一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法及系统

本发明涉及轴承，尤其是指一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法。

背景技术：

1、近年来，生态环境恶化、全球气候变暖、能源短缺等问题越来越重视，使用清洁可再生能源代替传统化石燃料是发展的必然趋势。风力发电作为一项可再生的新型清洁能源，保持高速发展的态势，但风力发电机工作条件较为恶劣，且带有冲击载荷，需要承受的温度、湿度和载荷的变化范围很大，因此要求轴承有良好的密封性、润滑性、高可靠性、耐冲击和长使用寿命。

2、风力机组中的轴承容易在转轴两端产生轴电压，当轴电压超过轴承润滑油膜阈值电压，穿透轴承滚动体和滚道间油膜薄层产生电火花放电现象，轴电流造成的损伤使轴承疲劳磨损过程急剧缩短，致使轴承过早失效，而轴电流问题涉及多种理论，是一种极其复杂的现象，因此，考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命尚难以获知。

技术实现思路

1、为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中。

2、为解决上述技术问题，本发明第一方面提供了一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法，包括：

3、获取轴承结构设计参数和工作载荷；

4、根据所述轴承结构设计参数和所述工作载荷建立轴承内圈的力平衡方程，生成每个滚动体在任意点处广义位移；

5、建立滚动轴承早期轴电流微损伤表征模型，将所述广义位移代入所述滚动轴承早期轴电流微损伤表征模型中，生成考虑轴电流损伤时的轴承接触变形；

6、建立任意点处轴承滚动体和内外圈接触下的寿命计算模型，将所述考虑轴电流损伤时的轴承接触变形和所述轴承结构设计参数代入到所述任意点处轴承滚动体和内外圈接触下的寿命计算模型中，生成轴电流损伤轴承滚动体疲劳寿命、轴承内圈疲劳寿命和轴承外圈接触点的疲劳寿命；

7、建立考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算模型，将所述轴电流损伤轴承滚动体疲劳寿命、所述轴承内圈疲劳寿命和所述轴承外圈接触点的疲劳寿命代入所述考虑轴电流损伤滚动轴承的疲劳寿命计算模型中，生成轴电流损伤滚动轴承的疲劳寿命。

8、在本发明的一个实施例中，所述输入所述轴承结构设计参数和所述工作载荷，建立轴承内圈的力平衡方程之后的步骤还包括：

9、对所述广义位移进行滚动轴承的接触特性分析，生成轴承与滚道的接触力、接触副刚度；

10、将所述接触力和所述接触副刚度代入所述轴承内圈的力平衡方程；

11、判断所述轴承内圈的力平衡方程是否收敛；

12、若是，则输出所述每个滚动体在任意点处的广义位移；

13、若否，则重新生成所述每个滚动体在任意点处广义位移。

14、在本发明的一个实施例中，所述接触副刚度的公式如下：

15、

16、在本发明的一个实施例中，生成每个滚动体在任意点处广义位移的步骤包括：

17、根据牛顿迭代法对所述轴承内圈的力平衡方程求解，并根据目标迭代收敛精度和目标迭代步数，生成所述广义位移。

18、在本发明的一个实施例中，所述轴承内圈的力平衡方程式如下：

19、

20、其中，fx,fy表示径向力，fz表示轴向力，mx,my表示弯矩，第j个轴承滚动体与其内圈的接触角为αj，rp和zp表示内圈滚道曲率中心的径向距离和轴向距离，ψj为滚动体位置角。

21、在本发明的一个实施例中，生成轴电流损伤轴承滚动体疲劳寿命、轴承内圈疲劳寿命和轴承外圈接触点的疲劳寿命的公式如下：

22、

23、其中，qvj为第j个滚动体与滚道之间的接触载荷；qnvj为第j个滚动体与内、外滚道接触以及滚动体的基本额定动载荷。

24、在本发明的一个实施例中，生成轴电流损伤滚动轴承的疲劳寿命的公式如下：

25、

26、其中，lcij、lcoj为轴承内圈、外圈每个接触点的疲劳寿命；lbij、lboj为滚动体与内圈、外圈接触的疲劳寿命；ij为旋转套圈每转一圈球的转数；j＝1表示从第1个滚动体开始计算；nb为滚动体数量；e为weibull系数。

