一种基于动力学的保持架偏磨预判方法、系统及介质

技术领域

本发明涉及轴承技术领域，具体为一种基于动力学的保持架偏磨预判方法、系统及介质。

背景技术

航空轴承是航空武器装备的关键部件，特别是发动机主轴轴承，具有高速、高温、载荷大、受力复杂、苛刻的环境适应性要求等工况特点，也因其单点性而具有长寿命高可靠性的要求。在实际应用过程中，由于结构参数设计及不同工作状态的变化，可能会出现保持架运转不稳定，与滚子、引导表面产生严重的滑动和碰撞，导致保持架摩擦磨损加剧，甚至导致保持架的断裂，从而引起轴承精度丧失或轴承卡死造成灾难性的后果。目前，对于轴承保持架的分析多集中于研究轴承结构参数、工况参数、保持架引导方式等对保持架动态稳定性、打滑率的影响，而对保持架偏磨故障的评估，仅通过轴承磨损程度进行评估，这种评估方式仅考虑了磨损，并未考虑影响偏磨的其他因素，因此，现有评估方式的准确率低。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术中评估方式仅考虑了磨损，并未考虑影响偏磨的其他因素，因此，现有评估方式的准确率低的问题，提出一种基于动力学的保持架偏磨预判方法、系统及介质。

本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种基于动力学的保持架偏磨的多维预判方法，包括以下步骤：

步骤一：获取轴承几何参数，并根据轴承几何参数建立航空轴承动力学模型；

步骤二：基于航空轴承动力学模型进行动力学分析，设置最大步长为n，得到保持架质心轨迹、轴承时间磨损率曲线、保持架与引导面的碰撞力、保持架兜孔与滚动体的碰撞力，若保持架质心轨迹发生偏移，且轴承时间磨损率曲线呈上升趋势，则执行步骤三，否则，未发生偏磨，所述上升趋势为轴承时间磨损率曲线中n对应的磨损率与2n/3对应的磨损率之比大于等于三；

步骤三：将保持架与引导面的碰撞力和保持架兜孔与滚动体的碰撞力运用有限元分析，将保持架与引导面的碰撞力和保持架兜孔与滚动体的碰撞力施加到保持架横梁上，并判断保持架横梁上的接触应力是否大于200MPa，若大于，则发生偏磨，否则未发生偏磨。

进一步的，所述方法还包括步骤四，所述步骤四具体为：

若发生偏磨，则对轴承结构进行参数优化，并针对优化后的轴承结构，计算架质心涡动速度偏差比，根据保持架质心涡动速度偏差比对保持架运转状态进行评价。

进一步的，所述保持架质心涡动速度偏差比表示为：

式中，v

进一步的，所述轴承几何参数包括：轴承的类型、引导方式、引导间隙以及兜孔间隙。

进一步的，所述建立航空轴承动力学模型通过Adore分析软件进行。

进一步的，所述步骤三中有限元分析为ansys。

进一步的，所述步骤三的具体步骤为：

步骤三一：提取保持架与引导面碰撞力和保持架与滚动体的碰撞力，取稳态条件下的数据计算均方根值；

步骤三二：运用ansys进行有限元分析，分别将保持架与引导面碰撞力的均方根值、保持架与滚动体碰撞力的均方根值施加在横梁上，并判断保持架横梁上的接触应力是否大于200MPa，若大于，则发生偏磨，否则未发生偏磨。

进一步的，所述最大步长n为2000以上。

一种基于动力学的保持架偏磨预判系统，包括：航空轴承动力学模块、磨损率曲线模块以及有限元分析模块；

所述航空轴承动力学模块用于获取轴承几何参数，并根据轴承几何参数建立航空轴承动力学模型；

所述磨损率曲线模块用于基于航空轴承动力学模型进行动力学分析，设置最大步长为n，得到保持架质心轨迹、轴承时间磨损率曲线、保持架与引导面的碰撞力、保持架兜孔与滚动体的碰撞力，若保持架质心轨迹发生偏移，且轴承时间磨损率曲线呈上升趋势，则执行有限元分析模块，否则，未发生偏磨，所述上升趋势为轴承时间磨损率曲线中n对应的磨损率与2n/3对应的磨损率之比大于等于三；

所述有限元分析模块用于将保持架与引导面的碰撞力和保持架兜孔与滚动体的碰撞力运用有限元分析，将保持架与引导面的碰撞力和保持架兜孔与滚动体的碰撞力施加到保持架横梁上，并判断保持架横梁上的接触应力是否大于200MPa，若大于，则发生偏磨，否则未发生偏磨；

所述系统还包括参数优化模块，所述参数参数优化模块用于对轴承结构进行参数优化，并针对优化后的轴承结构，计算架质心涡动速度偏差比，根据保持架质心涡动速度偏差比对保持架运转状态进行评价；

