CN108846184B - 运动机构磨损预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种运动机构磨损预测方法，涉及机械设计技术领域，该方法包括：获取运动精度、目标工作周期和各个旋转副的初始参数值；根据运动精度和各个旋转副的初始参数值，确定各个旋转副的初始磨损量和运动机构的初始外推步长；根据每个旋转副的当前磨损量和当前外推步长对每个旋转副的尺寸进行一次仿真更新；根据更新后的每个旋转副的尺寸、运动精度、各个旋转副的当前磨损量，确定下一外推步长；当所有外推步长之和达到目标工作周期时，输出运动机构的磨损预测结果。在确定外推步长时考虑了每个旋转副磨损速度的变化以及运动精度的影响，适用于包括多个旋转副的运动机构，且能够兼顾磨损预测的效率和精度。

Description

运动机构磨损预测方法

技术领域

本发明涉及机械设计技术领域，尤其是涉及一种运动机构磨损预测方法。

背景技术

旋转副(运动副)在运动机构中广泛使用，旋转副的磨损在机构工作过程中不可避免。由于磨损试验成本大，周期长，在研究机构中旋转副的磨损时常常采用仿真的方法计算旋转副中磨损量。磨损仿真(磨损预测)的主要问题是机构大量的运转次数导致的计算代价巨大。由于磨损过程进行得十分缓慢，对机构的每一运动周期中旋转副的磨损进行计算，既没有现实必要，同时也会耗费太多的计算机资源。鉴于此，外推法在磨损仿真中得到了广泛的应用。

外推法是在磨损仿真过程中，通过将旋转副单个周期的磨损量乘以相应的系数，近似得到多个周期的磨损量用以减小计算代价。即采用等效策略来实现对磨损进行快速预测：将旋转副轴相对衬套往复摆动一次视为一个循环，由于磨损是一个非常缓慢的过程，可以认为在有限的N个循环内磨损量相同，那么将一次计算得到的磨损量乘以N来等效N次往复运动造成的磨损，并将这一过程定义为一次分析计算，其中N即为外推步长。外推步长的确定直接关系着磨损预测的精度，因此外推步长的确定是外推方法的关键。

现有技术中，一种磨损仿真方法是假定1000个循环内磨损量相同，将一次计算得到的磨损量乘以1000来等效1000次往复运动造成的磨损，但该方法并没有考虑随着磨损次数的增加，磨损的速度会发生变化，用一个定常值外推磨损量进行计算显然不符合实际。另一种磨损仿真方法是：在每一次仿真步长增加50％，如果计算结果不收敛，则步长减小33％。该方法仅考虑了计算的收敛问题，并没有考虑计算精度，虽然计算结果收敛，但会产生很大的计算误差。另外，上述方法仅适用于单个旋转副的磨损外推，对于含有多个旋转副的机构则无法应用。

综上可知，针对旋转副磨损仿真的外推问题，现有技术往往不能兼顾磨损预测的效率和精度，并且对普遍存在的于含有多个旋转副的运动机构，目前还没有一种确切的磨损仿真方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种运动机构磨损预测方法，以提高磨损预测的效率和精度，提高对包括多个旋转副的运动机构的适用性。

第一方面，本发明实施例提供了一种运动机构磨损预测方法，所述运动机构包括旋转副；所述方法包括：

获取运动精度、目标工作周期和各个所述旋转副的初始参数值；其中，所述初始参数值包括所述旋转副承受的载荷、所述旋转副的尺寸和磨损率；

根据所述运动精度和各个所述旋转副的初始参数值，确定各个所述旋转副的初始磨损量和所述运动机构的初始外推步长；

将所述初始磨损量作为当前磨损量以及将所述初始外推步长作为当前外推步长，根据每个所述旋转副的当前磨损量和所述当前外推步长对每个所述旋转副的尺寸进行一次仿真更新；

根据更新后的每个旋转副的尺寸计算每个所述旋转副在所述运动机构的下一工作周期内的下一磨损量，并根据所述运动精度、各个所述旋转副的当前磨损量和下一磨损量，确定下一次仿真的下一外推步长；

