剪切应力所作用的区域内的材料薄弱点，并逐渐扩展到表面，产生疲劳剥落，即轴承失效机理为外加负载作用下发生疲劳剥落。然而，这种轴承失效机理以载荷作为主要失效形式，未考虑到温度对轴承寿命的影响。

4、轴承温度会影响轴承润滑脂的黏度，影响轴承滚子的油膜厚度，从而影响轴承的寿命。此外，轴承温度变化还会引起轴承配合过盈量的变化，从而引起径向应力的变化，导致轴承寿命变化。在以润滑脂失效为主要失效形式的低负载轴承中，低载荷轴承往往存在先于疲劳剥落而失效的现象，在系统中表现为振动噪声显著增大，轴承温度急剧升高等，并且内部润滑脂变少或变干，保持架严重磨损或局部断裂，套圈或滚道工作表面出现不同程度的微观磨损。

技术实现思路

1、本发明提供一种润滑脂轴承寿命的预测方法及系统，适用于以润滑脂失效为主要失效形式的低负载轴承，提高轴承寿命的预测效率和预测结果准确性，降低轴承寿命预测的经济成本，从而产生经济效益。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种润滑脂轴承寿命的预测方法，包括：

3、获取实际工况下的轴承温度、轴承载荷和轴承转速，获取试验条件下的轴承温度、轴承载荷和轴承转速；

4、根据实际工况下以及试验条件下的轴承温度、轴承载荷和轴承转速，计算加速系数；

5、在试验条件下对轴承样本进行寿命试验得到试验中的轴承样本数据，使用极大似然估计值对试验中的轴承样本数据进行处理得到轴承样本数据似然值，并根据二参数威布尔分布对轴承样本数据似然值进行处理，得到试验条件下的轴承寿命曲线；

6、根据所述加速系数，基于所述试验条件下的轴承寿命曲线，预测实际工况下润滑脂轴承的寿命。

7、本发明在考虑轴承温度、轴承载荷和轴承转速对轴承寿命影响的基础上计算加速系数，并使用加速系数处理试验条件下的轴承寿命曲线得到实际工况下润滑脂轴承的寿命的预测结果。本发明实现了关于以润滑脂失效为主要失效形式的低负载轴承的寿命预测，提高轴承寿命的预测效率和预测结果准确性，降低轴承寿命预测的经济成本，从而产生经济效益。

8、进一步的，所述根据实际工况下以及试验条件下的轴承温度、轴承载荷和轴承转速，计算加速系数，包括：

9、根据实际工况下以及试验条件下的轴承温度、轴承载荷和轴承转速，计算加速系数；其中，所述加速系数的计算公式如下：

10、

11、式中，加速系数k表示试验条件下1小时轴承寿命相当于实际工况下k小时轴承寿命；t实表示实际工况下的轴承温度，t试表示试验条件下的轴承温度，ta表示温度影响基数，n实表示实际工况下的轴承转速，n试表示试验条件下的轴承转速，θ表示转速寿命指数系数，p实表示实际工况下的轴承载荷，p试表示试验条件下的轴承载荷，τ表示载荷寿命指数系数。

12、本发明结合轴承温度、轴承载荷和轴承转速等多种润滑脂寿命影响因子，计算加速系数，提高了加速系数的计算准确率，从而提高以润滑脂失效为主要失效形式的低负载轴承的寿命的预测准确率。

13、进一步的，所述在试验条件下对轴承样本进行寿命试验得到试验中的轴承样本数据，使用极大似然估计值对试验中的轴承样本数据进行处理得到轴承样本数据似然值，并根据二参数威布尔分布对轴承样本数据似然值进行处理，得到试验条件下的轴承寿命曲线，包括：

14、使用序贯试验法，在试验条件下对轴承样本进行寿命试验，直至满足预设的试验停止条件时，停止轴承样本的寿命试验，得到试验中的轴承样本数据；其中，所述试验中的轴承样本数据包括轴承样本总数量、失效轴承样本数和各个失效轴承的寿命；

15、对于所述轴承样本总数量和所述失效轴承样本数，使用中位秩近似算法计算轴承失效概率；

16、使用极大似然估计法，对所述各个失效轴承的寿命和所述轴承失效概率进行处理，得到轴承样本数据似然值；其中，所述轴承样本数据似然值包括各个失效轴承的寿命似然值和轴承失效概率似然值；

17、根据二参数威布尔分布对所述各个失效轴承的寿命似然值和所述轴承失效概率似然值进行处理，得到试验条件下的轴承寿命曲线。

18、进一步的，所述对于所述轴承样本总数量和所述失效轴承样本数，使用中位秩近似算法计算轴承失效概率，包括：

19、对于所述轴承样本总数量和所述失效轴承样本数，使用中位秩近似算法计算轴承失效概率；其中，所述轴承失效概率的计算公式如下：

20、f(ti)＝(i―0.3)/(m+0.4)

21、式中，f(ti)表示第i个轴承样本的轴承失效概率，ti表示第i个轴承样本失效时的轴承寿命，i表示第i个轴承样本，m表示轴承样本总数量。

22、进一步的，所述根据二参数威布尔分布对所述各个失效轴承的寿命似然值和所述轴承失效概率似然值进行处理，得到试验条件下的轴承寿命曲线，包括：

23、按照二参数威布尔分布，以所述各个失效轴承的寿命似然值为横坐标，以所述轴承失效概率似然值为纵坐标，生成试验条件下的轴承寿命曲线；其中，所述试验条件下的轴承寿命曲线表达式如下：

