一种基于滚道温度的滚动轴承稳定性分析系统和方法

本发明涉及轴承，特别涉及一种基于滚道温度的滚动轴承稳定性分析系统和方法。

背景技术：

1、滚动轴承是将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩擦损失的一种精密机械元件。中国是世界上最早发明滚动轴承的国家之一，随着机械行业的发展，对滚动轴承耐磨、耐蚀、抗疲劳性能等提出了更高要求。而其中轴承旋转时内部摩擦导致轴承滚道温度发生变化，将对轴承的性能产生较大的影响。

2、在滚动轴承运转过程中，由于滚动体与滚道等处的摩擦，使轴承套圈的温度高于相邻零件的温度，从而引起轴承内圈膨胀，与中间轴的配合变松；外圈由于滚道温度的升高，使之产生膨胀与轴承座的配合更紧，所以滚道温度的升高，会降低轴承的旋转精度，同时对轴承的承载能力产生影响。因此，提前获取滚动轴承内部摩擦引起的温度变化情况，进而获取轴承稳定性信息，预先对轴承进行润滑和冷却，可以提高轴承的工作效率和延长使用寿命。

3、目前，滚道温度的测量方法多采用超声和温度耦合的方式或者通过温度在轴承内部传递的映射关系反推出滚道的最高温度。这种方式测量的温度精度较低，且距离真实的温度源有一定距离，不能全面反映轴承温度的信息，且温度的传递函数在不同材质的轴承上有一定的变化，因此传统的测试方法通用性较低。所以亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

技术实现思路

1、针对现有技术中滚道温度测量精度和通用性较低的技术问题，本发明提出一种基于滚道温度的滚动轴承稳定性分析系统和方法，通过在轴承外圈布置热电偶获取对应位置的温度变化情况，计算该测点温度相应的稳定系数，对比阈值进行稳定性故障预警，提高测量精度和通用性。

2、为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种基于滚道温度的滚动轴承稳定性分析系统，包括：

4、热电偶，用于获取被测点的热电势；

5、温度采集单元，用于根据热电势转换为对应的温度数据；

6、温度样本划分单元，用于根据温度数据划分温度样本；

7、模糊等价关系函数构建单元，用于构建模糊等价关系函数并计算温度样本之间的模糊等价关系矩阵；

8、温度系数计算单元，用于根据温度样本之间的模糊等价关系矩阵计算轴承的温度系数；

9、预警单元，用于根据温度系数和预设阈值的比较结果输出报警。

10、优选地，所述热电偶均匀设置在滚动轴承外圈的被测点。

11、优选地，所述温度数据为txy，x表示滚动轴承轴向方向，y表示滚动轴承径向方向。

12、本发明还提供一种基于滚道温度的滚动轴承稳定性分析方法，具体包括以下步骤：

13、s1：获取每个被测点的热电势，并将其转换为对应的温度数据txy，x＝1、2、3，表示滚动轴承轴向方向，y＝1、2、…、m，表示滚动轴承径向方向；

14、s2：将预设时间段内的温度数据分为m个温度样本，构建温度集合w＝{w1,w1,...,wm}，wm表示第m个温度样本，wm＝{t1m,t2m,t3m}，t1m表示第m个被测点第一轴向方向的温度数据，t2m表示第m个被测点第二轴向方向的温度数据，t3m表示第m个被测点第三轴向方向的温度数据；

15、s3：基于s2中温度集合w构建模糊等价关系函数，输出温度样本之间的模糊等价关系矩阵；

16、s4：根据温度样本之间的模糊等价关系矩阵计算轴承的稳定系数，再将温度系数与预设阈值进行比较，若稳定系数大于预设阈值则表示轴承稳定性好；若稳定系数小于或等于预设阈值则发出报警信息。