当所有外推步长之和达到所述目标工作周期时，将各个所述旋转副的当前总磨损量作为所述运动机构的磨损预测结果输出。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，每个所述旋转副包括衬套和销轴，所述旋转副的尺寸包括所述衬套的半径、所述销轴的半径和厚度；所述根据所述运动精度和各个所述旋转副的初始参数值，确定各个所述旋转副的初始磨损量和所述运动机构的初始外推步长，包括：

对于每个所述旋转副，根据所述旋转副的初始参数值，计算所述旋转副的初始磨损量和初始外推参数值；其中，所述初始外推参数值包括在所述运动机构的一个工作周期内的所述衬套与所述旋转副的旋转轴的最大作用力值、所述衬套与所述销轴的接触面积以及所述衬套的最大变形量；

根据所述运动精度以及各个所述旋转副的磨损率、初始磨损量和初始外推参数值，确定所述运动机构的初始外推步长。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述根据所述旋转副的初始参数值，计算所述旋转副的初始磨损量和初始外推参数值，包括：

通过多体动力学，根据所述旋转副的初始参数值计算所述旋转副在所述运动机构的一个工作周期内的所述衬套与所述旋转副的旋转轴的最大作用力值、所述衬套与所述销轴的接触面积以及所述衬套的最大变形量；

通过多体动力学和磨损理论，根据所述旋转副的初始参数值计算所述旋转副的初始磨损量。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述根据所述运动精度以及各个所述旋转副的磨损率、初始磨损量和初始外推参数值，确定所述运动机构的初始外推步长，包括：

根据以下公式确定所述运动机构的初始外推步长L₁：

其中，α表示与所述运动精度对应的系数，

表示编号为i的旋转副对应的最大变形量，A_i表示编号为i的旋转副对应的接触面积，k表示各个所述旋转副的磨损率，F_i表示编号为i的旋转副对应的最大作用力值，ΔS_i，1表示编号为i的旋转副对应的初始磨损量，n表示旋转副的个数。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述根据每个所述旋转副的当前磨损量和所述当前外推步长对每个所述旋转副的尺寸进行一次仿真更新，包括：

对于每个所述旋转副，将所述当前外推步长乘以所述旋转副的当前磨损量，得到所述当前外推步长个工作周期内所述旋转副的当前仿真磨损量；

根据所述旋转副的当前仿真磨损量对所述旋转副的衬套的半径进行一次仿真更新。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述根据所述运动精度、各个所述旋转副的当前磨损量和下一磨损量，确定下一次仿真的下一外推步长，包括：

根据所述运动精度和所述当前外推步长确定步长递增量；对于每个所述旋转副，根据所述运动精度和所述旋转副的当前磨损量确定所述旋转副对应的当前临界值，并计算所述旋转副的当前磨损量和下一磨损量之差的绝对值，得到所述旋转副对应的当前磨损差值；

根据各个所述旋转副对应的当前临界值和当前磨损差值，判断当前磨损仿真是否稳定；

如果稳定，将下一次仿真的下一外推步长设置为所述当前外推步长与所述步长递增量之和；

如果不稳定，将下一次仿真的下一外推步长设置为所述当前外推步长与所述步长递增量之差。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述根据各个所述旋转副对应的当前临界值和当前磨损差值，判断当前磨损仿真是否稳定，包括：

判断各个所述旋转副中是否存在当前磨损差值超过对应的当前临界值的旋转副；

如果存在，则确定当前磨损仿真不稳定；

如果不存在，则确定当前磨损仿真稳定。

第二方面，本发明实施例还提供一种运动机构磨损预测装置，所述运动机构包括旋转副；所述装置包括：

数据获取模块，用于获取运动精度、目标工作周期和各个所述旋转副的初始参数值；其中，所述初始参数值包括所述旋转副承受的载荷、所述旋转副的尺寸和磨损率；

第一确定模块，用于根据所述运动精度和各个所述旋转副的初始参数值，确定各个所述旋转副的初始磨损量和所述运动机构的初始外推步长；

尺寸更新模块，用于将所述初始磨损量作为当前磨损量以及将所述初始外推步长作为当前外推步长，根据每个所述旋转副的当前磨损量和所述当前外推步长对每个所述旋转副的尺寸进行一次仿真更新；