24、

25、式中，f(t)表示轴承失效概率；t表示轴承失效时间；β表示形状参数，即威布尔分布的斜率参数，用于表示轴承寿命的离散度或轴承寿命质量的稳定性；η表示尺度参数，即威布尔分布的特征寿命，用于表示当失效概率f(t)＝0.632时的轴承寿命。

26、本发明通过最大似然估计函数对轴承样本数据进行处理，得到轴承样本数据的最优似然值，再使用二参数威布尔分布对轴承样本数据似然值进行拟合，得到试验条件下的轴承寿命曲线，可根据所得试验条件下的轴承寿命曲线对试验条件下轴承寿命进行快速预测。

27、进一步的，所述根据所述加速系数，基于所述试验条件下的轴承寿命曲线，预测实际工况下润滑脂轴承的寿命，包括：

28、保持所述试验条件下的轴承寿命曲线的纵坐标不变，将所述试验条件下的轴承寿命曲线的横坐标与所述加速系数相乘，得到实际工况下的轴承寿命曲线；

29、获取实际工况下的润滑脂轴承工作数据；其中，所述润滑脂轴承工作数据包括润滑脂轴承的失效概率；

30、根据实际工况下的润滑脂轴承工作数据，结合所述实际工况下的轴承寿命曲线计算实际工况下润滑脂轴承的寿命，得到实际工况下润滑脂轴承的寿命的预测结果。

31、本发明试验加速系数对试验条件下的轴承寿命曲线进行处理得到实际工况下的轴承寿命曲线，并结合相关轴承工作数据可根据实际工况下的轴承寿命曲线预测轴承寿命，本发明提供的润滑脂轴承寿命预测方法简单实用，可操作性强，提高了轴承寿命预测的效率和准确率。

32、在上述方法项实施例的基础上，本发明对应提供了系统项实施例，提供了一种系统，包括：工作数据模块、加速系数模块、样本试验模块和寿命预测模块；

33、所述工作数据模块，用于获取实际工况下的轴承温度、轴承载荷和轴承转速，获取试验条件下的轴承温度、轴承载荷和轴承转速；

34、所述加速系数模块，用于根据实际工况下以及试验条件下的轴承温度、轴承载荷和轴承转速，计算加速系数；

35、所述样本试验模块，用于在试验条件下对轴承样本进行寿命试验得到试验中的轴承样本数据，使用极大似然估计值对试验中的轴承样本数据进行处理得到轴承样本数据似然值，并根据二参数威布尔分布对轴承样本数据似然值进行处理，得到试验条件下的轴承寿命曲线；

36、所述寿命预测模块，用于根据所述加速系数，基于所述试验条件下的轴承寿命曲线，预测实际工况下润滑脂轴承的寿命。

37、进一步的，所述加速系数模块，用于根据实际工况下以及试验条件下的轴承温度、轴承载荷和轴承转速，计算加速系数，包括：

38、所述加速系数模块，用于根据实际工况下以及试验条件下的轴承温度、轴承载荷和轴承转速，计算加速系数；其中，所述加速系数的计算公式如下：

39、

40、式中，加速系数k表示试验条件下1小时轴承寿命相当于实际工况下k小时轴承寿命；r实表示实际工况下的轴承温度，r试表示试验条件下的轴承温度，ta表示温度影响基数，n实表示实际工况下的轴承转速，n试表示试验条件下的轴承转速，θ表示转速寿命指数系数，p实表示实际工况下的轴承载荷，p试表示试验条件下的轴承载荷，τ表示载荷寿命指数系数。

41、进一步的，所述样本试验模块，包括：序贯试验单元、中位秩单元、似然估计单元和威布尔曲线单元；

42、所述序贯试验单元，用于使用序贯试验法，在试验条件下对轴承样本进行寿命试验，直至满足预设的试验停止条件时，停止轴承样本的寿命试验，得到试验中的轴承样本数据；其中，所述试验中的轴承样本数据包括轴承样本总数量、失效轴承样本数和各个失效轴承的寿命；

43、所述中位秩单元，用于对于所述轴承样本总数量和所述失效轴承样本数，使用中位秩近似算法计算轴承失效概率；

44、所述似然估计单元，用于使用极大似然估计法，对所述各个失效轴承的寿命和所述轴承失效概率进行处理，得到轴承样本数据似然值；其中，所述轴承样本数据似然值包括各个失效轴承的寿命似然值和轴承失效概率似然值；

45、所述威布尔曲线单元，用于根据二参数威布尔分布对所述各个失效轴承的寿命似然值和所述轴承失效概率似然值进行处理，得到试验条件下的轴承寿命曲线。

46、进一步的，所述中位秩单元，用于对于所述轴承样本总数量和所述失效轴承样本数，使用中位秩近似算法计算轴承失效概率，包括：

47、所述中位秩单元，用于对于所述轴承样本总数量和所述失效轴承样本数，使用中位秩近似算法计算轴承失效概率；其中，所述轴承失效概率的计算公式如下：

48、f(ti)＝(i-0.3)/(m+0.4)

49、式中，f(ti)表示第i个轴承样本的轴承失效概率，ti表示第i个轴承样本失效时的轴承寿命，i表示第i个轴承样本，m表示轴承样本总数量。