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滾動軸承性能變異的近代統計學分析 版權信息
- ISBN：9787030497673
- 條形碼：9787030497673 ; 978-7-03-049767-3
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
滾動軸承性能變異的近代統計學分析 內容簡介
本書是研究滾動軸承性能演化過程的學術專著。主要涉及的內容有滾動軸承性能演化評估的近代統計學融合方法，滾動軸承實驗數據是否穩健化的判斷方法，滾動軸承實驗數據的穩健化處理方法，滾動軸承實驗數據的參數-非參數分析，滾動軸承實驗數據的混沌理論動態分析，以及滾動軸承振動性能退化的評估。
滾動軸承性能變異的近代統計學分析 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 滾動軸承概 1
1.1.1 滾動軸承的類型與用途 1
1.1.2 滾動軸承的失效機理 3
1.1.3 滾動軸承的性能指標 5
1.2 滾動軸承性能研究的現狀與進展 6
1.3 滾動軸承性能變異的研究思路 8
1.4 本書的研究內容 9
第2章 理論基礎 11
2.1 常用統計量 11
2.2 數據的穩健性 12
2.3 數據的穩健性判斷 13
2.4 穩健化統計準則 17
2.5 穩健化估計及性質 17
2.5.1 M估計及性質 17
2.5.2 W估 20
2.5.3 L估計 20
2.6 參數估計與非參數估計 21
2.6.1 參數估計 21
2.6.2 非參數估計 25
2.6.3 參數估計與非參數估計的特點 30
2.7 貝葉斯估計 31
2.8 混沌理論簡介 33
2.9 近代統計學融合分析方法的內容構成 36
2.10 本章小結 37
第3章 滾動軸承性能數據的穩健性分析方法 38
3.1 滾動軸承性能數據的穩健性判斷原理 38
3.2 滾動軸承性能數據的穩健性判斷方法 38
3.2.1 數據穩健性判斷步驟 38
3.2.2 滾動軸承性能數據穩健化判斷的數學模型 39
3.3 滾動軸承性能數據的穩健化分析案例 41
3.3.1 滾動軸承摩擦力矩實驗數據的穩健化分析 42
3.3.2 滾動軸承振動實驗數據的穩健化分析 63
3.4 討論 68
3.5 本章小結 69
第4章 滾動軸承性能數據的穩健化處理 70
4.1 常用估計方法的特點 70
4.2 數據穩健化處理思路 71
4.3 平均值和中位數與數據離散性的關系 72
4.3.1 正態分布 72
4.3.2 瑞利分布 74
4.3.3 三角形分布 75
4.3.4 均勻分布 76
4.3.5 威布爾分布 77
4.3.6 實際例子 78
4.3.7 數據穩健化處理與數據的離散性 79
4.4 顯著性水平的選取 80
4.5 數學模型 82
4.6 數據穩健化處理 84
4.6.1 滾動軸承振動數據穩健化處理 84
4.6.2 滾動軸承摩擦力矩數據穩健化處理 90
4.7 討論 115
4.8 本章小結 115
第5章 滾動軸承摩擦力矩的參數與非參數融合分析 116
5.1 參數與非參數融合分析 116
5.1.1 參數估計 116
5.1.2 非參數估計 117
5.1.3 參數估計與非參數估計的融合 118
5.1.4 數學模型 119