第二确定模块，用于根据更新后的每个旋转副的尺寸计算每个所述旋转副在所述运动机构的下一工作周期内的下一磨损量，并根据所述运动精度、各个所述旋转副的当前磨损量和下一磨损量，确定下一次仿真的下一外推步长；

结果输出模块，用于当所有外推步长之和达到所述目标工作周期时，将各个所述旋转副的当前总磨损量作为所述运动机构的磨损预测结果输出。

第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面或其任一种可能的实施方式所述的方法。

第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述第一方面或其任一种可能的实施方式所述方法。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例中，先获取运动精度、目标工作周期和各个旋转副的初始参数值；其中，初始参数值包括旋转副承受的载荷、旋转副的尺寸和磨损率；然后根据运动精度和各个旋转副的初始参数值，确定各个旋转副的初始磨损量和运动机构的初始外推步长；将初始磨损量作为当前磨损量以及将初始外推步长作为当前外推步长，根据每个旋转副的当前磨损量和当前外推步长对每个旋转副的尺寸进行一次仿真更新；根据更新后的每个旋转副的尺寸计算每个旋转副在运动机构的下一工作周期内的下一磨损量，并根据运动精度、各个旋转副的当前磨损量和下一磨损量，确定下一次仿真的下一外推步长；最后当所有外推步长之和达到目标工作周期时，将各个旋转副的当前总磨损量作为运动机构的磨损预测结果输出。本发明实施例提供的运动机构磨损预测方法，在确定外推步长时考虑了每个旋转副随着磨损次数的增加磨损速度的变化以及运动精度的影响，适用于包括多个旋转副的运动机构，使得预测结果更加符合实际，同时能够兼顾磨损预测的效率和精度，也即提高了磨损预测的效率和精度，提高了对包括多个旋转副的运动机构的适用性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种运动机构磨损预测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种曲柄滑块机构的结构示意图；

图3为图2的曲柄滑块机构的外推步长历程；

图4为本发明实施例提供的一种运动机构磨损预测装置的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前现有磨损仿真方法不能兼顾磨损预测的效率和精度，并且对普遍存在的于含有多个旋转副的运动机构，目前还没有一种确切的磨损仿真方法。基于此，本发明实施例提供的一种运动机构磨损预测方法，可以提高磨损预测的效率和精度，提高对包括多个旋转副的运动机构的适用性。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种运动机构磨损预测方法进行详细介绍。

实施例一：

针对含多个旋转副的运动机构进行磨损仿真时计算量巨大，采用普通外推计算方法时又无法保证计算精度的问题，本发明实施例提供了一种兼顾计算精度和计算效率的运动机构磨损预测方法，在保证计算精度的情况下，寻找最大的外推步长，同时可以根据不同的计算精度要求设计不同的外推步长。

图1为本发明实施例提供的一种运动机构磨损预测方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括以下几个步骤：

步骤S101，获取运动精度、目标工作周期和各个旋转副的初始参数值。

具体地，运动精度(计算精度)可以分为多级，例如运动精度分为三级：一级、二级和三级，不同的精度等级对应不同的运动精度结果，下面均以三级的运动精度为例进行具体说明。运动机构包括一个或多个旋转副，对运动机构的磨损预测即对各个旋转副的磨损预测，上述初始参数值包括旋转副承受的载荷、旋转副的尺寸和磨损率。

每个旋转副由衬套和销轴组成，旋转副的尺寸包括衬套的半径、销轴的半径和厚度。由于旋转副中销轴的耐磨性远高于衬套的耐磨性，相对于衬套的磨损，销轴的磨损可以忽略，因此进行磨损预测时，可以仅考虑衬套的磨损。基于此，旋转副的磨损率即为衬套的磨损率。磨损率与材料有关，如衬套的材料为锡青铜时，旋转副的磨损率为锡青铜的磨损率：8×10^-13mm³N^-1mm^-1。

