基于少数据样本的滚动轴承寿命分段预测方法

针对少数据样本下,滚动轴承难以准确预测剩余使用寿命(RUL)的问题,提出了一种结合卷积长短期记忆网络(ConvLSTM)与对抗性判别域自适应网络(ADDA)的轴承寿命分段预测方法。首先,利用稀疏概率自注意力机制对特征集进行了筛选,提取了具有时变性的特征集,以获取最优全局特征,确定分段点以作为ADDA模型的输入;然后,针对不同阶段的退化特点建立了相应的健康评估指标;对处于健康状态的轴承,利用ConvLSTM网络预测了轴承健康阶段的寿命,将健康阶段预测数据作为局部特征输入ADDA网络与最优特征集(全局特征),进行了对抗训练,以实现故障阶段的寿命预测,并使用全连接层输出滚动轴承的预测剩余使用寿命;最后,采用PHM2012数据集与工程试验数据分别对模型进行了验证。研究结果表明:相较于ConvLSTM模型、RNN-HI模型、CNN-LSTM模型,ConvLSTM-ADDA寿命预测方法的平均绝对误差分别降低了78.16%、53.14%、67.13%,平均得分分别提高了66.42%、92.81%、32.37%;相较于LSTM模型、CNN-LSTM模型以及Transformer模型,ConvLSTM-ADDA寿命预测方法的均方误差分别降低了80.11%、54.95%、55.94%。因此,该算法模型能够实现对较少数据样本的轴承寿命进行RUL预测的目的,且具有较高的精度。

时变载荷激励的空调滑片式压缩机用球轴承振动特性分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了时变载荷激励的空调滑片式压缩机用球轴承非线性动力学方程组,采用Gear Stiff(GSTIFF)变步长积分算法对其进行求解,就球轴承的结构参数和工况参数对球轴承振动特性的影响进行了分析。结果表明:时变载荷激励下球轴承的振动响应频率以时变载荷频率为主,表现出强迫振动,且振动速度幅值远高于恒定载荷下轴承振动速度幅值;结构参数中,原始径向游隙对球轴承振动特性影响显著,采取零游隙或负游隙能够有效地抑制时变载荷对轴承的冲击;保持架兜孔间隙对轴承振动影响较小,存在最优的保持架兜孔间隙使得保持架振动最小;考虑时变载荷的影响,对空调滑片式压缩机用球轴承施加0.3%~0.6%额定动载荷的轴向预紧力可实现降低轴承振动目的。

基于参数优化变分模态分解的滚动轴承早期故障诊断

针对滚动轴承早期故障特征难以从原始振动信号中提取的问题,提出了一种基于参数优化的变分模态分解(Variational Mode Decomposition,VMD)的轴承早期故障诊断方法。利用天牛须搜索算法(Beetle Antennae Search,BAS)对VMD算法的最佳参数组合进行优化搜索,搜索过程中以VMD分解后各本征模态函数(Intrinsic Mode Function,IMF)峭度值的倒数作为适应度函数。搜索结束后根据所得结果设定VMD算法的IMF分量个数和二次惩罚因子,并利用参数优化VMD算法对轴承振动信号进行分解。借助峭度准则筛选出最佳IMF分量进行Hilbert包络解调运算,获取信号的包络谱,包络谱中可显现出较为明显的故障冲击特征,根据这些冲击成分可实现轴承早期故障诊断。经过与经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)和固定参数VMD算法的试验对比,所述方法可以更有效地提取轴承早期故障的特征。

空调滑片式压缩机用圆柱滚子轴承摩擦功耗特性分析

为了降低空调滑片式压缩机的摩擦功耗,对其所用圆柱滚子轴承的摩擦功耗特性进行了研究。基于滚动轴承动力学理论,考虑周期性载荷因素,建立了压缩机用圆柱滚子摩擦功耗数学模型,在此基础上分析了轴承工况参数和结构参数对圆柱滚子轴承摩擦功耗特性的影响规律。研究结果表明:在满足轴承使用要求前提下,选取较大的径向游隙有利于降低轴承的摩擦功耗;圆柱滚子轴承存在合理的保持架引导间隙和保持架兜孔间隙,使得轴承摩擦功耗最小;随着滚子个数增加,轴承摩擦功耗增加,在保证轴承承载能力前提下,可以适量减少滚子数量,以降低轴承摩擦功耗;新型滑片式压缩机摩擦功耗比传统型降低了39%.