所述保持架质心涡动速度偏差比表示为：

式中，v

所述轴承几何参数包括：轴承的类型、引导方式、引导间隙以及兜孔间隙；

所述建立航空轴承动力学模型通过Adore分析软件进行；

所述限元分析为ansys；

所述磨损率曲线模块具体执行如下步骤：

步骤一：提取保持架与引导面碰撞力和保持架与滚动体的碰撞力，取稳态条件下的数据计算均方根值；

步骤二：运用ansys进行有限元分析，分别将保持架与引导面碰撞力的均方根值、保持架与滚动体碰撞力的均方根值施加在横梁上，并判断保持架横梁上的接触应力是否大于200MPa，若大于，则发生偏磨，否则未发生偏磨；

所述最大步长n为2000以上。

一种计算机可读介质，所述介质包含计算机可读程序，所述计算机可读程序用于执行如权利要求1至权利要求8任一项的方法。

本发明的有益效果是：

本申请提供的基于动力学的保持架偏磨的多维预判方法，综合考虑了保持架质心轨迹、涡动速度偏差比、与滚动体和引导面的碰撞力、轴承时间磨损率，实现保持架偏磨的准确评估。本申请为航空轴承不同工况下的保持架偏磨状态评估提供现实可靠的参考准则。

附图说明

图1为本申请方法流程图；

图2为本申请中圆柱滚子轴承保持架质心轨迹示意图；

图3为时间磨损率曲线图；

图4为本申请中保持架与引导面碰撞力示意图；

图5为本申请中保持架兜孔与滚动体碰撞力示意图；

图6为保持架与引导面碰撞力引起的接触应力云图；

图7为保持架与滚动体碰撞力引起的接触应力云图。

具体实施方式

需要特别说明的是，在不冲突的情况下，本申请公开的各个实施方式之间可以相互组合。

具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于动力学的保持架偏磨预判方法，包括以下步骤：

步骤一：获取轴承几何参数，并根据轴承几何参数建立航空轴承动力学模型；

步骤二：基于航空轴承动力学模型进行动力学分析，设置最大步长为n，得到保持架质心轨迹、轴承时间磨损率曲线、保持架与引导面的碰撞力、保持架兜孔与滚动体的碰撞力，若保持架质心轨迹发生偏移，且轴承时间磨损率曲线呈上升趋势，则执行步骤三，否则，未发生偏磨，所述上升趋势为轴承时间磨损率曲线中n对应的磨损率与2n/3对应的磨损率之比大于等于三；

步骤三：将保持架与引导面的碰撞力和保持架兜孔与滚动体的碰撞力运用有限元分析，将保持架与引导面的碰撞力和保持架兜孔与滚动体的碰撞力施加到保持架横梁上，并判断保持架横梁上的接触应力是否大于200MPa，若大于，则发生偏磨，否则未发生偏磨。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，本实施方式与具体实施方式一的区别是所述方法还包括步骤四，所述步骤四具体为：

若发生偏磨，则对轴承结构进行参数优化，并针对优化后的轴承结构，计算架质心涡动速度偏差比，根据保持架质心涡动速度偏差比对保持架运转状态进行评价。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二的进一步说明，本实施方式与具体实施方式二的区别是所述保持架质心涡动速度偏差比表示为：

式中，v

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三的进一步说明，本实施方式与具体实施方式三的区别是所述轴承几何参数包括：轴承的类型、引导方式、引导间隙以及兜孔间隙。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四的进一步说明，本实施方式与具体实施方式四的区别是所述建立航空轴承动力学模型通过Adore分析软件进行。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式五的进一步说明，本实施方式与具体实施方式五的区别是所述步骤三中有限元分析为ansys。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式六的进一步说明，本实施方式与具体实施方式六的区别是所述步骤三的具体步骤为：

步骤三一：提取保持架与引导面碰撞力和保持架与滚动体的碰撞力，取稳态条件下的数据计算均方根值；

步骤三二：运用ansys进行有限元分析，分别将保持架与引导面碰撞力的均方根值、保持架与滚动体碰撞力的均方根值施加在横梁上，并判断保持架横梁上的接触应力是否大于200MPa，若大于，则发生偏磨，否则未发生偏磨。

具体实施方式八：本实施方式是对具体实施方式七的进一步说明，本实施方式与具体实施方式七的区别是所述最大步长n为2000以上。

具体实施方式九：本实施方式所述的一种基于动力学的保持架偏磨预判系统，包括：航空轴承动力学模块、磨损率曲线模块以及有限元分析模块；

所述航空轴承动力学模块用于获取轴承几何参数，并根据轴承几何参数建立航空轴承动力学模型；

所述磨损率曲线模块用于基于航空轴承动力学模型进行动力学分析，设置最大步长为n，得到保持架质心轨迹、轴承时间磨损率曲线、保持架与引导面的碰撞力、保持架兜孔与滚动体的碰撞力，若保持架质心轨迹发生偏移，且轴承时间磨损率曲线呈上升趋势，则执行有限元分析模块，否则，未发生偏磨，所述上升趋势为轴承时间磨损率曲线中n对应的磨损率与2n/3对应的磨损率之比大于等于三；