步骤S102，根据上述运动精度和各个旋转副的初始参数值，确定各个旋转副的初始磨损量和运动机构的初始外推步长。

在一些可能的实施例中，步骤S102通过以下方式实现：对于每个旋转副，先根据旋转副的初始参数值，计算该旋转副的初始磨损量和初始外推参数值；其中，初始外推参数值包括在运动机构的一个工作周期内的衬套与旋转副的旋转轴的最大作用力值、衬套与销轴的接触面积以及衬套的最大变形量；然后根据上述运动精度以及各个旋转副的磨损率、初始磨损量和初始外推参数值，确定运动机构的初始外推步长。

具体地，通过多体动力学，根据旋转副的初始参数值计算该旋转副在运动机构的一个工作周期内的衬套与旋转轴的最大作用力值、衬套与销轴的接触面积以及衬套的最大变形量；通过多体动力学和磨损理论，根据旋转副的初始参数值计算该旋转副的初始磨损量。旋转副的初始磨损量和初始外推参数值的具体计算过程可以参照现有技术，这里不再赘述。

一个运动机构中含有n个旋转副，各个旋转副的编号为1、2、…n，各个旋转副的磨损率相同，则根据以下公式确定运动机构的初始外推步长L₁：

其中，α表示与运动精度对应的系数，

表示编号为i的旋转副对应的最大变形量，A_i表示编号为i的旋转副对应的接触面积，k表示各个旋转副的磨损率，F_i表示编号为i的旋转副对应的最大作用力值，ΔS_i，1表示编号为i的旋转副对应的初始磨损量，n表示旋转副的个数。α由步骤S101选择的运动精度决定，例如当选择一级精度时取0.2，二级精度时取0.4，三级精度时取0.6。

步骤S103，将初始磨损量作为当前磨损量以及将初始外推步长作为当前外推步长，根据每个旋转副的当前磨损量和当前外推步长对每个旋转副的尺寸进行一次仿真更新。

对每个旋转副的尺寸进行仿真更新，即对每个旋转副的几何轮廓进行仿真更新，当仅考虑衬套的磨损时，步骤S103具体可以为：对于每个旋转副，将当前外推步长乘以该旋转副的当前磨损量，得到当前外推步长个工作周期内该旋转副的当前仿真磨损量；根据该旋转副的当前仿真磨损量对该旋转副的衬套的半径进行一次仿真更新。

步骤S104，根据更新后的每个旋转副的尺寸计算每个旋转副在运动机构的下一工作周期内的下一磨损量，并根据运动精度、各个旋转副的当前磨损量和下一磨损量，确定下一次仿真的下一外推步长。

旋转副在一个工作周期的磨损量会随着该旋转副的磨损情况发生变化，因此旋转副的尺寸更新后需要重新计算下一个工作周期内的磨损量。

本实施例提供了一种确定下一次仿真的下一外推步长的方法，具体如下：首先，根据上述运动精度和当前外推步长确定步长递增量ΔL_j(j表示当前仿真次数，下述内容相同)；对于每个旋转副，根据运动精度和旋转副的当前磨损量确定该旋转副对应的当前临界值ε_i(i表示该旋转副的编号，下述内容相同)，并计算该旋转副的当前磨损量和下一磨损量之差的绝对值，得到该旋转副对应的当前磨损差值w_i。然后，根据各个旋转副对应的当前临界值ε_i和当前磨损差值w_i，判断当前磨损仿真是否稳定；如果稳定，将下一次仿真的下一外推步长L_j+1设置为当前外推步长L_j与步长递增量ΔL_j之和，即L_j+1＝L_j+ΔL_j；如果不稳定，将下一次仿真的下一外推步长设置为当前外推步长L_j与步长递增量ΔL_j之差，即L_j+1＝L_j-ΔL_j。

在一些可能的实施例中，步长递增量的确定可以为：一级精度时，步长递增量取当前外推步长的20％；二级精度时，步长递增量取当前外推步长的10％；三级精度时，步长递增量取当前外推步长的5％。当前临界值的确定可以为：一级精度时各旋转副的当前临界值取对应的当前磨损量的0.2％，二级精度时取对应的当前磨损量的0.5％，三级精度时取对应的当前磨损量的1％。另外，可以通过如下方式判断当前磨损仿真是否稳定：判断各个旋转副中是否存在当前磨损差值超过对应的当前临界值的旋转副；如果存在，则确定当前磨损仿真不稳定；如果不存在，则确定当前磨损仿真稳定，即如果任何一个w_i超过对应的临界值ε_i，则认为步长选择导致磨损仿真不稳定；反之则认为磨损仿真稳定。根据当前磨损仿真的稳定状态确定下一次仿真的下一外推步长之后，根据确定的下一外推步长对各个旋转副进行下一次仿真更新。