5.1.5 評判方法 123
5.2 滾動軸承摩擦力矩數據分析 123
5.2.1 A滾動軸承摩擦力矩參數與非參數分析 124
5.2.2 B滾動軸承摩擦力矩參數與非參數分析 126
5.3 討論 129
5.4 本章小結 130
第6章 滾動軸承性能穩健數據的動態分析 131
6.1 滾動軸承性能的動態分析理論 131
6.2 動態分析數學模型 133
6.2.1 數據穩健化處理 133
6.2.2 混沌分析數學模型 135
6.3 數據分析 138
6.3.1 滾動軸承振動分析 138
6.3.2 A滾動軸承摩擦力矩動態分析 149
6.3.3 B滾動軸承摩擦力矩動態分析 172
6.4 討論 184
6.5 本章小結 184
第7章 滾動軸承振動性能變異評估 186
7.1 概述 186
7.2 主要步驟 187
7.3 數學模型 188
7.3.1 絕對值排序序列的獲取 188
7.3.2 局域本征區間的獲取 188
7.3.3 總體本征區間的獲取 191
7.3.4 變異率 191
7.3.5 穩健化分布 191
7.4 實驗案例 192
7.4.1 實驗條件與實驗數據 192
7.4.2 實驗數據的穩健性分析 193
7.4.3 數據的變異分析 197
7.5 本章小結 202
第8章 滾動軸承性能參數貝葉斯區間評估 203
8.1 貝葉斯理論概述 203
8.2 滾動軸承性能貝葉斯區間評估 204
8.3 滾動軸承性能貝葉斯區間評估的數學模型 205
8.3.1 基本定義 205
8.3.2 貝葉斯后驗密度函數推導 206
8.3.3 貝葉斯先驗密度函數建立 208
8.3.4 滾動軸承性能參數區間評估 209
8.3.5 貝葉斯評估流程 209
8.4 數據分析 211
8.4.1 A滾動軸承摩擦力矩數據分析 211
8.4.2 B滾動軸承摩擦力矩數據分析 216
8.5 討論 221
8.6 本章小結 221
參考文獻 222
附表 225
前言
第1章 緒論 1
1.1 滾動軸承概 1
1.1.1 滾動軸承的類型與用途 1
1.1.2 滾動軸承的失效機理 3
1.1.3 滾動軸承的性能指標 5
1.2 滾動軸承性能研究的現狀與進展 6
1.3 滾動軸承性能變異的研究思路 8
1.4 本書的研究內容 9
第2章 理論基礎 11
2.1 常用統計量 11
2.2 數據的穩健性 12
2.3 數據的穩健性判斷 13
2.4 穩健化統計準則 17
2.5 穩健化估計及性質 17
2.5.1 M估計及性質 17
2.5.2 W估 20
2.5.3 L估計 20
2.6 參數估計與非參數估計 21
2.6.1 參數估計 21
2.6.2 非參數估計 25
2.6.3 參數估計與非參數估計的特點 30
2.7 貝葉斯估計 31
2.8 混沌理論簡介 33
2.9 近代統計學融合分析方法的內容構成 36
2.10 本章小結 37
第3章 滾動軸承性能數據的穩健性分析方法 38
3.1 滾動軸承性能數據的穩健性判斷原理 38
3.2 滾動軸承性能數據的穩健性判斷方法 38
3.2.1 數據穩健性判斷步驟 38
3.2.2 滾動軸承性能數據穩健化判斷的數學模型 39
3.3 滾動軸承性能數據的穩健化分析案例 41
3.3.1 滾動軸承摩擦力矩實驗數據的穩健化分析 42
3.3.2 滾動軸承振動實驗數據的穩健化分析 63
3.4 討論 68
