【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及动力学建模与机械设备故障诊断领域，具体是一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法。
技术介绍
1、滚动轴承在机械旋转设备中作为最重要的机械基础件之一，被广泛应用各种旋转机械设备中，滚动轴承也被称为工业中的关节。滚动轴承作为机械设备中的精密部件，一旦发生故障，将会影响整个机械系统的非计划停机，造成经济损失，甚至会造成人员伤亡。
2、在工程实际中，滚动轴承经常面临高速、重载荷和长循环等复杂的工况，其退化或失效将直接影响整个设备的性能和可靠性，所以对滚动轴承的退化过程的研究是非常有必要的，然而，滚动轴承从健康到故障的长期退化过程，可能需要几个月甚至多年。
3、在如此长期的性能劣化过程中捕获整个运行到故障的数据既耗时又昂贵，所以在实际的工程应用中获得足够多的全寿命周期故障数据是非常困难的，因此建立滚动轴承全寿命周期退化过程的仿真模型是非常有必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，包括以下步骤：
2、1)构建基于hertz接触理论的滚动轴承内、外圈接触变形方程；
3、2)基于滚动轴承内、外圈接触变形方程，建立因局部故障引起的位移激励函数：
4、3)构建滚动轴承内、外圈动力学模型；
5、4)构建缺陷长度函数；
6、5)将缺陷长度函数的代入位移激励函数中，得到滚动轴承内圈故障时的弹性恢复力f′in和/或滚动轴承外圈故障时的弹性恢复力f′ou
7、6)将滚动轴承内圈故障时的弹性恢复力f′in和/或滚动轴承外圈故障时的弹性恢复力f′out代入滚动轴承内、外圈动力学模型中，构建滚动轴承的全寿命退化模型；
8、7)对滚动轴承的全寿命退化模型进行求解，得到滚动轴承全寿命周期退化振动仿真加速度数据。
9、进一步，所述滚动轴承内、外圈接触变形方程如下所示：
10、
11、
12、式中，fin表示滚动轴承内圈故障时的弹性恢复力；fout表示滚动轴承外圈故障时的弹性恢复力；kin、kout表示滚动体分别与滚动轴承内圈、外圈滚道的接触刚度；z为滚动体数量；
13、第i个滚动体与内外圈滚道的非线性弹性变形量δi、第i个滚动体在t时刻的角位置θi如下所示：
14、δi＝(xin-xout)sinθi+(yin-yout)cosθi-cr-h1f/2f (3)
15、
16、
17、式中，cr为滚动体与滚道间的径向游隙，h1f/2f分别为滚动体与内外圈滚道之间产生的位移激励；当计算第i个滚动体与内圈滚道的非线性弹性变形量时，h1f/2f＝h1f，否则，h1f/2f＝h2f；ωb为滚动体保持架的角速度；t为时间；ωs为转动轴的角速度；d为滚动体的直径，α为滚动体与滚道间的接触角，d为滚动轴承节径；xin为内圈x方向运动位移、xout为外圈x方向运动位移、yin为内圈y方向运动位移、yout为外圈y方向运动位移表示。
18、进一步，所述因局部故障引起的位移激励函数包括故障发生于内圈时滚动体与内圈滚道之间产生的位移激励h1f，以及故障发生于外圈时滚动体与外圈滚道之间产生的位移激励h2f；
19、其中，位移激励h1f如下所示：
20、
21、式中，为内圈滚道发生故障时的角位置；为内圈滚道发生故障时滚动体所对应的圆心角；rin为内圈半径；b为缺陷宽度；θn为第n个滚动体在t时刻的角位置；β为范围夹角；
22、滚动体进入缺陷区域时与内圈滚道发生接触变形的变化量hin如下所示：
23、
24、式中，b为缺陷宽度；h为缺陷深度；d为滚动体的直径；din为内圈直径；
25、位移激励h2f如下所示：
26、
27、式中，为外圈滚道发生故障时的角位置；为外圈滚道发生故障时滚动体所对应的圆心角；rout为外圈半径；
28、滚动体进入缺陷区域时与外圈滚道发生接触变形的变化量hout如下所示：
29、
30、式中，dout为外圈直径。
31、进一步，所述滚动轴承内、外圈动力学模型包括内圈发生故障时的滚动轴承动力学模型，以及外圈发生故障时的滚动轴承动力学模型。
32、进一步，内圈发生故障时的滚动轴承动力学模型如下所示：
33、
34、式中，min为内圈和轴简化的总质量；mout为外圈简化的总质量；cin为内圈与滚动体连接阻尼；cout为外圈与滚动体连接阻尼；e为由于制造或者安装过程中造成的偏心距；fx、fy分别为滚动轴承横向和纵向所受到的外力。
35、进一步，外圈发生故障时的滚动轴承动力学模型如下所示：
36、