步骤S105，当所有外推步长之和达到目标工作周期时，将各个旋转副的当前总磨损量作为该运动机构的磨损预测结果输出。

当所有外推步长之和达到目标工作周期时，仿真结束，输出仿真结果(磨损预测结果)；反之则继续仿真。

本发明实施例中，先获取运动精度、目标工作周期和各个旋转副的初始参数值；其中，初始参数值包括旋转副承受的载荷、旋转副的尺寸和磨损率；然后根据运动精度和各个旋转副的初始参数值，确定各个旋转副的初始磨损量和运动机构的初始外推步长；将初始磨损量作为当前磨损量以及将初始外推步长作为当前外推步长，根据每个旋转副的当前磨损量和当前外推步长对每个旋转副的尺寸进行一次仿真更新；根据更新后的每个旋转副的尺寸计算每个旋转副在运动机构的下一工作周期内的下一磨损量，并根据运动精度、各个旋转副的当前磨损量和下一磨损量，确定下一次仿真的下一外推步长；最后当所有外推步长之和达到目标工作周期时，将各个旋转副的当前总磨损量作为运动机构的磨损预测结果输出。本发明实施例提供的运动机构磨损预测方法，在确定外推步长时考虑了每个旋转副随着磨损次数的增加磨损速度的变化以及运动精度的影响，适用于包括多个旋转副的运动机构，使得预测结果更加符合实际，同时能够兼顾磨损预测的效率和精度，也即提高了磨损预测的效率和精度，提高了对包括多个旋转副的运动机构的适用性。

为了便于对上述方法的理解，下面针对图2所示的曲柄滑块机构详细描述该方法的具体过程。如图2所示，该曲柄滑块机构中共有两个旋转副，分别为A和B，滑块承受向右的拉力F，大小为1000N。两个旋转副中衬套的半径为10mm，销轴的半径为9.94mm，销轴的厚度为5mm，衬套的材料为锡青铜，销轴的材料为不锈钢，锡青铜的磨损率为8×10^-13mm³N^-1mm^-1(即k＝8×10^-13mm³N^-1mm^-1)。根据该机构的工作特性，模拟机构工作100,000个周期后各个旋转副的磨损量(即N₀＝100000)。

步骤1：运动精度设置，设置运动精度为二级。

步骤2：该运动机构中含有2个旋转副，旋转副A和B的编号分别为1和2。通过多体动力学计算得到各旋转副在机构工作一个周期内，衬套与旋转轴作用力的最大值F₁＝458.35N和F₂＝459.94N，此时衬套和销轴的接触面积A₁＝0.0000013768mm²和A₂＝0.0000013775mm²，以及销轴和衬套的最大变形量

和

。根据多体动力学和磨损理论计算得到一个周期内衬套的磨损量ΔS_1,1＝0.00003112mm和ΔS_2,1＝0.00002731mm。第一步(步骤1)中设置运动精度为二级，因此取α＝0.4。则初始外推步长为

取初始外推步长为1500。

步骤3：外推步长乘以机构当前仿真周期的磨损量，得到L₁个周期各个旋转副的磨损量ΔT₁＝0.004665mm和ΔT₂＝0.04095mm，根据计算得到的磨损量，对各个旋转副的几何轮廓进行更新。通过多体动力学和磨损理论计算得到两个旋转副下一个仿真运动周期内的磨损量ΔS_1,2＝0.00003124mm和ΔS_2,2＝0.00002742mm。

