滚动轴承寿命预测综述

滚动轴承的寿命计算

1 基本额定寿命和基本额定动载荷

轴承中任一元件出现疲劳点蚀前的总转数或一定转速下工作的小时数称为轴承寿命。大量实验证明，在一批轴承中结构尺寸、材料及热处理、加工方法、使用条件完全相同的轴承寿命是相当离散的（图1是一组20套轴承寿命实验的结果），最长寿命是最短寿命的数十倍。对一具体轴承很难确切预知其寿命，但对一批轴承用数理统计方法可以求出其寿命概率分布规律。轴承的寿命不能以一批中最长或最短的寿命做基准，标准中规定对于一般使用的机器，以90%的轴承不发生破坏的寿命作为基准。

（1）基本额定寿命 一批相同的轴承中90%的轴承在疲劳点蚀前能够达到或超过的总转数rL（610转为单位）或在一定转速下工作的小时数()hhL。

图1 轴承寿命试验结果

可靠度要求超过90%，或改变轴承材料性能和运转条件时，可以对基本额定寿命进行修正。

（2）基本额定动载荷 滚动轴承标准中规定，基本额定寿命为一百万转时，轴承所能承受的载荷称为基本额定动载荷，用字母C表示，即在基本额定动载荷作用下，轴承可以工作一百万转而不发生点蚀失效的概率为90%。基本额定动载荷是衡量轴承抵抗点蚀能力的一个表征值，其值越大，轴承抗疲劳点蚀能力越强。基本额定动载荷又有径向基本额定动载荷（rC）和轴向基本额定动载荷（aC）之分。径向基本动载荷对向心轴承（角接触轴承除外）是指径向载荷，对角接触轴承指轴承套圈间产生相对径向位移的载荷的径向分量。对推力轴承指中心轴向载荷。

轴承的基本额定动载荷的大小与轴承的类型、结构、尺寸大小及材料等有关，可以从手册或轴承产品样本中直接查出数值。

2 当量动载荷

轴承的基本额定动载荷C（rC和aC）是在一定条件下确定的。对同时承受径向载荷和轴向载荷作用的轴承进行寿命计算时，需要把实际载荷折算为与基本额定动载荷条件相一致的一种假想载荷，此假想载荷称为当量动载荷，用字母P表示。

当量动载荷P的计算方法如下：

上 海 工 程 技 术 大 学 学 报

JOURNAL OF SHANGHAI UNIVERSITY OF ENGINEERING SCIENCEVol

33 No

4

Dec4

#019第

33 卷第

4 期

#019 年

1#月

文章编号

：1009 - 444X(2019)04- 0334- 05

基于RVM

和WPHM

的滚动轴承剩余寿命预测

范强飞

〔，廖爱华

】，丁亚琦

2

21.上海工程技术大学城市轨道交通学院

，上海

201620；

2.上海地铁维护保障有限公司车辆分公司,上海

200235)

摘要

：针对在直接预测传统滚动轴承剩余寿命中呈现出精度不高及预测结果无法体现个体差异性

的问题，提出一种基于相关向量机(RVM)和威布尔比例故障率模型(WPHM)的滚动轴承剩余寿命

预测方法，采用Cincinnati大学滚动轴承全寿命实验数据进行仿真实验，计算结果表明提出的预测

方法能实现对滚动轴承剩余寿命的预测，预测趋势与实际情况相符程度高，有较好的预测结果，具

有一定的应用价值.

关键词

：滚动轴承

；相关向量机

；威布尔比例故障率模型

；剩余寿命

中图分类号

：th

133.33 文献标志码

：A

Remaining Useful Life Prediction of Rolling Bearing

Based on RVM and WPHM

FAN Qiangfei ,

LIAOAhua' ,

DING Yaqi2

21. School of Urban Rail Transportation, Shanghai University of Engineering Science, Shanghai 201620, China；

# TheVehicleRranch$

ShanghaiMetro MaintenanceGuaranteeCo $

Ltd $

Shanghai

#00#35$

China)

Abstract

：Aimingattheproblemthattheaccuracyoftraditionalro

滚动轴承寿命预测BP神经网络程序

Clear;

Clc;

%载入数据

data=load('1-1.csv');

data_train=data(1:112,:);

data_test=data(113:302,:);

input_train=data_train(:,1:6)';

output_train=data_train(:,7)';

input_test=data_test(:,1:6)';

output_test=data_test(:,7)';

%数据归一化处理

[inputn,inputps]=mapminmax(input_train);

inputps.ymin=0;

[inputn,inputps]=mapminmax(input_train,inputps);

[outputn,outputps]=mapminmax(output_train);

outputps.ymin=0;

[outputn,outputps]=mapminmax(output_train,outputps);

%构建BP神经网络

net=newff(inputn,outputn,13,{'logsig','purelin'},'trainlm');

net.trainParam.epochs=1000;

net.trainParam.lr=0.01;

net.trainParam.goal=0.001;

net.trainParam.max_fail=5;

%训练并仿真

net=train(net,inputn,outputn);

inputn_test=mapminmax('apply',input_test,inputps);

an=sim(net,inputn_test);

BPoutput=mapminmax('reverse',an,outputps);

error=output_test-BPoutput;

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简析滚动轴承的疲劳寿命

轴承疲劳寿命是指，在一定技术状态下的滚动轴承，在主机的实际使用状态下运转，直至滚动表面发生疲劳剥落而不能满足主机要求时的轴承内，外圈（轴、座圈）相对旋转次数的总值总转数。当轴承转速大致恒定或已成为已知，疲劳寿命可用与总转数相应的运转总小时数来表示，此外，还应注意：

1)、影响滚动轴承疲劳寿命的因素非常多，无法全部加以估计或通过标准试验条件而加以消除，这造成轴承实际疲劳寿命有很大的离散性，因此轴承疲劳寿命的计算与试验是以数理统计学和概率论为基础的。最常用的滚动轴承疲劳寿命的表达参数为额定寿命L10，在ISO推荐标准R281中L10的涵义明确规定如下：“数量上足够多的相同的一批轴承，其额定寿命L10用转数（或在转速不变时用小时数）来表示，改批轴承中有90%在疲劳剥落发生前能达到或超过此转数（或小时数）”。迄今为止，世界各国都遵从上述规定。

在美国等一些国家中，还采用中值寿命的概念。中值寿命Lm是指一批相同轴承的中值寿命，即指其中50%的轴承在疲劳剥落前能够达到或超过的总转数，或在一定转速下的工作小时数。中值寿命Lm，不是一批轴承寿命的算术平均值。一般中值寿命Lm是额定寿命的5倍左右。

2)、额定寿命的概念值使用于数量足够的一批滚动轴承，而不适用于个别滚动轴承。例如有40套6204轴承按其使用条件算的其额寿命为1000h，其实际意义是在这批轴承中大体上可能有90%，即36套的实际运转寿命将超过1000h即出现疲劳，但不能个别地指出究竟是哪只轴承的疲劳寿命将低于1000h。事实上，由于轴承设计、制造、材质以及应用技术的不断进步，一些厂家轴承产品的实际使用寿命大多略高于甚至成倍地高于按标准方法计算出的额定寿命。

3)、对于实际使用中并非由于疲劳失效的轴承，额定疲劳寿命的意义就代表这批滚动轴承在正常发挥其材料潜力时可期望的寿命。因此在大多数情况下，用户在选择滚动轴承时仍先作疲劳寿命计算，再根据实际失效类别进行校核，例如磨损寿命校核，取计算结果中较小值为滚动轴承计算寿命。