重卡轮毂轴承刚-柔组合密封结构设计及优化

针对某重卡轮毂轴承早期失效的问题,设计一种具有刚-柔组合密封槽的密封单元;采用半简化有限元法,建立密封单元的有限元模型,分析密封圈的压缩率、硬度和密封槽尺寸对接触应力和等效应力的影响;利用VB语言编写有限元分析的接口程序,以接触应力和等效应力为密封性能的评价指标,对关键影响因素进行优化。结果表明:随压缩率和材料硬度的增大,最大接触应力和等效应力均增大,随密封槽尺寸的增加等效应力减小,而最大接触应力先减小后增大;O形圈的压缩率对密封性能的影响最大,其次为材料硬度、密封槽尺寸。给出密封单元关键因素的取值范围:初始压缩率15%~20%,O形圈材料邵氏硬度75~80,密封槽尺寸1.6~1.7 mm,并通过动态注油试验进行验证。

基于HVD降噪和多频段频谱叠加的圆柱滚子轴承故障诊断

针对圆柱滚子轴承早期故障难以检测的问题,提出了一种基于HVD(hilbert vibration decomposition)分解降噪、多频段局部最优频带叠加的滚动轴承故障诊断方法。该方法首先对振动信号HVD分解提取含丰富故障信息的分量,然后对不同频域范围频谱的分析提取多个局部最优频段,并计算局部最优频段经过包络解调后的频谱,最后将子带频谱叠加凸出其中微弱故障信息。将该方法应用于圆柱滚子轴承故障检测中,并与快速峭度图分析结果进行了对比,验证了该方法的有效性。

基于LabVIEW的双端驱动轴承试验机同步控制系统研究

以双端驱动轴承试验机为实验平台,对双电动机同步性能进行了研究。建立了基于单轴控制系统模型的双电动机同步控制系统,推导了双电动机电流同步误差传递函数的数学模型,并分析了在典型输入信号下的电流同步误差。在交叉耦合控制的基础上,与模糊PID控制相结合,设计了模糊PID交叉耦合控制器。在LabVIEW软件中搭建了模糊PID交叉耦合控制器的仿真模型,并在轴承试验机上进行验证。仿真和实验结果表明,该控制器在阶跃、斜坡等典型输入情况下可以有效地减小系统同步误差,并且有良好的抗扰动性能和自适应能力,可使轴承试验机系统获得良好的控制效果。

高速脂润滑圆锥滚子轴承保持架动态稳定性分析

考虑脂润滑弹流润滑效应和挤压膜润滑效应,分析了保持架与轴承组件的多体接触作用关系,建立了计及润滑油膜等效刚度和等效阻尼的圆锥滚子轴承保持架全动力学模型。运用四阶Runge-Kutta方法计算分析了速度、载荷、预紧量等对保持架动态稳定性的影响规律,并对比分析了尼龙、钢和铜保持架的动态稳定性。分析结果表明:在平稳阶段,保持架与引导套圈接触力要远高于兜孔接触力,且保持架打滑率要低于滚动体打滑率;保持架和滚动体打滑率随轴承转速升高而增加,随载荷或预紧量的增加而减小;滚动体与兜孔间隙越小保持架动态稳定性越好,且兜孔接触力也越小;引导面间隙越小保持架与引导面的接触力越小,但保持架稳定性变差;在轴承转速分析范围内,尼龙和铜保持架的动态稳定性均随转速的提升而增加,在高速时钢保持架的稳定性要次于尼龙和铜保持架。

控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩特性研究

控制力矩陀螺轴承组件是空间飞行器姿态控制系统的核心部件,其轴承的性能直接影响着空间飞行器姿态控制系统的控制精度和使用寿命,甚至危及空间飞行器安全.对于控制力矩陀螺轴承组件,轴承摩擦力矩大小及其波动性是轴承的关键性能指标,针对空间飞行器控制力矩陀螺轴承组件,在滚动轴承摩擦学和动力学基础上,建立六自由度控制力矩陀螺轴承组件非线性动力学微分方程组,并采用预估-校正的GSTIFF(Gear stiff)变步长积分算法进行求解,对其在有/无重力的工作环境、公-自转工况、轴承预紧力以及保持架兜孔间隙对轴承摩擦力矩幅值及其波动性的影响进行分析.分析结果表明:预紧力对轴承组件摩擦力矩影响显著,预紧力过大或过小都不利于降低摩擦力矩及其波动性,对于本文分析的轴承组件最佳预紧力为50~55N;保持架稳定性受重力影响显著,无重力时自转工况下保持架较稳定;过小的兜孔间隙会使摩擦力矩增大,过大的兜孔间隙会使摩擦力矩波动性增大,存在最优兜孔间隙使得摩擦力矩及其波动性都较小,针对本文分析型号的轴承组件,间隙比应控制在0.6~0.8之间.