步骤4：判断仿真是否结束。若所有外推步长之和超过机构目标工作周期N₀，则仿真结束。反之则执行步骤5。

步骤5：确定各旋转副临界值ε_i。第一步的运动精度设置为二级精度，因而二级精度时取上一个磨损周期磨损量的0.5％，两个旋转副在该周期的临界值ε₁＝0.00000016mm，ε₂＝0.00000014mm。

步骤6：稳定性检查。计算得到两个旋转副中两次仿真对应磨损量之差的绝对值w₁＝0.00000012，w₂＝0.00000011。将w₁和w₂的值分别与步骤5计算的ε₁和ε₂进行对比，两次仿真对应磨损量之差的绝对值均未超过临界值，可以认为仿真是稳定的。

步骤7：步长递增量ΔL₁选择。第一步选择的是二级精度，因而递增量取当前外推步长的10％，即ΔL₁＝150。

步骤8：外推步长设置。根据第5步的检查结果为稳定，因而下一外推步长设置为L₂＝L₁+ΔL₁＝1650。然后执行步骤3。

经过33次仿真后，外推步长之和超过100,000，仿真结束，得到如图3所示的33次仿真对应的外推步长历程。

实施例二：

图4为本发明实施例提供的一种运动机构磨损预测装置的结构示意图，该运动机构包括一个或多个旋转副，如图4所示，该装置包括：

数据获取模块41，用于获取运动精度、目标工作周期和各个旋转副的初始参数值；其中，初始参数值包括旋转副承受的载荷、旋转副的尺寸和磨损率；

第一确定模块42，用于根据运动精度和各个旋转副的初始参数值，确定各个旋转副的初始磨损量和运动机构的初始外推步长；

尺寸更新模块43，用于将初始磨损量作为当前磨损量以及将初始外推步长作为当前外推步长，根据每个旋转副的当前磨损量和当前外推步长对每个旋转副的尺寸进行一次仿真更新；

第二确定模块44，用于根据更新后的每个旋转副的尺寸计算每个旋转副在运动机构的下一工作周期内的下一磨损量，并根据运动精度、各个旋转副的当前磨损量和下一磨损量，确定下一次仿真的下一外推步长；

结果输出模块45，用于当所有外推步长之和达到目标工作周期时，将各个旋转副的当前总磨损量作为运动机构的磨损预测结果输出。

在一些可能的实施例中，每个旋转副包括衬套和销轴，旋转副的尺寸包括衬套的半径、销轴的半径和厚度；上述第一确定模块42具体用于：对于每个旋转副，根据旋转副的初始参数值，计算该旋转副的初始磨损量和初始外推参数值；其中，初始外推参数值包括在运动机构的一个工作周期内的衬套与旋转副的旋转轴的最大作用力值、衬套与销轴的接触面积以及衬套的最大变形量；根据运动精度以及各个旋转副的磨损率、初始磨损量和初始外推参数值，确定运动机构的初始外推步长。

在一些可能的实施例中，上述尺寸更新模块43具体用于：对于每个旋转副，将当前外推步长乘以旋转副的当前磨损量，得到当前外推步长个工作周期内该旋转副的当前仿真磨损量；根据旋转副的当前仿真磨损量对旋转副的衬套的半径进行一次仿真更新。

在一些可能的实施例中，上述第二确定模块44具体用于：根据运动精度和当前外推步长确定步长递增量；对于每个旋转副，根据运动精度和旋转副的当前磨损量确定该旋转副对应的当前临界值，并计算旋转副的当前磨损量和下一磨损量之差的绝对值，得到旋转副对应的当前磨损差值；根据各个旋转副对应的当前临界值和当前磨损差值，判断当前磨损仿真是否稳定；如果稳定，将下一次仿真的下一外推步长设置为当前外推步长与步长递增量之和；如果不稳定，将下一次仿真的下一外推步长设置为当前外推步长与步长递增量之差。

