[发明专利]一种基于应力-强度干涉模型的滚动轴承可靠性设计方法

说明书

本发明提供一种基于应力‑强度干涉模型的滚动轴承可靠性设计方法，本发明考虑滚动轴承的动力学行为，将载荷处理为随机过程，基于应力‑强度干涉模型，将可靠性指标转化为滚动轴承当量动载荷许用范围，再根据当量动载荷许用范围的合理取值，结合轴承设计公式，对轴承参数进行优化，从而达到该工况下满足目标寿命和可靠度的要求。动态可靠性强调机械产品的运行演变是动态行为，损伤会影响机械产品的动力学特性，动力学行为必然影响机械产品的可靠性或失效率。考虑滚动轴承的动态特性可以使得滚动轴承动态可靠性设计更加准确，优化更加有效。

技术领域

本发明属于滚动轴承可靠性设计领域，具体涉及一种基于应力-强度干涉模型的滚动轴承可靠性设计方法。

背景技术

滚动轴承是重要的机械基础件，广泛应用于国民经济和国防事业的各个领域。滚动轴承的运行状态直接影响机械设备的整机性能及寿命，是决定机械设备安全可靠运行的关键部件之一。滚动轴承在可靠性应用技术领域一直处于重要位置，是机械可靠性设计的典型产品。

滚动轴承可靠性设计主要关注于结构可靠性设计，通常采用定量可靠性设计，所用方法为概率设计法，设计参数(或变量)以疲劳寿命为准则，可靠性度量指标一般只涉及可靠度。滚动轴承是最早采用可靠性设计的机械产品之一。例如:Stribeck早在1901年就提出了轴承载荷容量计算方法及无限寿命的概念；Palmgren于1924年又将载荷容量与轴承总转速结合起来，直接包含了轴承寿命的概念；Lundberg和Palmgren于1947年给出了额定寿命(可靠度为90％的寿命)和基本额定动载荷计算方法，于1962年被纳入ISO国际标准并沿用至今。滚动轴承的常规设计就是可靠性设计。在许多国家的国家标准中，特别是在ISO国际标准中确定了轴承额定动载荷与额定寿命的定义和计算方法，将其规范化而成为通用准则，因此，与其他机械设计将可靠性设计视为特殊设计、高级设计、新型设计、现代先进设计等不同，轴承的常规设计、传统设计就是可靠性设计。按照标准规定的方法进行特定可靠度的额定寿命或更高可靠度的修正寿命的计算与校核，是轴承设计中不可或缺的重要内容。

经典的可靠性设计理论未能考虑机械产品的动力学行为，为了弥补这种缺失必须开展动态可靠性研究。强调机械产品中所包含的动态特性(如：振动频率、输出响应、能量传递等)。由于机械产品的特性及参数(如：强度、应力、物理变量、几何尺寸等)具有固有的随机性，同时机械产品运行是典型的动态过程，载荷、工况、应力等工作环境及参数都是随时间变化的随机变量，必须将其处理为随机过程。

发明内容

为了克服上述现有方法的缺点，本发明的目的在于提供一种基于应力-强度干涉模型的滚动轴承动态可靠性设计方法，其考虑轴承的动力学行为，再结合轴承设计公式，对滚动轴承进行可靠性设计。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于应力-强度干涉模型的滚动轴承动态可靠性设计方法，包括以下步骤：

步骤1，对任一需要设计的轴承，根据目标寿命L_n，目标可靠度S，额定动载荷C_r，利用轴承设计公式可计算出当量动载荷P₀；

步骤2，对一实际工况，根据轴承实际施加载荷的加载范围，将轴承的外部施加载荷和轴承的当量动载荷都处理为随机过程，对应分布为正态分布-正态分布或对数正态分布-对数正态分布，计算得到当量动载荷许用范围[P]；

步骤3，根据步骤1和步骤2得到的当量动载荷计算值P₀和当量动载荷许用范围[P]，进行比较，若P₀在许用范围[P]中，则该轴承在当前工况下能够达到目标寿命及可靠度，无需优化；若P₀不在许用范围[P]中，则需要优化，并跳转至步骤4；