CN107843427A - 轴承剩余寿命的评估方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种轴承剩余寿命的评估方法及装置，其中评估方法包括：在所述轴承运行时，获取所述轴承的实时载荷；确定相邻两个实时载荷之间经过的时间段，以及与所述时间段对应的载荷等效值、运转圈数；根据各个所述运转圈数，以及对应的疲劳寿命，获得与各个所述载荷等效值对应的损伤程度，以获得所述轴承的实际损伤程度；根据所述实际损伤程度、所述轴承的已运转圈数，获得所述轴承的剩余寿命。本方案能够准确评估轴承的剩余寿命。
Description
技术领域
本发明涉及轴承领域，具体涉及一种轴承剩余寿命的评估方法及装置。
背景技术
轴承寿命即使轴承的使用期限，即轴承在失效之前能够运转的总圈数。
在绝大多数正常使用的情况下，轴承的破坏形式表现为轴承零件在用于滚动接触的滚动表面的疲劳破损。因此轴承寿命一般指的是轴承的疲劳寿命。
目前，轴承的疲劳寿命一般通过《ISO 281滚动轴承.额定动载荷和额定寿命》(以下简称《ISO 281》)制定的轴承寿命的通用公式来得到，该通用公式为：
其中
其中，Lnm为轴承的疲劳寿命，a1为基于可靠度的寿命修正系数，aISO为基于润滑、环境、污染物颗粒以及安装等因素的寿命修正系数，C为额定动载荷，Cu为疲劳载荷极限，eC为污染系数，κ为润滑剂的粘度比，P为当量动载荷，ε为根据轴承的滚动体的类型确定的指数。
在评估轴承剩余寿命时，一般将轴承已经运转的圈数与计算得到的疲劳寿命的差值作为轴承的剩余寿命。
现有轴承剩余寿命的评估方式的缺陷在于：
上述计算方法得到的是在标准工况下轴承的疲劳寿命，标准工况下认为轴承所受载荷为恒定的，但是在轴承的实际运行过程中，轴承实际受到的载荷是不恒定的、变化的。并且，上述计算方法也未考虑单个轴承外部载荷、润滑状态、运行温度和转速等实际运行条件及安装条件，因此现有方式计算得到的疲劳寿命并不准确，导致轴承的剩余寿命的评估也不准确。
发明内容
本发明解决的问题是现有评估轴承剩余寿命的方式有失准确性。
为解决上述问题，本发明提供一种轴承剩余寿命的评估方法，包括：在所述轴承运行时，获取所述轴承的实时载荷；确定相邻两个实时载荷之间经过的时间段，以及与所述时间段对应的载荷等效值、运转圈数；根据各个所述运转圈数，以及对应的疲劳寿命，获得与各个所述载荷等效值对应的损伤程度，以获得所述轴承的实际损伤程度，所述疲劳寿命为所述轴承在该载荷等效值下运行至失效时、能够经过的总圈数，所述实际损伤程度为各个所述损伤程度之和；根据所述实际损伤程度、所述轴承的已运转圈数，获得所述轴承的剩余寿命，所述已运转圈数为各个所述运转圈数之和。
可选的，获得所述轴承的实际损伤程度采用的公式，包括：
其中，D为所述实际损伤程度，Di为各个所述损伤程度，Ni为与所述损伤程度对应的载荷等效值下的所述运转圈数，Li与所述损伤程度对应的载荷等效值下的疲劳寿命，k为所述载荷等效值的总数。
可选的，所述根据所述实际损伤程度以及所述轴承的已运转圈数，获得所述轴承的剩余寿命包括：
根据计算公式：计算得到所述轴承的剩余寿命；
其中，ΔN′为所述剩余寿命，ΔN为所述已运转圈数，D为所述实际损伤程度。
可选的，所述确定所述载荷等效值下的运转圈数包括：获取所述轴承的转速；根据所述转速以及所述时间段，获得所述运转圈数。
本发明还提供一种轴承剩余寿命的评估装置，包括：获取单元，用于在所述轴承运行时，获取所述轴承的实时载荷；确定单元，用于根据所述获取单元获取所述轴承的实时载荷，确定相邻两个实时载荷之间经过的时间段，以及与所述时间段对应的载荷等效值、运转圈数；损伤计算单元，用于根据所述确定单元确定的各个所述运转圈数，以及对应的疲劳寿命，获得与各个所述载荷等效值对应的损伤程度，以获得所述轴承的实际损伤程度，所述疲劳寿命为所述轴承在该载荷等效值下运行至失效时、能够经过的总圈数，所述实际损伤程度为各个所述损伤程度之和；寿命计算单元，用于根据所述确定单元确定的所述轴承的已运转圈数，以及所述损伤计算单元获取的所述实际损伤程度，获得所述轴承的剩余寿命，所述已运转圈数为各个所述运转圈数之和。
