[发明专利]一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测方法及装置

说明书

本发明公开了一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测方法及装置，包括：S1：获取待预测主轴轴承的实时振动数据，并对轴承实时振动数据进行预处理，得到轴承实时振动数据对应的轴承包络信号；S2：基于所述轴承包络信号获取对应的高阶原点矩和广义幂均值，构造轴承包络信号的广义高阶矩系数；S3：采用移动平均法对不同参数组合下的广义高阶矩系数和对比指标进行拟合，获得用于描述轴承退化趋势的拟合曲线等步骤；本发明结合最优的广义高阶矩系数和改进的巴黎裂纹扩展理论构造的剩余寿命预测模型，不仅能够稳定的预测轴承的剩余寿命且具有更小的预测误差。

技术领域

本发明涉及轴承寿命预测技术领域，更具体的说是涉及一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测方法及装置。

背景技术

目前，通常制造装备运行过程中产生的数据能够反映出对应时刻机床的健康状态，而轴承的损伤是导致制造装备故障的主要原因之一。因此，对制造装备主轴轴承进行实时的健康状态监控和性能退化评估是制造装备智能运维与健康管理的重要内容。进一步的，基于性能评价指标的轴承剩余寿命预测更具有极高的经济价值。

但是，现有技术中通常通过建立预测模型进而预测当前阶段轴承的剩余寿命，如中国发明专利(CN 105653851A)公开了一种基于分阶段物理模型及粒子滤波的滚动轴承剩余寿命预测方法，采用主成分分析法对包含时域和时频域特征的高维特征集进行降维，并根据迭代更新轴承性能变化状况预测剩余寿命分段物理预测模型，该方法虽然能够预测当前阶段轴承的剩余寿命，但该方法在轴承故障报警阈值的确定上依赖于经验确定且当轴承退化过程出现局部波动时将会影响模型参数更新，导致预测不够准确，难以保证预测结果的可靠性。

因此，如何提供一种能够解决上述问题的制造装备主轴轴承退化评价方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测方法及装置，基于广义幂均值和高阶原点矩构造的广义高阶矩系数不仅能够准确跟踪轴承的性能退化过程且具有更高的单调性、相关性和鲁棒性。此外，结合优选的广义高阶矩系数和改进的巴黎裂纹扩展理论构造的剩余寿命预测模型不仅能够稳定的预测轴承的剩余寿命且具有更小的预测误差。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种主轴轴承健康状态评估及剩余寿命预测方法，包括：

S1：获取待预测主轴轴承的实时振动数据，并对轴承实时振动数据进行预处理，得到轴承实时振动数据对应的轴承包络信号；

S2：基于所述轴承包络信号获取对应的高阶原点矩和广义幂均值，构造轴承包络信号的广义高阶矩系数；

S3：采用移动平均法对不同参数组合下的广义高阶矩系数和对比指标进行拟合，获得用于描述轴承退化趋势的拟合曲线；

S4：获取在不同参数组合下的广义高阶矩系数的一致性、单调性及鲁棒性指标，对所述一致性、单调性及鲁棒性指标进行权重分配以确定最优的广义高阶矩系数及参数组合，通过最优的广义高阶矩系数来评估轴承的健康状态；

S5：基于改进巴黎裂纹扩展理论方法构造待预测主轴轴承的剩余有用寿命模型。

优选的，所述步骤S5中，剩余有用寿命模型具体表达式如式(1)所示：

式中，t_ini其中表示待预测主轴轴承产生初始故障的时刻，z_th表示待预测主轴轴承最终失效的阈值，模型参数D₁和D₂由同工况条件下的轴承历史退化数据获得。

优选的，所述步骤S3中：广义幂均值和高阶原点矩分别如式(2)和式(3)所示：