摆动球轴承球与保持架碰撞行为

针对摆动球轴承工作过程中保持架早期失效问题,基于滚动轴承动力学理论,建立摆动工况下球轴承的动力学分析模型。采用Gear stiff变步长积分算法求解该模型,分析轴承工况参数、润滑剂拖动系数和保持架兜孔间隙对钢球与保持架瞬时碰撞行为的影响。结果表明:摆动工况下钢球与保持架的碰撞力远大于恒速下钢球与保持架的碰撞力;承载区钢球与保持架的碰撞力最大,不断进出承载区钢球与保持架的碰撞力次之,非承载区钢球与保持架的碰撞力最小;较大的保持架兜孔间隙将增加钢球与保持架的碰撞力;减小轴承稳定速度、径向载荷、增加轴承变速时间以及使用低黏度的润滑剂均有利于减小钢球与保持架的碰撞。

高速圆柱滚子轴承保持架振动特性研究

基于滚动轴承动力学理论,建立了高速圆柱滚子轴承的动力学非线性微分方程组。采用预估-校正的Gear stiff(GSTIFF)变步长积分算法进行求解,分析了轴承工况参数与结构参数对轴承保持架振动特性的影响。研究结果表明:保持架在径向平面内的振动随着径向载荷的增加而减小,振动频谱中f c,2 f c,3 f c对应的幅值随径向载荷的增加而减小,其5 f c及更高倍频处的幅值显著降低,甚至消失,而径向载荷对4 f c处幅值的影响较为复杂;随着轴承转速的增加,保持架在径向平面内的振动随之增加;随着轴承径向游隙的增加,保持架径向平面内的振动先迅速增加后缓慢增加;过大或者过小的保持架引导间隙和兜孔周向间隙都会增加保持架的振动,存在一个最佳的保持架引导间隙和兜孔周向间隙范围能够有效的降低保持架的振动。

基于C#语言的深沟球轴承优化设计软件

以深沟球轴承为研究对象,以轴承额定动载荷为优化设计目标,采用数组遍历法与网格节点法相结合的方法对球组节圆直径、钢球直径、钢球数量等参数进行优化设计;再结合计算机高级编程语言C#及Excel开发了深沟球轴承优化设计软件,并对内外圈、保持架等详细参数以及相关偏差进行选型计算。最后将该软件优化设计的额定动、静载荷和RomaxCLOUD优化设计结果对比,误差在允许的范围之内。

汽车轮毂轴承唇形密封圈密封性能优化研究

为优化汽车轮毂轴承唇形密封圈的结构,在ANSYS有限元分析软件中建立其有限元模型,研究轴向过盈量、弹簧以及侧唇倒角对唇形密封圈密封性能的影响。研究结果表明:轴向过盈量对唇形密封圈的密封性能影响较大,当轴向过盈量小于0.5 mm时,随着轴向过盈量的增大,唇形密封圈的密封性能变好,当轴向过盈量大于0.5 mm时,随着轴向过盈量的增大,唇形密封圈的密封性能变差;与带弹簧的密封圈相比,不带弹簧的密封圈的最大等效应力、应变和接触压力的出现位置发生改变,且其最大值皆小于带弹簧密封圈的,因此带弹簧唇形密封圈的密封性能更好;与上侧唇倒角相比,下侧唇倒角对密封圈等效应力分布的影响更大,对密封性能的影响更加明显。

基于多线性强化材料模型的轧机轴承有限元分析

基于ANSYS建立了大型四列圆柱滚子轴承有限元模型,选用多线性强化材料塑性应变模型,分析了某型号轧机用大型四列圆柱滚子轴承在极限载荷下的滚子素线修形方式、滚子空心度以及滚子和内滚道的硬化层深度对轴承最大接触应力及塑性应变的影响。结果表明:滚子对数修行时轴承接触应力较小;随内滚道和滚子硬化层深度增加,滚子与内滚道最大接触应力先增加而后趋于稳定;在空心度小于50%时,滚子内壁最大等效应力随空心度增大而增大,滚子外壁最大等效应力随空心度增大而减小,滚子最大接触应力随空心度增大而减小。在空心度大于50%时,滚子内(外)壁最大等效应力及滚子最大接触应力均随空心度增大而增大。

CONSTITUTIVE EQUATION OF A NEW AVIATION LUBRICATING OIL

The traction of a new aviation lubricating oil was measured on a self-made test rig. The calculating formulae of the rheological parameters of the oil such as Erying stress, limiting shear stress and shear elastic modulus were obtained under the condition of the high shear strain rate in elastohydrodynamic lubrication（EHL）. The constitutive equation of this oil was determined and verified by test. The results of experiments show that the behavior of the new aviation lubricating oil behaves as visco-elastic fluid and the theoretical value agrees fairly well with the measured data, which implies that the constitutive equation of this oil is correct and feasible.