3.5 本章小結 69
第4章 滾動軸承性能數據的穩健化處理 70
4.1 常用估計方法的特點 70
4.2 數據穩健化處理思路 71
4.3 平均值和中位數與數據離散性的關系 72
4.3.1 正態分布 72
4.3.2 瑞利分布 74
4.3.3 三角形分布 75
4.3.4 均勻分布 76
4.3.5 威布爾分布 77
4.3.6 實際例子 78
4.3.7 數據穩健化處理與數據的離散性 79
4.4 顯著性水平的選取 80
4.5 數學模型 82
4.6 數據穩健化處理 84
4.6.1 滾動軸承振動數據穩健化處理 84
4.6.2 滾動軸承摩擦力矩數據穩健化處理 90
4.7 討論 115
4.8 本章小結 115
第5章 滾動軸承摩擦力矩的參數與非參數融合分析 116
5.1 參數與非參數融合分析 116
5.1.1 參數估計 116
5.1.2 非參數估計 117
5.1.3 參數估計與非參數估計的融合 118
5.1.4 數學模型 119
5.1.5 評判方法 123
5.2 滾動軸承摩擦力矩數據分析 123
5.2.1 A滾動軸承摩擦力矩參數與非參數分析 124
5.2.2 B滾動軸承摩擦力矩參數與非參數分析 126
5.3 討論 129
5.4 本章小結 130
第6章 滾動軸承性能穩健數據的動態分析 131
6.1 滾動軸承性能的動態分析理論 131
6.2 動態分析數學模型 133
6.2.1 數據穩健化處理 133
6.2.2 混沌分析數學模型 135
6.3 數據分析 138
6.3.1 滾動軸承振動分析 138
6.3.2 A滾動軸承摩擦力矩動態分析 149
6.3.3 B滾動軸承摩擦力矩動態分析 172
6.4 討論 184
6.5 本章小結 184
第7章 滾動軸承振動性能變異評估 186
7.1 概述 186
7.2 主要步驟 187
7.3 數學模型 188
7.3.1 絕對值排序序列的獲取 188
7.3.2 局域本征區間的獲取 188
7.3.3 總體本征區間的獲取 191
7.3.4 變異率 191
7.3.5 穩健化分布 191
7.4 實驗案例 192
7.4.1 實驗條件與實驗數據 192
7.4.2 實驗數據的穩健性分析 193
7.4.3 數據的變異分析 197
7.5 本章小結 202
第8章 滾動軸承性能參數貝葉斯區間評估 203
8.1 貝葉斯理論概述 203
8.2 滾動軸承性能貝葉斯區間評估 204
8.3 滾動軸承性能貝葉斯區間評估的數學模型 205
8.3.1 基本定義 205
8.3.2 貝葉斯后驗密度函數推導 206
8.3.3 貝葉斯先驗密度函數建立 208
8.3.4 滾動軸承性能參數區間評估 209
8.3.5 貝葉斯評估流程 209
8.4 數據分析 211
8.4.1 A滾動軸承摩擦力矩數據分析 211
8.4.2 B滾動軸承摩擦力矩數據分析 216
8.5 討論 221
8.6 本章小結 221
參考文獻 222
附表 225
展開全部
滾動軸承性能變異的近代統計學分析 節選