可选的，所述损伤计算单元包括计算公式：
其中，D为所述实际损伤程度，Di为各个所述损伤程度，Ni为与所述损伤程度对应的载荷等效值下的所述运转圈数，Li与所述损伤程度对应的载荷等效值下的疲劳寿命，k为所述载荷等效值的总数。
可选的，所述寿命计算单元包括计算公式：
其中，ΔN′为所述剩余寿命，ΔN为所述已运转圈数，D为所述实际损伤程度。
可选的，所述确定单元包括：获取模块，用于获取所述轴承的转速；计算模块，用于根据所述时间段，以及所述获取模块获取的所述转速，获得所述运转圈数。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
在轴承运行时，获取轴承的实时载荷，确定实时载荷下的运转圈数，同时根据通用公式计算每个实时载荷下的疲劳寿命，然后确定轴承在各个实时载荷下受到的损伤程度，以获得轴承的实际损伤程度，最后根据实际损伤程度和已运转圈数来计算得到轴承的剩余寿命。
相比于现有技术而言，本发明根据轴承运行的真实工况确定轴承所受的载荷，并根据各种载荷下的损伤累积来计算剩余寿命，由此计算得到的剩余寿命更加真实、准确。
附图说明
图1是本发明实施例的评估方法的原理图；
图2是本发明实施例的评估装置的原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本实施例提供一种轴承剩余寿命的评估方法，参照图1所示，该评估方法包括以下步骤：
S10：在轴承运行时，获取轴承的实时载荷；
S20：确定相邻两个实时载荷之间经过的时间段，以及与所述时间段对应的载荷等效值、运转圈数；
S30：根据各个运转圈数，以及对应的疲劳寿命，获得与各个载荷等效值对应的损伤程度，以获得轴承的实际损伤程度，疲劳寿命为轴承在该实时载荷下运行至失效时、能够经过的总圈数，实际损伤程度为各个损伤程度之和；
S40：根据实际损伤程度、轴承的已运转圈数，获得轴承的剩余寿命，已运转圈数为各个运转圈数之和。
相比于现有技术而言，本发明根据轴承运行的真实工况确定轴承所受的载荷，并根据各种载荷下的损伤累积来计算剩余寿命，由此计算得到的剩余寿命更加真实、准确。
下面对上述步骤S10至S40作详细描述。
S10：在轴承运行时，获取轴承的实时载荷。
该步骤中，实时载荷为轴承在运行过程受到的实际载荷。每一时刻，轴承受到的实时载荷都可能不同。因此，依据实时载荷作为评估依据，评估得到的结果将更加准确。
S20：确定相邻两个实时载荷之间经过的时间段，以及与所述时间段对应的载荷等效值、运转圈数。
在轴承的实际运行工况中，轴承受到的载荷为一系列离散值，相邻离散值之间的时间间隔非常短。
因此，在相邻离散值之间的时间段内，轴承受到的载荷可以看作是不变的。对于任一时间段而言，从一个载荷施加的时刻起，直至下一载荷施加的时刻之间，可以认为轴承在该时间段内受到的载荷是线形变化的。因此，对于每个时间段而言，可以根据与时间段对应的相邻的两个载荷、求取在该时间段对应的载荷等效值，将该载荷等效值作为与该时间段对应的载荷。
例如，定义两个相邻的实时载荷分别为P1、P2，P1施加的时刻为T1，P2施加的时刻为T2，T1至T2的时间段为t。那么，可以认为在该时间段t内，轴承受到的载荷是从P1到P2线性变化的，对应的载荷等效值为P0，并将载荷等效值P0作为时间段t内轴承受到的载荷，即认为在时间段t内，轴承一直受到载荷P0的作用。由此，在载荷等效值P0下的运转圈数即为：时间段t内轴承转过的圈数。
该步骤中，每一时间段均指在轴承运行过程中，相邻两个实时载荷施加的时刻之间的时间段。
在步骤20中，每个载荷等效值下的运转圈数可以采用下述方式确定：首先获取轴承的转速；其次，根据转速以及时间段，获得运转圈数。
其中，轴承的转速为与载荷等效值对应时间段内轴承的转速。
S30：根据各个运转圈数，以及对应的疲劳寿命，获得与各个载荷等效值对应的损伤程度，以获得轴承的实际损伤程度。
