一种定量计算滚动轴承运行可靠性的方法

摘要

本发明公开了一种定量计算滚动轴承运行可靠性的方法。首先定义一种能够用同一尺度量化设备在规定时间内运行状态隶属于安全可靠的程度的可靠性指标——隶属可靠度；针对设备关键部件滚动轴承，基于故障定量识别，建立滚动轴承损伤定量识别特征指标与其隶属可靠度之间的映射函数关系——可靠性隶属函数；基于滚动轴承运行信号的有限样本，利用改进的冗余第二代小波变换的滚动轴承损伤定量识别方法，获取滚动轴承损伤定量识别特征指标并代入已建立的可靠性隶属函数中，得到滚动轴承的隶属可靠度，实现小样本条件下基于状态信息的滚动轴承运行可靠性定量计算。本发明简单易行，结果可靠，实时性好，适用于定量计算小样本条件下滚动轴承的运行可靠性。

主权项

一种定量计算滚动轴承运行可靠性的方法，其特征在于：1）定义一种能够用同一尺度量化设备在规定时间内运行状态隶属于安全可靠的程度的可靠性指标——隶属可靠度；2）基于滚动轴承故障定量识别，建立滚动轴承损伤定量识别特征指标与其隶属可靠度之间的映射函数——可靠性隶属函数；3）基于滚动轴承运行信号的有限样本，利用改进的冗余第二代小波变换的滚动轴承损伤定量识别方法，获取滚动轴承损伤定量识别特征指标并代入已建立的可靠性隶属函数中，定量计算得到滚动轴承的运行可靠性评价指标——隶属可靠度；所说的定义一种能够用同一尺度量化设备在规定时间内运行状态隶属于安全可靠的程度的可靠性指标——隶属可靠度，包括以下步骤：首先定义集合K为“设备运行安全可靠”，其次定义一种量化设备运行状态隶属于集合K的程度的可靠性评价指标——隶属可靠度，定量描述运行设备在规定的条件下、规定时间内完成规定功能的能力，记为RK，其取值范围为[0，1]，将表征设备不同运行状态的特征物理参数映射到无量纲的[0，1]范围；所说的基于滚动轴承故障定量识别，建立滚动轴承损伤定量识别特征指标与隶属可靠度之间的映射函数——可靠性隶属函数的步骤如下：利用基于状态信息的滚动轴承故障定量识别，获取运行滚动轴承在t时刻的损伤定量识别特征指标St，根据故障诊断基础研究，当St超过一定的阈值之后，St值越大，则滚动轴承运行状态越危险，其隶属于运行安全可靠的程度越低，即其隶属可靠度RK(St)越小，因此考虑选用降半正态分布来描述滚动轴承损伤定量识别特征指标与其隶属可靠度之间的映射函数关系，但对于降半正态 分布当St趋于无穷大时，其RK(St)趋于零，与工程实际滚动轴承运行状态不符，须对降半正态分布函数的尾部进行修正，即当St超过滚动轴承失效阈值时，令RK(St)等于0，故选择如下式所示尾部修正的降半正态分布函数表示滚动轴承损伤定量识别特征指标与其隶属可靠度之间的映射函数关系——可靠性隶属函数： R K ( S t ) = 1 M A ≤ S t ≤ M B e - n ( S t - M B ) 2 M B < S t ≤ M C 0 S t > M C 此处RK(St)取值范围为[0，1]；可靠性隶属函数式中的MA、MB、MC及常数n的值由以下方法得到：针对滚动轴承，依据冲击脉冲法得到一个只与滚动轴承工作状况有关的标准分贝值，即为上式中的损伤定量识别特征指标St，依据St值有滚动轴承运行状态如下判断标准：(1)0≤St≤21dB    正常状态，滚动轴承工作状况良好；(2)2160dB        滚动轴承完全失效；给定滚动轴承可靠性评价指标——隶属可靠度判断标准，用分贝表示时，当0≤St≤21dB时，滚动轴承运行状态正常，定义其隶属可靠度为1；当21RK(St)≥0.5；当35RK(St)>0；依据标准，滚动轴承寿命终点标准分贝值为60dB，因此当St>60dB时，定义其隶属可靠度为0，滚动轴承在运行过程中，其运行状态为连续劣化过程，判断标准⑵和⑶可合并为：2160dB        滚动轴承完全失效；据此，可相应获得MA、MB、MC的值分别为MA=0dB、MB=21dB、MC=60dB；则滚动轴承的可靠性隶属函数可表示为： R K ( S t ) = 1 0 ≤ S t ≤ 21 dB e - n ( S t - 21 ) 2 21 < S t ≤ 60 dB 0 S t > 60 dB 当St=35dB时有RK(35)=0.5，通过解方程，计算得到n=0.0035，则滚动轴承的可靠性隶属函数为 R K ( S t ) = 1 0 ≤ S t ≤ 21 dB e - 0.0035 ( S t - 21 ) 2 21 < S t ≤ 60 dB 0 S t > 60 dB .