本发明实施例中，先获取运动精度、目标工作周期和各个旋转副的初始参数值；其中，初始参数值包括旋转副承受的载荷、旋转副的尺寸和磨损率；然后根据运动精度和各个旋转副的初始参数值，确定各个旋转副的初始磨损量和运动机构的初始外推步长；将初始磨损量作为当前磨损量以及将初始外推步长作为当前外推步长，根据每个旋转副的当前磨损量和当前外推步长对每个旋转副的尺寸进行一次仿真更新；根据更新后的每个旋转副的尺寸计算每个旋转副在运动机构的下一工作周期内的下一磨损量，并根据运动精度、各个旋转副的当前磨损量和下一磨损量，确定下一次仿真的下一外推步长；最后当所有外推步长之和达到目标工作周期时，将各个旋转副的当前总磨损量作为运动机构的磨损预测结果输出。本发明实施例提供的运动机构磨损预测装置，在确定外推步长时考虑了每个旋转副随着磨损次数的增加磨损速度的变化以及运动精度的影响，适用于包括多个旋转副的运动机构，使得预测结果更加符合实际，同时能够兼顾磨损预测的效率和精度，也即提高了磨损预测的效率和精度，提高了对包括多个旋转副的运动机构的适用性。

实施例三：

参见图5，本发明实施例还提供一种电子设备100，包括：处理器50，存储器51，总线52和通信接口53，所述处理器50、通信接口53和存储器51通过总线52连接；处理器50用于执行存储器51中存储的可执行模块，例如计算机程序。

其中，存储器51可能包含高速随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口53(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。

总线52可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

其中，存储器51用于存储程序，所述处理器50在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器50中，或者由处理器50实现。

处理器50可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器50中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器50可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器51，处理器50读取存储器51中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。

本发明实施例提供的运动机构磨损预测装置及电子设备，与上述实施例提供的运动机构磨损预测方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置及电子设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本发明实施例所提供的进行运动机构磨损预测方法的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种运动机构磨损预测方法，其特征在于，所述运动机构包括旋转副；所述方法包括：

获取运动精度、目标工作周期和各个所述旋转副的初始参数值；其中，所述初始参数值包括所述旋转副承受的载荷、所述旋转副的尺寸和磨损率；

根据所述运动精度和各个所述旋转副的初始参数值，确定各个所述旋转副的初始磨损量和所述运动机构的初始外推步长；

将所述初始磨损量作为当前磨损量以及将所述初始外推步长作为当前外推步长，根据每个所述旋转副的当前磨损量和所述当前外推步长对每个所述旋转副的尺寸进行一次仿真更新；

根据更新后的每个旋转副的尺寸计算每个所述旋转副在所述运动机构的下一工作周期内的下一磨损量，并根据所述运动精度、各个所述旋转副的当前磨损量和下一磨损量，确定下一次仿真的下一外推步长；

当所有外推步长之和达到所述目标工作周期时，将各个所述旋转副的当前总磨损量作为所述运动机构的磨损预测结果输出；

每个所述旋转副包括衬套和销轴，所述旋转副的尺寸包括所述衬套的半径、所述销轴的半径和厚度；所述根据所述运动精度和各个所述旋转副的初始参数值，确定各个所述旋转副的初始磨损量和所述运动机构的初始外推步长，包括：

对于每个所述旋转副，根据所述旋转副的初始参数值，计算所述旋转副的初始磨损量和初始外推参数值；其中，所述初始外推参数值包括在所述运动机构的一个工作周期内的所述衬套与所述旋转副的旋转轴的最大作用力值、所述衬套与所述销轴的接触面积以及所述衬套的最大变形量；

根据所述运动精度以及各个所述旋转副的磨损率、初始磨损量和初始外推参数值，确定所述运动机构的初始外推步长；

所述根据所述运动精度以及各个所述旋转副的磨损率、初始磨损量和初始外推参数值，确定所述运动机构的初始外推步长，包括：

根据以下公式确定所述运动机构的初始外推步长L₁：

其中，α表示与所述运动精度对应的系数，

表示编号为i的旋转副对应的最大变形量，A_i表示编号为i的旋转副对应的接触面积，k表示各个所述旋转副的磨损率，F_i表示编号为i的旋转副对应的最大作用力值，ΔS_i,1表示编号为i的旋转副对应的初始磨损量，n表示旋转副的个数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述旋转副的初始参数值，计算所述旋转副的初始磨损量和初始外推参数值，包括：