套圈变形诱发的薄壁角接触球轴承摩擦特性

针对薄壁轴承在制造、安装过程中套圈变形引起的轴承摩擦力矩变化机理不明的问题,基于滚动轴承动力学理论,构建了计入套圈变形时变表征的薄壁角接触球轴承动力学分析模型与摩擦力矩数学模型,研究了套圈沟曲率半径、变形相位角、半幅值及工况条件对轴承摩擦特性的影响规律。结果表明:沟曲率半径系数对轴承摩擦力矩的影响随转速临界值变化而发生改变,该转速值在计入套圈变形时较理想套圈会出现超前或滞后。优化配置套圈变形相位角可降低变形对摩擦力矩的作用。载荷比会影响形成轴承摩擦力矩最小的套圈变形相位角,其对套圈两瓣波相位角变化的影响小于三瓣波变形。合理控制套圈变形半振幅可降低对轴承摩擦力矩波动性的影响。

频繁摆动工况下球轴承打滑特性研究

滚动轴承是旋转机械系统中最重要的零部件之一。频繁摆动工况下滚动轴承的打滑严重影响轴承的动力学特性,导致摆动轴承发生早期失效。基于滚动轴承动力学理论,建立了摆动深沟球轴承的动力学微分方程组,通过预估-校正(Gearstiff,GSTIFF)变步长积分算法对动力学微分方程组进行求解,研究了承载区、不断进出承载区和非承载区内钢球的打滑特性。结果表明:摆动工况下钢球的打滑明显大于平稳运行条件下钢球的打滑;始终位于非承载区钢球的最大打滑速度大于始终位于承载区内钢球,不断进出承载区钢球位于两者之间;随着游隙的增加,钢球的打滑先急剧增加后缓慢增加;增加轴承的变速时间、径向载荷和润滑剂拖动系数以及降低套圈稳定速度均有利于减小摆动过程中钢球的打滑。

陀螺角接触球轴承摩擦力矩波动性分析

基于滚动轴承动力学理论,建立了陀螺角接触球轴承的动力学微分方程组与摩擦力矩数学模型,采用预估-校正的GSTIFF(gear stiff)变步长积分算法求解其动力学微分方程组,研究了轴承轴向预紧力以及保持架结构参数对轴承摩擦力矩幅值及波动性的影响,并进行了相关试验验证。结果表明:过大和过小的轴向预紧力均会增加轴承摩擦力矩的幅值与波动性;过大的保持架兜孔间隙和过小的保持架引导间隙都将引起轴承总摩擦力矩的幅值及波动性的增加,进而影响陀螺电动机输出功率的稳定性;保持架运行越稳定,轴承总摩擦力矩的幅值和波动性越小。

滚动轴承振动性能状态演变的非线性特征和不确定性特征的灰关系分析

为了更加全面有效地监测滚动轴承服役过程中其振动性能状态的演变历程,用关联维数和盒维数表征振动性能状态演变的非线性,用振动数据瞬时值的波动范围和平均值的波动范围表征振动性能状态演变的不确定性。运用灰关系分析法求解参数序列之间的灰置信水平,进而分析轴承振动性能状态演变的非线性特征和不确定性特征之间的非线性相关程度。两个案例表明:总体上来看,关联维数和盒维数均有减小的趋势,瞬时值的波动范围和平均值的波动范围都有增大的趋势,而且它们在突变点处有某种意义上的对应关系。非线性特征参数序列和不确定性特征参数序列总体上有负相关关系,且不确定性参数序列与关联维数的灰置信水平均比其与盒维数的灰置信水平要高。

航空发动机主轴滚子轴承非典型失效机理

针对某航空发动机圆柱滚子轴承的非典型失效问题,基于滚动轴承动力学理论,考虑滚子动不平衡量及滚子与套圈挡边间的碰摩,建立高速圆柱滚子轴承的动力学微分方程组,采用预估-校正GSTIFF(Gear stiff)变步长积分算法进行求解,分析了轴承工况参数和结构参数对动不平衡滚子的最大歪斜角和滚子与挡边最大碰撞力的影响。结果表明:滚子最大歪斜角和滚子与挡边最大碰撞力大小随滚子动不平衡量、轴承内圈转速增加而增大,与径向载荷间未表现出明显的相关性;较小的轴向游隙能够有效抑制滚子歪斜,但会增大滚子与挡边碰撞力,存在合理的轴向游隙范围使得在滚子歪斜角不会过大的情况下滚子与挡边碰撞力较小;较小的保持架兜孔周向游隙与挡边负背角和较大的滚子球端面半径能够减小滚子最大歪斜角和滚子与挡边最大碰撞力。