第1章 緒論 本章論述滾動軸承的類型與用途，主要內容包括滾動軸承的失效機理，滾動軸承的性能特征，滾動軸承性能研究的現狀與進展，滾動軸承性能變異研究的基本思路等。 1.1 滾動軸承概述 滾動軸承主要由外圈、內圈、滾動體、保持架等多個元件組成，特殊情況下可以無內圈或外圈，由相配的軸或軸套代替。滾動體在套圈滾道上滾動，實現軸與機座的相對旋轉、擺動或往復直線運動。分離型軸承的保持架把滾動體結合成一個組件，既便于安裝，又防止嚴格分組的滾動體互相混淆。滾動軸承的種類繁多，每種類型又有許多不同的結構形式，以滿足不同的需要。 1.1.1 滾動軸承的類型與用途 1.向心球軸承 向心球軸承是用途*廣、生產批量*大的一類滾動軸承。向心球軸承主要承受徑向載荷，也可承受少量軸向載荷，徑向游隙較大時軸向承載能力增加。摩擦系數小，適于高速運轉。向心球軸承廣泛用于變速器、電機、儀器儀表、家用電器、內燃機、燃氣輪機、交通車輛、農業機械、建筑機械和工程機械等。 2.雙列向心球面球軸承 雙列向心球面球軸承的外圈滾道是球面的一部分，曲率中心和軸承中心一致，軸承具有調心性，調整偏斜角可在3°以內。接觸角小，所以軸向承載能力小。雙列向心球面球軸承主要應用于軸易彎曲或加工安裝誤差較大的部位，如木工機械和紡織機械的傳動軸。 3.向心推力球軸承 向心推力球軸承可以同時承受徑向載荷和軸向載荷，也可承受純軸向載荷。名義接觸角有15°、25°和40°等三種，高精度和高速軸承通常取15°接觸角。此類軸承有70多種不同結構，單列的常成對使用。各種結構的此類軸承廣泛用于磨削主軸、高頻電動機、燃氣輪機、高速離心機、儀器儀表、小轎車前輪等。 4.推力向心球軸承 推力向心球軸承能承受較重的雙向軸向載荷和少量的徑向載荷，軸向剛性好，適于較高的轉速，主要用于車床、鏜床、搖臂鉆床等機床主軸。 5.推力球軸承 推力球軸承的接觸角為90°，結構是可分離型的，只能承受軸向載荷。帶球面座圈的推力球軸承具有調心性，可消除安裝誤差的影響。鋼球因離心力擠向滾道外側，易于擦傷，所以不適于高速運轉。這類軸承主要用于機床主軸、立式車床旋轉工作臺、汽車轉向運動等。 6.微型球軸承 內徑小于10mm或外徑小于26mm的軸承稱為微型軸承。微型球軸承主要用于各種儀器儀表、微型電機、陀螺儀、自動控制機構和醫療器械等。 7.直線運動球軸承 直線運動球軸承由外圈、保持架(又稱鋼球循環架)和3～5列鋼球組成。摩擦因數比滑動軸承低很多，一般為0.001～0.003。這類軸承徑向游隙小，直線運動精度高，主要用于數控機床的往復機構、儀表自動記錄裝置、自動跟蹤機構以及沖壓模具的導柱等。 8.圓錐滾子軸承 圓錐滾子軸承的滾子與滾道為線接觸或修形線接觸，可承受較重的徑向和軸向聯合載荷，也可承受純軸向載荷，主要用于汽車的前輪和后輪、機床、機車車輛、軋鋼機、建筑機械、起重機械、印刷機械和各種減速裝置等。雙列圓錐滾子軸承主要用于機床主軸和機車車輛等，四列圓錐滾子軸承用于軋輥支撐等。 9.向心短圓柱滾子軸承 向心短圓柱滾子軸承的滾子與滾道接觸為線接觸，徑向承載能力及徑向剛度都比球軸承高。這類軸承摩擦因數小，適合高速運轉，但對與軸承相配合的軸和機座孔的加工精度要求較高，安裝后內外圈軸線相對偏斜要嚴加控制，以免造成接觸應力集中。向心短圓柱滾子軸承廣泛用于大中型電動機、機車車輛、機床主軸、內燃機、燃氣渦輪機、減速箱、軋鋼機、振動篩以及起重運輸機械等。 10.雙列向心球面滾子軸承 雙列向心球面滾子軸承的外圈滾道是球面的一部分，軸承具有內部調心性，以適應軸與機座孔的相對偏斜，可承受徑向重載荷和沖擊載荷，也可承受一定的雙向軸向載荷。這類軸承主要用于軋鋼機、造紙機械、工程機械、破碎機、印刷機械以及各種減速裝置等。 11.滾針軸承 滾針軸承的徑向尺寸小但徑向承載能力很高，不可承受軸向載荷，僅作為軸自由端的支撐使用。