在步骤S20中，各个运转圈数对应的疲劳寿命，可以根据行业内的通用公式计算得到。本实施例中，通用公式为《ISO 281滚动轴承.额定动载荷和额定寿命》制定的轴承寿命的通用公式，该通用公式为：
其中
其中，Lnm为轴承的疲劳寿命，a1为基于可靠度的寿命修正系数，aISO为基于润滑、环境、污染物颗粒以及安装等因素的寿命修正系数，C为额定动载荷，Cu为疲劳载荷极限，eC为污染系数，κ为润滑剂的粘度比，P为上述载荷等效值，ε为根据轴承的滚动体的类型确定的指数。根据《ISO 281滚动轴承.额定动载荷和额定寿命》，当滚动体为滚珠时，ε＝3，当滚动体为滚柱时，
与各个载荷等效值对应的损伤程度为该载荷等效值下的运转圈数与疲劳寿命的比值。损伤程度的计算公式为：Di＝Ni/Li；获得轴承的实际损伤程度采用的公式为：
上述公式中，D为实际损伤程度，Di为各个载荷等效值下的损伤程度，Ni为各个载荷等效值下的运转圈数，Li各个载荷等效值下的疲劳寿命，k为载荷等效值的总数。其中，一个载荷等效值对应一个疲劳寿命、对应一个运转圈数，同时对应一个损伤程度。
S30：根据实际损伤程度、轴承的已运转圈数，获得轴承的剩余寿命。
该步骤根据计算公式进行：计算得到轴承的剩余寿命；
其中，ΔN′为剩余寿命，ΔN为已运转圈数，D为实际损伤程度，
将上述实际损伤的计算公式进行变换，可以得到以下公式：ΔN′/ΔN＝(1-D)/D。可见，运转圈数与损伤程度呈正相关，运转圈数越多，则损伤越严重。
本实施例还提供一种轴承剩余寿命的评估装置，参照图2所示，该评估装置包括：
获取单元10，用于在轴承运行时，获取轴承的实时载荷；
确定单元20，用于根据所述获取单元获取所述轴承的实时载荷，确定相邻两个实时载荷之间经过的时间段，以及与所述时间段对应的载荷等效值、运转圈数；
损伤计算单元30，用于根据确定单元20确定的各个运转圈数，以及对应的疲劳寿命，获得与各个载荷等效值对应的损伤程度，以获得轴承的实际损伤程度，疲劳寿命为轴承在该载荷等效值下运行至失效时、能够经过的总圈数，实际损伤程度为各个损伤程度之和。
寿命计算单元40，用于确定单元20确定的根据轴承的已运转圈数，以及损伤计算单元30获取的实际损伤程度，获得轴承的剩余寿命，已运转圈数为各个运转圈数之和。
其中，确定单元20在计算运转圈数时，可以根据载荷等效值对应的时间段以及该时间段内轴承的转速来获得。因此，确定单元20还可以包括获取模块21和计算模块22，其中获取模块11用于获取轴承的转速，计算模块22用于根据时间段以及获取模块21获取的转速，来计算获得运转圈数。
本实施例中，损伤计算单元30在计算实际损伤程度时，可以采用以下计算公式：
其中，D为实际损伤程度，Di为各个载荷等效值下的损伤程度，Ni为各个实时载荷下的运转圈数，Li各个载荷等效值下的疲劳寿命，k为载荷等效值的总数。其中，一个载荷等效值对应一个疲劳寿命、对应一个运转圈数，同时对应一个损伤程度。
寿命计算单元40在计算轴承剩余寿命时，可以采用以下计算公式：
其中，ΔN′为剩余寿命，ΔN为已运转圈数，D为实际损伤程度。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (8)
1.一种轴承剩余寿命的评估方法，包括：
在所述轴承运行时，获取所述轴承的实时载荷；
确定相邻两个实时载荷之间经过的时间段，以及与所述时间段对应的载荷等效值、运转圈数；
根据各个所述运转圈数，以及对应的疲劳寿命，获得与各个所述载荷等效值对应的损伤程度，以获得所述轴承的实际损伤程度，其中，所述疲劳寿命为所述轴承在该载荷等效值下运行至失效时、能够经过的总圈数，所述实际损伤程度为各个所述损伤程度之和；
根据所述实际损伤程度、所述轴承的已运转圈数，获得所述轴承的剩余寿命，其中，所述已运转圈数为各个所述运转圈数之和。
2.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，获得所述轴承的实际损伤程度采用的公式，包括：
<mrow>
<mi>D</mi>
<mo>=</mo>
<msubsup>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
