【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及轴承寿命预测领域，具体涉及一种高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测方法及系统。
技术介绍
1、高速球轴承广泛应用于各种现代装备的高速传动系统中，比如舰船传动系统、航天器传动系统以及新能源汽车的电驱动系统等，是保证高速传动系统中高速轴系可靠运转的重要部件。由于传统平稳性的需求，高速传动系统往往采用斜齿轮传动。高速传动系统运行过程中常表现为传递扭矩、转速快速交变，在斜齿轮啮合分力和滚动体高速效应作用下，轴承承受的工况载荷及其内部载荷分布较为苛刻复杂。因此，实现高速轴承寿命的准确预测是高速传动系统高可靠开发过程的关键。
2、接触疲劳是高速轴承工作过程中失效的主要表现形式，准确预测接触疲劳寿命是轴承服役寿命评估的重要内容。长期以来，轴承疲劳寿命预测普遍采用lundberg-palmgren基于最大动态切应力及weibull寿命概率分布建立的经验模型开展(简称l-p模型)，但由于该方法以轴承等效载荷为基础，未能考虑轴承的实际状态和工况特征，寿命评估存在较大误差。近年来，在l-p模型的基础上，研究人员通过考虑轴承材料疲劳破坏极限、润滑油膜厚度、疲劳寿命的修正因子等因素，对l-p模型进行修正，以提高预测精度。但受到试验条件、轴承具体结构特征、轴承各部件材料等因素的限制，修正模型在特定情况下具有较好结果，但在普适性方面具有很大局限，且通过定值载荷寿命试验建立的修正模型，也不能准确反映复杂动态载荷工况下的轴承寿命。
技术实现思路
1、为解决上述背景中的技术问题，本专利技术提供
2、提取高速传动系统中，待预测轴承所受的荷载；
3、基于提取到的荷载，构建轴承力学模型；
4、利用所述轴承力学模型，结合高速效应和接触点位置变化时序，提取内外滚道任一位置接触应力时序；
5、基于提取的接触应力时序，遍历求解内外滚道所有接触点损伤，完成轴承寿命预测。
6、优选的，轴承所受荷载的表达式包括：
7、
8、式中，下标a和b分别表示轴两端的轴承a和轴承b；fr、ft和fa分别表示输入轴斜齿轮的圆周、径向和轴向力；fx、fy和fz分别表示不同方向的力；mx和my表示倾覆力矩。
9、优选的，构建所述轴承力学模型的方法包括：选择轴承类型和配置并提取轴承所受的荷载；之后根据提取的荷载的大小、方向和作用点，构建所述轴承力学模型。
10、优选的，构建的轴承力学模型包括：
11、
12、式中，fx、fy和fz分别表示不同方向的力；mx和my表示倾覆力矩；λij和λoj均表示轴承滚珠力矩分配系数；z表示轴承滚动体数目；αij、αoj分别表示轴承滚珠与内、外滚道间的实际接触角；fcj表示离心力；mgj表示陀螺力矩；qij和qoj表示轴承滚珠分别与内、外滚道接触的法向载荷；dw表示滚珠直径；tiψ表示内滚道的摩擦力；ri表示轴承内滚道曲率中心的转动半径；ψj表示轴承内滚道上第j处接触点各次接触时的方位所构成的时序方位历程；下标i表示轴承内圈，j表示轴承滚道上第j处接触点，ψ表示接触点接触时的方位角。
13、优选的，进行轴承寿命预测的方法包括：基于所述轴承力学模型，结合赫兹接触理论，得到应力的分布和变形情况；基于不同时刻下应力的分布和变形情况，得到应力时序；基于所述应力时序，完成轴承寿命预测。
14、本专利技术还提供了一种高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测系统，所述系统用于实现上述方法，包括：外载荷提取模块、内载构建模块、应力提取模块和损伤计算模块；
15、所述外载荷提取模块用于提取高速传动系统中，待预测轴承所受的荷载；
16、所述内载构建模块用于基于提取到的荷载，构建轴承力学模型；
17、所述应力提取模块用于利用所述轴承力学模型，结合高速效应和接触点位置变化时序，提取内外滚道任一位置接触应力时序；
18、所述损伤计算模块用于基于提取的接触应力时序，遍历求解内外滚道所有接触点损伤，完成轴承寿命预测。
19、优选的，轴承所受荷载的表达式包括：
20、
21、式中，下标a和b分别表示轴承a和轴承b；fr、ft和fa分别表示输入轴斜齿轮的圆周、径向和轴向力；fx、fy和fz分别表示不同方向的力；mx和my表示倾覆力矩。
22、优选的，所述构建模块的工作流程包括：选择轴承类型和配置并提取轴承所受的荷载；之后根据提取的荷载的大小、方向和作用点，构建所述轴承力学模型。
23、优选的，构建的所述轴承力学模型包括：
24、
25、式中，fx、fy和fz分别表示不同方向的力；mx和my表示倾覆力矩；λij和λoj均表示轴承滚珠力矩分配系数；z表示轴承滚动体数目；αij、αoj分别表示轴承滚珠与内、外滚道间的实际接触角；fcj表示离心力；mgj表示陀螺力矩；qij和qoj表示轴承滚珠分别与内、外滚道接触的法向载荷；dw表示滚珠直径；tiψ表示内滚道的摩擦力；ri表示轴承内滚道曲率中心的转动半径；ψj表示轴承内滚道上第j处接触点各次接触时的方位所构成的时序方位历程。