所述有限元分析模块用于将保持架与引导面的碰撞力和保持架兜孔与滚动体的碰撞力运用有限元分析，将保持架与引导面的碰撞力和保持架兜孔与滚动体的碰撞力施加到保持架横梁上，并判断保持架横梁上的接触应力是否大于200MPa，若大于，则发生偏磨，否则未发生偏磨；

所述系统还包括参数优化模块，所述参数参数优化模块用于对轴承结构进行参数优化，并针对优化后的轴承结构，计算架质心涡动速度偏差比，根据保持架质心涡动速度偏差比对保持架运转状态进行评价；

所述保持架质心涡动速度偏差比表示为：

式中，v

所述轴承几何参数包括：轴承的类型、引导方式、引导间隙以及兜孔间隙；

所述建立航空轴承动力学模型通过Adore分析软件进行；

所述限元分析为ansys；

所述磨损率曲线模块具体执行如下步骤：

步骤一：提取保持架与引导面碰撞力和保持架与滚动体的碰撞力，取稳态条件下的数据计算均方根值；

步骤二：运用ansys进行有限元分析，分别将保持架与引导面碰撞力的均方根值、保持架与滚动体碰撞力的均方根值施加在横梁上，并判断保持架横梁上的接触应力是否大于200MPa，若大于，则发生偏磨，否则未发生偏磨；

所述最大步长n为2000以上。

实施例1：

本申请包括以下步骤：

步骤S1.根据轴承的类型、引导方式、引导间隙、兜孔间隙等轴承几何参数，运用Adore分析软件建立航空轴承动力学模型，考虑润滑油涡动、保持架兜孔接触点和保持架与引导面接触点的流体动力学，进行航空轴承的动力学分析。

步骤S2.航空轴承保持架稳定性判别。根据步骤S1得到的分析结果画出保持架质心轨迹，判断保持架稳定性。

步骤S3.航空轴承保持架偏磨状态预估，根据步骤S1得到的分析结果绘制轴承时间磨损率曲线，若存在急剧上升趋势，则轴承发生偏磨的可能性较大。

步骤S4.航空轴承保持架异常接触状态判别。根据步骤S1得到的分析结果提取保持架与引导面、保持架兜孔与滚动体的碰撞力判断轴承接触状态。

步骤S5.航空轴承保持架偏磨状态评估。根据步骤S4得到的保持架与引导面、保持架兜孔与滚动体的碰撞力，运用ansys进行有限元分析，观察其接触应力值，判断轴承是否发生偏磨。

步骤S6.航空轴承结构参数优化。通过绘制保持架质心轨迹，计算保持架质心涡动速度偏差比，对优化前后的保持架稳定性进行辅助评估，最终重复S1-S5步骤，判断轴承是否发生偏磨。

对于常用的轴承保持架材料(如40CrNiMoA)，运用有限元分析手段，将保持架与引导面的碰撞力和保持架兜孔与滚动体的碰撞力施加到保持架横梁上，一般认为接触应力不大于200MPa是可以接受的，若大于200MPa，建议进行轴承结构参数的优化。通过绘制保持架质心轨迹，计算保持架质心涡动速度偏差比，对优化前后的保持架稳定性进行辅助评估，保持架质心涡动速度偏差比越小，保持架运转越稳定。

实施例2：

本申请实施例采用某滚子轴承。

(1)根据轴承的类型、引导方式、引导间隙、兜孔间隙等轴承几何参数，运用Adore分析软件建立航空轴承动力学模型，进行动力学分析。

(2)通过进行动力学分析，绘制保持架质心轨迹和时间磨损率曲线，如图2、图3所示，其质心轨迹发生偏移，磨损率曲线急剧上升，发生偏磨的风险较大，通过步骤3和步骤4进一步评估。

(3)提取保持架与引导面碰撞力和保持架与滚动体的碰撞力，如图4、图5所示，取后1000步的数据进行处理，计算其均方根值，保持架与引导面碰撞力的均方根值为3880N，保持架与滚动体碰撞力的均方根值为280N。运用ansys进行有限元分析，将保持架与引导面碰撞力的均方根值施加在横梁上，其最大接触应力为910.9MPa，如图6所示，大于200MPa，保持架与引导面存在较为严重的偏磨风险；将保持架与滚动体碰撞力的均方根值施加在横梁上，其最大接触应力为111.01MPa，如图7所示，小于200MPa，保持架与滚动体未发生偏磨。

(4)根据评估结果需要求轴承的结构进行参数优化，优化后的轴承重复以上步骤进行评估，同时计算保持架质心涡动速度偏差比，对比优化前后轴承保持架运转的稳定性，其值越小，保持架运转越稳定，对轴承的优化结果进行辅助评价。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本发明技术方案的解释和说明，不能以此限定权利保护范围。凡根据本发明权利要求书和说明书所做的仅仅是局部改变的，仍应落入本发明的保护范围内。