27、本发明第二方面提供了一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算系统，应用于上述第一方面所述的一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法，所述系统包括：数据处理模块和计算模块；

28、所述数据处理模块被配置为：获取轴承结构设计参数和工作载荷；

29、根据所述轴承结构设计参数和所述工作载荷建立轴承内圈的力平衡方程，生成每个滚动体在任意点处广义位移；

30、所述计算模块被配置为：建立滚动轴承早期轴电流微损伤表征模型，将所述广义位移代入所述滚动轴承早期轴电流微损伤表征模型中，生成考虑轴电流损伤时的轴承接触变形；

31、建立任意点处轴承滚动体和内外圈接触下的寿命计算模型，将所述考虑轴电流损伤时的轴承接触变形和所述轴承结构设计参数代入到所述任意点处轴承滚动体和内外圈接触下的寿命计算模型中，生成轴电流损伤轴承滚动体疲劳寿命、轴承内圈疲劳寿命和轴承外圈接触点的疲劳寿命；

32、建立考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算模型，将所述轴电流损伤轴承滚动体疲劳寿命、所述轴承内圈疲劳寿命和所述轴承外圈接触点的疲劳寿命代入所述考虑轴电流损伤滚动轴承的疲劳寿命计算模型中，生成轴电流损伤滚动轴承的疲劳寿命。

33、本发明第三方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述第一方面或第一方面中所述一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法的步骤。

34、本发明第四方面提供了一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法的步骤。

35、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

36、本发明提及的一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法，通过建立考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算模型，生成轴电流损伤滚动轴承的疲劳寿命，探究了轴承轴电流损伤的机理和轴承缺陷形状、尺寸及其形貌特征演变之间的映射关系，对存在轴电流损伤的轴承的寿命预测起到了参考作用，对预测机械系统运行的动态性能及工作的可靠性和提高轴承早期故障诊断的正确性具有指导性。

技术特征：

1.一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，所述输入所述轴承结构设计参数和所述工作载荷，建立轴承内圈的力平衡方程之后的步骤还包括：

3.根据权利要求2所述的一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，所述接触副刚度的公式如下：

4.根据权利要求1所述的一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，生成每个滚动体在任意点处广义位移的步骤包括：

5.根据权利要求1所述的一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，所述轴承内圈的力平衡方程式如下：

6.根据权利要求1所述的一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，生成轴电流损伤轴承滚动体疲劳寿命、轴承内圈疲劳寿命和轴承外圈接触点的疲劳寿命的公式如下：

7.根据权利要求1所述的一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法，其特征在于，生成轴电流损伤滚动轴承的疲劳寿命的公式如下：

8.一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算系统，其特征在于，应用于上述权利要求1至7任一项所述的一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法，所述系统包括：数据处理模块和计算模块；

9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7任一项所述一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法的步骤。

10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法的步骤。

技术总结
本发明涉及一种考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算方法，根据轴承结构设计参数和工作载荷建立轴承内圈的力平衡方程，生成每个滚动体在任意点处广义位移；将其代入滚动轴承早期轴电流微损伤表征模型中，生成考虑轴电流损伤时的轴承接触变形；将其和轴承结构设计参数代入到任意点处轴承滚动体和内外圈接触下的寿命计算模型中，生成轴电流损伤轴承滚动体疲劳寿命、轴承内圈疲劳寿命和轴承外圈接触点的疲劳寿命；建立考虑轴电流损伤的滚动轴承疲劳寿命计算模型，将其代入考虑轴电流损伤滚动轴承的疲劳寿命计算模型中，可以计算出轴电流损伤滚动轴承的疲劳寿命，进而减少因轴电流损伤轴承导致的电机故障，对保证电机正常运行具有极为重要的意义。

技术研发人员：李小彭,李正鼎,苏晶,佟志强,樊星,王浩哲,李佳昊,周赛男
受保护的技术使用者：东北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21