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<msub>
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<mfrac>
<msub>
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<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，D为所述实际损伤程度，Di为各个所述损伤程度，Ni为与所述损伤程度对应的载荷等效值下的所述运转圈数，Li与所述损伤程度对应的载荷等效值下的疲劳寿命，k为所述载荷等效值的总数。
3.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述根据所述实际损伤程度以及所述轴承的已运转圈数，获得所述轴承的剩余寿命包括：
根据计算公式：计算得到所述轴承的剩余寿命；
其中，ΔN′为所述剩余寿命，ΔN为所述已运转圈数，D为所述实际损伤程度。
4.如权利要求1所述的评估方法，其特征在于，所述确定所述载荷等效值下的运转圈数包括：
获取所述轴承的转速；
根据所述转速以及所述时间段，获得所述运转圈数。
5.一种轴承剩余寿命的评估装置，包括：
获取单元，用于在所述轴承运行时，获取所述轴承的实时载荷；
确定单元，用于根据所述获取单元获取所述轴承的实时载荷，确定相邻两个实时载荷之间经过的时间段，以及与所述时间段对应的载荷等效值、运转圈数；
损伤计算单元，用于根据所述确定单元确定的各个所述运转圈数，以及对应的疲劳寿命，获得与各个所述载荷等效值对应的损伤程度，以获得所述轴承的实际损伤程度，其中，所述疲劳寿命为所述轴承在该载荷等效值下运行至失效时、能够经过的总圈数，所述实际损伤程度为各个所述损伤程度之和；
寿命计算单元，用于根据所述确定单元确定的所述轴承的已运转圈数，以及所述损伤计算单元获取的所述实际损伤程度，获得所述轴承的剩余寿命，其中，所述已运转圈数为各个所述运转圈数之和。
6.如权利要求5所述的评估装置，其特征在于，所述损伤计算单元包括计算公式：
<mrow>
<mi>D</mi>
<mo>=</mo>
<msubsup>
<mo>&Sigma;</mo>
<mrow>
<mi>i</mi>
<mo>=</mo>
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<mo>&Sigma;</mo>
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<mn>1</mn>
</mrow>
<mi>k</mi>
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<mfrac>
<msub>
<mi>N</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，D为所述实际损伤程度，Di为各个所述损伤程度，Ni为与所述损伤程度对应的载荷等效值下的所述运转圈数，Li与所述损伤程度对应的载荷等效值下的疲劳寿命，k为所述载荷等效值的总数。
7.如权利要求5所述的评估装置，其特征在于，所述寿命计算单元包括计算公式：
其中，ΔN′为所述剩余寿命，ΔN为所述已运转圈数，D为所述实际损伤程度。
8.如权利要求5所述的评估装置，其特征在于，所述确定单元包括：
获取模块，用于获取所述轴承的转速；
计算模块，用于根据所述时间段，以及所述获取模块获取的所述转速，获得所述运转圈数。
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| WO2018050010A1 (zh) | 2018-03-22 |
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