基于CSALT方案改进及优化的球轴承寿命预测研究

发布时间：2018-11-09 15:41

【摘要】：轴承寿命受材料、加工工艺及工况等因素的影响,具有很强的随机性。目前工程实际中主要通过模拟实际工况的寿命试验来预测轴承寿命及可靠性,而轴承常规寿命试验的周期过长,成本不可控,因此,加速寿命试验理论应运而生。研究该理论的最终目的为:在降低试验成本的同时,仍能较好地预测产品寿命。本文以深沟球轴承为研究对象,从加速载荷上限估算方法、试验截尾、样本分配三方面对球轴承传统CSALT进行改进及优化设计,通过Hertz接触理论分析、有限元分析、编程仿真及实际试验等方法来探讨球轴承CSALT的试验作废率、试验时间、失效信息量、寿命预测结果等,达到保证试验成功率、降低试验时间成本、较好预测轴承寿命的目的。方法及结论如下:(1)对比Hertz接触理论法和有限元分析法估算最大接触应力的优缺点,利用Hertz接触理论估算最大接触应力的逆过程,推出理论加速载荷上限的估算公式,再根据有限元分析结果,对理论加速载荷上限估算公式进行修正并进行验证,得到结论:理论加速载荷上限估算公式不能保证试验轴承失效机理不发生改变,估算结果不准确;修正后的加速载荷上限估算公式能够保证失效机理不发生改变,更加符合CSALT方案设计的基本前提。(2)针对球轴承CSALT传统截尾(定时、定数)的不足,提出一种混合改进截尾。通过实例轴承的完全恒加试验和最优线性无偏估计法得到仿真先验值,利用MATLAB软件编程仿真,采用蒙特卡罗法和最大似然估计法得到仿真结果,分析混合改进截尾中v值对试验作废率、平均作废次数、寿命预测结果及试验时间的影响,给出球轴承混合改进截尾阈值的确定方法。从MATLAB软件编程仿真及实际试验两方面,对比分析混合改进截尾和传统截尾对寿命预测结果及试验时间的影响,得出结论:针对我国在普遍冶炼方式及加工水平下生产的深沟球轴承,v?1.1时,试验作废率及平均作废次数过大,重复试验代价较大;v=1.2~1.9时,试验作废率及平均作废次数偏低,随着v的增大,试验时间为减幅增大,渐进方差、特征寿命、形状参数为随机波动;v?2.0时,试验作废率及平均作废次数最低,但渐进方差、特征寿命、形状参数、试验时间均达到一固定值,不再变化。混合改进截尾克服了传统定时截尾预测精度较差、传统定数截尾试验时间成本不可控的缺点,在约束试验时间的同时,预测精度仍较好。(3)在提出的混合改进截尾基础上,采用蒙特卡罗法和最大似然估计法,以渐近方差最小为优化设计准则,针对等间隔应力水平下球轴承CSALT样本分配的仿真优化设计问题,制定一套完善且可程序化的优化设计方案。利用MATLAB软件编程仿真,分析样本分配对寿命预测结果的影响,得到结论:本文制定的样本分配仿真优化设计方案正确可行,且混合改进截尾下最优样本分配方案不是传统等分配方案,在进行球轴承CSALT前进行样本分配优化设计有利于提高预测精度。最后,基于上述改进及优化对球轴承CSALT整体设计及一致性分析进行研究,给出一套完善的试验方案,并应用至实例轴承进行验证。
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【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.3

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