[发明专利]一种高铁轴承概率疲劳可靠性评估方法

说明书

本发明公开了一种高铁轴承概率疲劳可靠性评估方法，针对L₁₀寿命公式修正复杂，本发明的方法首先对材料的分散性和载荷的随机性进行量化，基于数论选点方法选出随机因素代表点；其次根据选出的代表点，建立高铁轴承的三维有限元仿真模型，进一步分析随机因素影响下轴承的接触应力，并建立最大接触应力的BP神经网络代理模型；然后通过载荷谱编制和材料的S‑N曲线，运用有限元仿真方法分析轴承的疲劳寿命，进一步根据疲劳损伤累积原理计算轴承的累积损伤和小于临界损伤的可靠性，为高精度、高效率的刻画高铁轴承的失效物理和疲劳寿命评估提供一种有效方法。

技术领域

本发明属于机械零件可靠性领域，具体涉及一种高铁轴承概率疲劳可靠性评估方法。

背景技术

目前，中国己经成为全世界高铁里程数、行驶速度及通车量最高的国家。作为高铁的基础关键零配件，轴承的国产化是我国高铁技术必须解决的关键问题。高铁主传动箱轴承在运行过程中承受高转速、随机载荷、强冲击作用，失效物理复杂。国际标准ISO《滚动轴承额定动载荷和额定寿命》中的L₁₀寿命是在规定条件下进行的试验及计算。在轴承的具体运行中由于随机偏心负荷、安装不当、材料性能分散性等因素的影响需对L₁₀寿命公式进行修正。高铁滚动轴承疲劳点蚀的失效机理为交变接触应力持续作用下，滚动体或滚道的局部表层金属脱落，使轴承产生振动和噪声而失效。基于疲劳损伤累积原理从轴承的失效机理出发描述轴承失效物理可为轴承研发过程中样品性能测试和可靠性评估提供数据基础和技术支持。但是由于制造误差、材料性能分散性和载荷的随机性，其疲劳寿命具有分散性，导致按固定值评估和预测轴承寿命误差偏大。

发明内容

针对L₁₀寿命公式修正复杂，基于疲劳损伤累积原理未考虑载荷随机性和材料分散性，本发明提出了一种高铁轴承概率疲劳可靠性评估方法。

本发明的技术方案是：一种高铁轴承概率疲劳可靠性评估方法，包括以下步骤：

S1、量化高铁轴承材料的分散性、随机工况，确定主要失效模式及失效机理；

S2、根据步骤S1量化的高铁轴承材料和随机工况的不确定性信息，计算轴承承受的随机径向力和轴向力，选出随机因素代表点；

S3、依据步骤S2选出的随机因素代表点，建立高铁轴承的有限元模型，进行静力学分析，分析各随机因素代表点处的最大接触应力。

S4、根据步骤S3中各随机因素代表点处的最大接触应力，建立随机因素下最大接触应力的神经网络代理模型。

S5、采用雨流计数法编制载荷谱，根据材料的S-N曲线，运用有限元仿真方法分析各应力水平下的疲劳寿命。

S6、根据步骤S5中各应力水平下的疲劳寿命，建立高铁轴承的S-N曲线，计算各个工况下的疲劳寿命及概率分布并计算累计损伤概率分布及其参数；

S7、计算临界累积损伤概率分布及参数，进一步计算达到临界损伤的可靠度。

进一步的，步骤S2具体基于数论选点方法选出随机因素代表点。

进一步的，步骤S4所述的建立随机因素下轴承最大接触应力的BP神经网络代理模型。

进一步的，步骤S5具体采用雨流计数法编制载荷谱。

更进一步的，所述步骤S2具体包括以下分步骤：

S21、根据步骤S1量化的高铁轴承材料和随机工况的不确定性信息，计算轴承承受的随机径向力和轴向力；

S22、在标准独立空间内，借助格子点(Good Lattice Point，GLP)集合获得S维的生成矢量(N,h₁,h₂,...,h_S)，进一步由式(1)得到单位超立方体[0 1]^S内的点集：