基于WPHM模型的滚动轴承寿命预测方法研究

发布时间：2017-05-14 10:04

  本文关键词：基于WPHM模型的滚动轴承寿命预测方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：滚动轴承作为旋转机械设备的关键部件,其运行状态直接影响整台机器的运行性能。因此,对滚动轴承进行状态监测和剩余寿命预测就显得极为重要。然而,滚动轴承剩余寿命预测有两个关键问题亟待解决：第一,如何选取合适的寿命评估指标表征轴承性能退化过程,确定合适的状态预测模型对衰退性能指标进行预测；第二,如何选择合适的寿命预测模型,使其能够在有限失效寿命数据下准确地预测滚动轴承的剩余寿命。本文分别对上述两个问题进行深入的研究,并给出相应的解决方案,最终将该寿命预测模型应用于视情维修决策,通过建立最优维修策略模型指导并优化设备的维修策略。 GM(1,1)灰色预测模型具有建模数据少、预测精度高、建模容易等优点,是机械设备状态预测常用的模型之一。因此,本文选用该模型对滚动轴承的寿命特征指标进行预测研究。选用包含轴承寿命特征信息丰富的振动信号作为研究对象,提取具有普遍代表性的特征指标峭度值和RMS值作为寿命评估指标,利用GM(1,1)模型对其进行预测,结果能够准确地反映出轴承的退化过程,为滚动轴承寿命预测奠定了基础。 选择合适的寿命预测模型是滚动轴承寿命预测的关键,比例故障率模型能够有效地处理小样本、截尾寿命数据,能够将系统运行状态与可靠度紧密地联系起来,因此本文基于此模型预测滚动轴承的剩余寿命。选取两参数的威布尔分布作为比例故障模型的基本故障率函数形成威布尔比例故障率模型(Weibull Proportional Hazards Model, WPHM),同时将峭度指标和RMS指标作为模型中的协变量,利用GM(1,1)模型预测协变量的变化趋势,从设备性能衰退的角度,实现基于WPHM模型的滚动轴承寿命预测,最后通过实际轴承全寿命周期性能退化实验数据验证该方法的合理性、有效性。 针对传统预防性维修难以满足现代维修管理需求的现状,本文介绍了视情维修策略(Condition Based Maintenance,CBM),并将WPHM模型应用于视情维修决策。在此基础上,研究了如何利用此模型做出最优的维修决策,说明了基于此模型的视情维修决策过程。最后以最大可用度为维修目标,根据已收集的轴承试验数据建立最优维修决策模型,并根据系统当前状态信息做出相应的视情维修决策。
【关键词】：滚动轴承 寿命预测 比例故障率模型 灰色预测模型 视情维修
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH133.33;TH165.3
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题来源9
• 1.2 论文选题背景和意义9-10
• 1.3 寿命预测技术的研究现状10-12
• 1.4 状态预测技术的研究现状12-13
• 1.5 比例故障率模型的应用及研究现状13-14
• 1.6 论文的主要内容与结构安排14-16
• 2 滚动轴承的故障机理与振动信号特征提取16-24
• 2.1 滚动轴承的基本结构16
• 2.2 滚动轴承失效的基本形式16-19
• 2.3 滚动轴承振动分析基础19-21
• 2.3.1 滚动轴承的振动机理19
• 2.3.2 滚动轴承的故障特征频率和固有频率19-21
• 2.4 滚动轴承振动信号特征提取方法21-23
• 2.4.1 时域特征提取方法21-22
• 2.4.2 频域特征提取方法22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 威布尔比例故障率模型及其参数估计24-36
• 3.1 常用的可靠性指标24-28
• 3.1.1 故障率和故障率曲线24-25
• 3.1.2 可靠度函数和平均寿命25-27
• 3.1.3 可靠性指标之间的相互转化27-28
• 3.2 比例故障率模型28-29
• 3.3 威布尔比例故障率模型29-33
• 3.3.1 威布尔分布29-31
• 3.3.2 威布尔比例故障率模型及其建模31-33
• 3.4 威布尔比例故障率模型的参数估计33-35
• 3.5 本章小结35-36
• 4 基于WPHM模型的滚动轴承剩余寿命预测36-52
• 4.1 基于灰色模型的滚动轴承衰退特征预测36-43
• 4.1.1 灰色系统理论的原理及应用36
• 4.1.2 GM(1,1)预测模型的建模过程36-41
• 4.1.3 滚动轴承衰退特征的灰色预测41-43
• 4.2 滚动轴承剩余寿命预测研究43-45
• 4.2.1 滚动轴承剩余寿命预测的研究思路43-44
• 4.2.2 滚动轴承剩余寿命预测的总体流程44-45
• 4.3 滚动轴承寿命预测试验验证45-51
• 4.3.1 试验装置45-47
• 4.3.2 数据收集47-48
• 4.3.3 参数估计48-49
• 4.3.4 滚动轴承寿命预测49-51
• 4.4 本章小结51-52
• 5 基于WPHM模型的视情维修决策研究52-64
• 5.1 视情维修52-55
• 5.1.1 视情维修的含义52-53
• 5.1.2 视情维修中的状态参数53-54
• 5.1.3 视情维修优化决策建模54-55
• 5.2 维修决策目标55-56
• 5.2.1 最大可用度目标55-56
• 5.2.2 费用最优目标56
• 5.3 基于WPHM模型的视情维修决策56-63
• 5.3.1 确定维修决策阈值56-58
• 5.3.2 维修决策模型及过程58-60
• 5.3.3 实例应用60-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-71

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘春浩;滚动轴承的结构振动问题[J];轴承;2000年05期

2 罗继伟;滚动轴承受力分析及其进展[J];轴承;2001年09期

3 马国华,胡桂兰;滚动轴承弹性接触问题的数值计算[J];轴承;2005年01期

4 杜辉,周彦伟,邓四二,杨海生,孟瑾;高速圆柱滚子轴承零件间相互作用力瞬态动力学分析[J];轴承;2005年09期

5 郑唯强，詹昒洲，龚志锦，李全华，黄丽娟;Cox模型在乳腺癌临床病理学预后分析中的应用[J];第二军医大学学报;1995年03期

6 张秀斌,王广伟,郭波;应用比例故障率模型进行基于状态的视情维修决策[J];电子产品可靠性与环境试验;2002年04期

7 于德江;灰色系统建模方法的探讨[J];系统工程;1991年05期

8 左学兰,谢燕,韩定芬,曾宪昌;COX模型对多发性骨髓瘤的预后因素的分析[J];武汉大学学报(医学版);2004年05期

9 唐云冰;高德平;罗贵火;;航空发动机高速滚珠轴承力学特性分析与研究[J];航空动力学报;2006年02期

10 左洪福;张海军;戎翔;;基于比例风险模型的航空发动机视情维修决策[J];航空动力学报;2006年04期

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 曾庆虎;机械传动系统关键零部件故障预测技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

2 苗学问;航空发动机主轴承使用寿命预测技术研究[D];北京航空航天大学;2008年

3 戎翔;民航发动机健康管理中的寿命预测与维修决策方法研究[D];南京航空航天大学;2008年

4 董绍江;基于优化支持向量机的空间滚动轴承寿命预测方法研究[D];重庆大学;2012年

  本文关键词：基于WPHM模型的滚动轴承寿命预测方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：364846