滾針軸承的摩擦因數大，特別是沒有保持架的滿裝滾針軸承，摩擦因數更大，因而不適合較高的轉速。這類軸承主要用于汽車變速箱、萬向接頭、小型發動機的曲軸和連桿、液壓機械等。 12.推力滾子軸承 推力滾子軸承可承受軸向重載荷，軸向剛度大，承載能力比同尺寸的推力球軸承高很多，主要用于立式電動機、船用螺旋槳軸、旋臂吊車、機床旋轉工作臺及加壓絲杠等。 13.轉盤軸承 轉盤軸承是承受重載荷、工作速度很低地轉動或擺動的一類特大型軸承，可承受很大的軸向力，還可以承受很大的徑向力和傾覆力矩。在此類軸承的設計與選用中，一般不考慮疲勞壽命，而以額定靜載荷作為選擇的準則。轉盤軸承主要用于礦山機械、工程機械、冶金設備、重型機床、大型儀器與風力發電等重型設備中。 1.1.2 滾動軸承的失效機理 滾動軸承失效機理主要有磨粒磨損、微動磨損、腐蝕磨損、刮傷、膠合、疲勞剝落等。 1.磨粒磨損 由于軸承的工作狀況不同，軸承的磨損情況也不盡相同。在正常工作環境下，也會有磨粒(如灰塵、沙粒等堅硬的微粒)進入到軸承的表面；軸承工作時，磨粒會將軸承表面當作研磨的平面，使表面受到損害，這樣會出現軸承性能在預期壽命前就急劇惡化的情況，主要是在啟動、停車或軸頸與軸承發生邊緣接觸時，導致幾何形狀改變、精度喪失、軸承游隙加大。 2.微動磨損 滾動軸承處于非工作狀態時，由于外界振動載荷的作用，或者處于微幅擺動工況時，滾動體在滾道接觸區附近會發生微小的相對運動，因為運動幅度很小，潤滑油無法在接觸區表面重新分布，而使金屬表面直接接觸，并在氧氣的參與下相互作用，造成金屬表面的腐蝕，同時產生金屬氧化磨屑，這種現象稱為滾動軸承的微動磨損，這種磨損是由外界環境引起的不可避免的磨損。 3.腐蝕磨損 滾動軸承在運行過程中，不可避免接觸水、水氣以及腐蝕性介質，這些物質會引起滾動軸承的生銹和腐蝕；另外，在滾動軸承運行過程中，還會受到微電流和靜電作用，造成滾動軸承的電流腐蝕；滾動軸承的生銹和腐蝕會造成套圈、滾動體表面的坑狀銹、梨皮狀銹，*終造成軸承的失效。 4.刮傷 在滾動軸承運行過程中，較大的堅硬雜質進入到軸承間隙中，當發生相對運動時，雜質不會以同等速度進行運動，產生的速度差會使表面劃出淺痕或者深溝，導致軸承工作性能喪失。 5.膠合 軸承長時間連續工作或者保養不當，以及承受載荷過重都會使軸承整體溫度急劇升高，導致潤滑油膜破裂；在缺少潤滑和重載的情況下，軸承表面就會出現黏接在一起的現象，在發生相對運動時，會使軸承表面破裂或者軸承不能運轉。 6.疲勞剝落 長時間重載工作，會使軸承表面金屬達到其疲勞極限，表面會出現裂紋，一般疲勞裂紋與運動方向垂直，嚴重后逐漸擴大，*后金屬出現疲勞剝落，造成軸承工作性能喪失。 由于滾動軸承使用場合復雜、環境多變等，滾動軸承工作性能喪失往往是多種失效形式的綜合表現。 1.1.3 滾動軸承的性能指標 作為現代機械設備中廣泛應用的關鍵性部件之一，滾動軸承性能對設備的運行質量、可靠性、壽命有重要的影響，滾動軸承的性能主要有摩擦、磨損、潤滑、溫升等，體現為滾動軸承摩擦力矩、振動、噪聲等指標。下面闡述滾動軸承摩擦力矩、振動、噪聲及溫升的形成過程。 1.滾動軸承摩擦力矩的形成過程 滾動軸承摩擦力矩是指在滾動軸承運轉與啟動時，內圈、外圈、保持架、滾動體、密封裝置等元件之間產生相對運動，以及潤滑劑濺射與拖拽等，產生了各種各樣的摩擦阻力矩，即滾動摩擦、滑動摩擦和潤滑劑摩擦的總和產生的阻滯軸承運轉與啟動的阻力矩。