26、优选的，所述损伤计算模块的工作流程包括：基于所述轴承力学模型，结合赫兹接触理论，得到应力的分布和变形情况；基于不同时刻下应力的分布和变形情况，得到应力时序；基于所述应力时序，完成轴承寿命预测。
27、与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
28、本专利技术通过精确提取高速传动系统中轴承所受的荷载，并基于这些荷载构建轴承力学模型，最终利用该模型完成轴承寿命预测，相较于传统宏观当量载荷方法，以轴承局部接触应力时序进行寿命预测，显著提高了预测精度，为各种装备高速传动系统高速轴承的寿命评估和维护提供了一种更为科学和可靠的技术手段。
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1.一种高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测方法，其特征在于，轴承所受荷载的表达式包括：
3.根据权利要求1所述的高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测方法，其特征在于，构建所述轴承力学模型的方法包括：选择轴承类型和配置并提取轴承所受的荷载；之后根据提取的荷载的大小、方向和作用点，构建所述轴承力学模型。
4.根据权利要求1所述的高速传动系统高速轴承疲劳寿命预测方法，其特征在于，构建的轴承力学模型包括：
5.根据权利要求4所述的高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测方法，其特征在于，进行轴承寿命预测的方法包括：基于所述轴承力学模型，结合赫兹接触理论，得到应力的分布和变形情况；基于不同时刻下应力的分布和变形情况，得到应力时序；基于所述应力时序，完成轴承寿命预测。
6.一种高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测系统，所述系统用于实现权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，包括：外载荷提取模块、内载构建模块、应力提取模块和损伤计算模块；
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8.根据权利要求6所述的高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测系统，其特征在于，所述构建模块的工作流程包括：选择轴承类型和配置并提取轴承所受的荷载；之后根据提取的荷载的大小、方向和作用点，构建所述轴承力学模型。
9.根据权利要求8所述的高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测系统，其特征在于，构建的所述轴承力学模型包括：
10.根据权利要求9所述的高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测系统，其特征在于，所述损伤计算模块的工作流程包括：基于所述轴承力学模型，结合赫兹接触理论，得到应力的分布和变形情况；基于不同时刻下应力的分布和变形情况，得到应力时序；基于所述应力时序，完成轴承寿命预测。
...【技术特征摘要】
1.一种高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测方法，其特征在于，步骤包括：
2.根据权利要求1所述的高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测方法，其特征在于，轴承所受荷载的表达式包括：
3.根据权利要求1所述的高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测方法，其特征在于，构建所述轴承力学模型的方法包括：选择轴承类型和配置并提取轴承所受的荷载；之后根据提取的荷载的大小、方向和作用点，构建所述轴承力学模型。
4.根据权利要求1所述的高速传动系统高速轴承疲劳寿命预测方法，其特征在于，构建的轴承力学模型包括：
5.根据权利要求4所述的高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测方法，其特征在于，进行轴承寿命预测的方法包括：基于所述轴承力学模型，结合赫兹接触理论，得到应力的分布和变形情况；基于不同时刻下应力的分布和变形情况，得到应力时序；基于所述应力时序，完成轴承寿命预测。
6.一种高速传动系统中高速轴承疲劳寿命预测系统，...
【专利技术属性】
技术研发人员：栾圣罡，尹逊民，杨龙，安海鹏，张东东，翁硕，赵礼辉，姚寿文，
申请(专利权)人：中国船舶集团有限公司第七〇三研究所，
类型：发明
国别省市：
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