通过多体动力学，根据所述旋转副的初始参数值计算所述旋转副在所述运动机构的一个工作周期内的所述衬套与所述旋转副的旋转轴的最大作用力值、所述衬套与所述销轴的接触面积以及所述衬套的最大变形量；

通过多体动力学和磨损理论，根据所述旋转副的初始参数值计算所述旋转副的初始磨损量。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据每个所述旋转副的当前磨损量和所述当前外推步长对每个所述旋转副的尺寸进行一次仿真更新，包括：

对于每个所述旋转副，将所述当前外推步长乘以所述旋转副的当前磨损量，得到所述当前外推步长个工作周期内所述旋转副的当前仿真磨损量；

根据所述旋转副的当前仿真磨损量对所述旋转副的衬套的半径进行一次仿真更新。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述运动精度、各个所述旋转副的当前磨损量和下一磨损量，确定下一次仿真的下一外推步长，包括：

根据所述运动精度和所述当前外推步长确定步长递增量；对于每个所述旋转副，根据所述运动精度和所述旋转副的当前磨损量确定所述旋转副对应的当前临界值，并计算所述旋转副的当前磨损量和下一磨损量之差的绝对值，得到所述旋转副对应的当前磨损差值；

根据各个所述旋转副对应的当前临界值和当前磨损差值，判断当前磨损仿真是否稳定；

如果稳定，将下一次仿真的下一外推步长设置为所述当前外推步长与所述步长递增量之和；

如果不稳定，将下一次仿真的下一外推步长设置为所述当前外推步长与所述步长递增量之差。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据各个所述旋转副对应的当前临界值和当前磨损差值，判断当前磨损仿真是否稳定，包括：

判断各个所述旋转副中是否存在当前磨损差值超过对应的当前临界值的旋转副；

如果存在，则确定当前磨损仿真不稳定；

如果不存在，则确定当前磨损仿真稳定。

6.一种运动机构磨损预测装置，其特征在于，所述运动机构包括旋转副；所述装置包括：

数据获取模块，用于获取运动精度、目标工作周期和各个所述旋转副的初始参数值；其中，所述初始参数值包括所述旋转副承受的载荷、所述旋转副的尺寸和磨损率；

第一确定模块，用于根据所述运动精度和各个所述旋转副的初始参数值，确定各个所述旋转副的初始磨损量和所述运动机构的初始外推步长；

尺寸更新模块，用于将所述初始磨损量作为当前磨损量以及将所述初始外推步长作为当前外推步长，根据每个所述旋转副的当前磨损量和所述当前外推步长对每个所述旋转副的尺寸进行一次仿真更新；

第二确定模块，用于根据更新后的每个旋转副的尺寸计算每个所述旋转副在所述运动机构的下一工作周期内的下一磨损量，并根据所述运动精度、各个所述旋转副的当前磨损量和下一磨损量，确定下一次仿真的下一外推步长；

结果输出模块，用于当所有外推步长之和达到所述目标工作周期时，将各个所述旋转副的当前总磨损量作为所述运动机构的磨损预测结果输出；

每个所述旋转副包括衬套和销轴，所述旋转副的尺寸包括所述衬套的半径、所述销轴的半径和厚度；所述第一确定模块具体用于：对于每个所述旋转副，根据所述旋转副的初始参数值，计算所述旋转副的初始磨损量和初始外推参数值；其中，所述初始外推参数值包括在所述运动机构的一个工作周期内的所述衬套与所述旋转副的旋转轴的最大作用力值、所述衬套与所述销轴的接触面积以及所述衬套的最大变形量；根据所述运动精度以及各个所述旋转副的磨损率、初始磨损量和初始外推参数值，确定所述运动机构的初始外推步长；

所述第一确定模块还用于：根据以下公式确定所述运动机构的初始外推步长L₁：

其中，α表示与所述运动精度对应的系数，

表示编号为i的旋转副对应的最大变形量，A_i表示编号为i的旋转副对应的接触面积，k表示各个所述旋转副的磨损率，F_i表示编号为i的旋转副对应的最大作用力值，ΔS_i,1表示编号为i的旋转副对应的初始磨损量，n表示旋转副的个数。

7.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1-5中任一项所述的方法。

8.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1-5中任一所述方法。

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