17、优选地，所述s3包括以下步骤：

18、s3-1：获取每个被测点的多组原始温度值，构建原始矩阵；

19、s3-2：利用极差变换公式对原始数据矩阵进行处理得到第一矩阵，极差变换公式为以下公式：

20、

21、公式(2)中，x'表示原始温度值经过变化后的极差值；x表示原始温度值；xmin表示原始温度值中的最小值；xmax表示原始温度值中的最大值；

22、s3-3：采用公式(3)对第一矩阵进行处理，构建模糊相似矩阵r：

23、

24、公式(3)的含义是：第i行与第j行对应元素取最小值后的和除以第i行与第j行对应元素取最大值后的和得到第i行和第j行数据的相似度，即模糊等价关系αij；αii表示第i行和第i行数据的相似度；αij表示第i行和第j行数据的相似度，即模糊等价关系；xik表示第i行的第k个数据；xjk表示第j行的第k个数据；k表示列数；

25、s3-4：对模糊相似矩阵r进行模糊计算，得到模糊等价关系矩阵ra。

26、优选地，所述s3-4包括：

27、a1：输入r，进行模糊计算，即r2＝r○r，判断r2是否和r相等，若是则输出r，若否则进入a2；

28、运算符“○”为矩阵的模糊运算m(∧，∨)，“∨”表示“或”运算取最大，“∧”表示“与”运算取最小；

29、a2：再次对r2进行模糊计算，即r4＝r2○r2，判断r4是否和r2相等，若是则输出r2，若否则进入a3；

30、a3：重复a1和a2，直到r2a和ra相等，输出ra，ra即为模糊等价关系矩阵，a＝1，2，....，a表示模糊计算的次数。

31、优选地，所述模糊等价关系矩阵为：

32、

33、公式(4)中，αnm表示第n个温度样本与第m个温度样本的模糊等价关系，n≤m，即wn和wm的符合程度；αnm接近1，说明这两个温度样本符合程度高，变异程度低；αnm接近0，说明这两个温度样本符合程度低，变异程度高；αnm＝1，说明这两个温度样本完全一样；αnm＝0，说明这两个温度样本毫不相干。

34、优选地，所述s4中，轴承的稳定系数公式为：

35、

36、公式(5)中，ε表示稳定系数，ε∈[0,1]；m表示温度样本的数量；αi,i+j表示第i个温度样本与第i+j个温度样本的模糊等价关系，j＝1,2,…,m-1；

37、若稳定系数ε大于预设阈值γ，则表示轴承稳定性好；若稳定系数ε小于或等于预设阈值γ，则表示轴承稳定性较差，发出报警信息。

38、优选地，还包括s5：根据稳定系数判断故障信息，包括轴向故障和径向故障；

39、轴承上设置有m个被测点，即m个径向方向，且每个被测点均有三个轴向方向上的稳定系数，则稳定系数矩阵为：

40、

41、其中，表示第m个被测点第一轴向的稳定系数；表示第m个被测点第二轴向的稳定系数；表示第m个被测点第三轴向的稳定系数；

42、若被测点在轴向方向上的稳定系数和小于第一预设值，则表明轴向方向上该测点方向受力严重；若被测点在径向方向上的稳定系数和小于第二预设值，则表明被测点径向向方向上该测点方向受力严重。

43、优选地，被测点在第一轴向方向上的稳定系数和为：

44、

45、公式(6)中，表示所有被测点在第一轴向方向上的稳定系数和；表示第m个被测点第一轴向方向上的稳定系数；

46、所有被测点在第二轴向方向上的稳定系数为：

47、

48、公式(7)中，表示所有被测点在第二轴向方向上的稳定系数和；表示第m个被测点第二轴向方向上的稳定系数；

49、所有被测点在第三轴向方向上的稳定系数为：

50、

51、公式(6)中，表示所有被测点在第三轴向方向上的稳定系数和；表示第m个被测点第三轴向方向上的稳定系数；

52、被测点在径向方向上的稳定系数和为：

53、

54、公式(9)中，表示第m个被测点在径向方向上的稳定系数和；表示第m个被测点第一轴向的稳定系数；表示第m个被测点第二轴向的稳定系数；表示第m个被测点第三轴向的稳定系数。

55、综上所述，由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

56、本发明通过在轴承外圈布置热电偶获取对应位置的温度变化情况，计算该测点温度相应的稳定系数，对比阈值判断出轴承整体稳定性，进行稳定性故障预警，提高测量精度和通用性；同时可以给出故障信息，例如轴向故障或径向故障，提高维修的及时性。