37、式中，min为内圈和轴简化的总质量，mout为外圈简化的总质量，cin为内圈与滚动体连接阻尼，cout为外圈与滚动体连接阻尼，e为由于制造或者安装过程中造成的偏心距，fx、fy分别为滚动轴承横向和纵向所受到的外力。
38、进一步，所述缺陷长度函数如下所示：
39、
40、式中，k为滚动轴承尺寸退化系数，x表示滚动轴承退化程度；l为缺陷长度函数。
41、进一步，当内圈发生故障时，滚动轴承的全寿命退化模型如下所示：
42、
43、式中，min为内圈和轴简化的总质量，mout为外圈简化的总质量，cin为内圈与滚动体连接阻尼。
44、进一步，当外圈发生故障时，滚动轴承的全寿命退化模型如下所示：
45、
46、式中，min为内圈和轴简化的总质量，mout为外圈简化的总质量，cin为内圈与滚动体连接阻尼，cout为外圈与滚动体连接阻尼，e为由于制造或者安装过程中造成的偏心距。
47、进一步，对滚动轴承的全寿命退化模型进行求解的工具包括matlab中的ode45方程。
48、本专利技术的技术效果是毋庸置疑的，本专利技术基于动力学建模，构建了滚动轴承全寿命周期退化模型，此模型可以得出滚动轴承全寿命周期退化振动信号，故本专利技术所建立的滚动轴承全寿命周期退化模型可以准确有效的反应滚动轴承退化特性，从而可以对滚动轴承健康状态监测和寿命预测以及小样本问题提供理论基础。
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1.一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于，所述滚动轴承内、外圈接触变形方程如下所示：
3.根据权利要求1所述的一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于：所述因局部故障引起的位移激励函数包括故障发生于内圈时滚动体与内圈滚道之间产生的位移激励H1f，以及故障发生于外圈时滚动体与外圈滚道之间产生的位移激励H2f；
4.根据权利要求1所述的一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于：所述滚动轴承内、外圈动力学模型包括内圈发生故障时的滚动轴承动力学模型，以及外圈发生故障时的滚动轴承动力学模型。
5.根据权利要求4所述的一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于，内圈发生故障时的滚动轴承动力学模型如下所示：
6.根据权利要求4所述的一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于，外圈发生故障时的滚动轴承动力学模型如下所示：
7.根据权利要求1所述的一种
8.根据权利要求1所述的一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于，当内圈发生故障时，滚动轴承的全寿命退化模型如下所示：
9.根据权利要求1所述的一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于，当外圈发生故障时，滚动轴承的全寿命退化模型如下所示：
10.根据权利要求1所述的一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于，对滚动轴承的全寿命退化模型进行求解的工具包括matlab中的ODE45方程。
...【技术特征摘要】
1.一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于，所述滚动轴承内、外圈接触变形方程如下所示：
3.根据权利要求1所述的一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于：所述因局部故障引起的位移激励函数包括故障发生于内圈时滚动体与内圈滚道之间产生的位移激励h1f，以及故障发生于外圈时滚动体与外圈滚道之间产生的位移激励h2f；
4.根据权利要求1所述的一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于：所述滚动轴承内、外圈动力学模型包括内圈发生故障时的滚动轴承动力学模型，以及外圈发生故障时的滚动轴承动力学模型。
5.根据权利要求4所述的一种滚动轴承全寿命周期退化过程动力学建模方法，其特征在于，内圈...
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