它表示軸承運轉與啟動過程中輕快、靈活的程度，對于靈敏度要求高的軸承，要以摩擦力矩來衡量其旋轉靈活性，摩擦力矩越小，靈活性越好。 2.滾動軸承振動的形成過程 滾動軸承在運轉過程中，除軸承各元件間一些固有的、由功能所要求的運動以外的其他一切偏離理想位置的運動均稱為軸承振動。軸承運動時產生的振動是很復雜的，目前還不可能完全用某種具體的運動方程加以描述。影響軸承振動的因素也很復雜，如套圈滾道波紋度、粗糙度、表面質量、滾動體尺寸相互差、軸承本身的結構類型、組裝游隙、安裝條件、潤滑條件與工作條件等都會影響軸承工作時的振動。 3.滾動軸承噪聲的形成過程 滾動軸承在運轉過程中，由于滾道和滾動體之間相互接觸、碰撞而產生振動，當滾動軸承的振動傳播到輻射表面時，振動能量轉換成壓力波，經空氣介質再傳播出去即為聲輻射，其中20Hz～20kHz部分為人耳聽閾可接收到的聲輻射，即為滾動軸承噪聲。由振動產生的機械波向空間輻射，引起空氣的振動，從而產生聲響，這種聲響習慣上被稱為軸承的噪聲。即使軸承零部件表面加工十分理想，清潔度和潤滑油或油脂也無可挑剔，在軸承運轉時，仍會因滾道和滾動體間彈性接觸構成的振動，而產生一種連續輕柔的聲響，這種聲響被稱為軸承的基礎噪聲。基礎噪聲是軸承固有的，不能消除。 4.滾動軸承溫升的形成過程 滾動軸承的溫升是在運行過程中，由于外圈、內圈、滾動體、保持架等各元件之間的摩擦與變形產生的熱量來不及散發，使軸承溫度升高。溫升是衡量滾動軸承運行質量的重要性能指標，與滾動體的形狀與數量及保持架形狀與材料有重要關系。 根據上述滾動軸承的失效形式及性能指標，可以看出，滾動軸承性能與內部元件、制造精度、安裝工藝、調試技術及使用環境有很大關系，具有多樣性和復雜性。因此，如何研究與評估滾動軸承的性能一直是困擾軸承工業的重要問題[1-9]。 1.2 滾動軸承性能研究的現狀與進展 長期以來，國內外很多學者一直關注與致力于軸承性能的研究，并取得了許多成果。例如，Nataraj[5]，Sinou[7]，Ahmad[10]和Harsha[11]分別用時間序列、頻率響應和相軌跡等概念進行非線性分析，探討軸承系統的穩定性，發現軸承性能的多變性；Lioulios[12]用頻譜分析、相空間、高階Poincare映射和Lyapunov指數方法研究速度波動對軸承動態性能的影響，認為速度的微量變化會導致系統動態行為的重大變化；蔡云龍[13]提出了用Duffing混沌振子檢測軸承早期故障的相軌跡圖法和Lyapunov指數法；姜維[14]用擬動力學理論分析角接觸球軸承的接觸力、接觸角、旋滾比的變化狀態，認為軸承各性能參數呈現出顯著的非線性變化特征，并發現鋼球軸承和陶瓷軸承的動態特性參數具有不同的穩定性；王黎欽[15]、趙春江[16]和何芝仙[17]分別研究了軸承零件相互作用的力學模型和軸承系統的動力學行為；夏新濤等[1-4，8]對軸承摩擦力矩及振動進行了動態分析；徐志棟[18]探討了不同軸向載荷和溫度條件下軸承摩擦力矩的波動特性；Douglas[19]提出了某種聚乙烯材料軸承滾動滑動磨損的分層機理，以描述磨損碎片的生物活性；林冠宇[20]闡明了氯苯基硅油潤滑球軸承的潤滑機理，并研究了不同真空度和轉速下的軸承摩擦力矩行為；Saad[21]用聲發射技術探討了滾動軸承表面缺陷的幾何尺寸鑒別方法；黃敦新[22]由干摩擦高速運轉實驗發現了陶瓷球以表面裂紋和表層剝離為主的破壞機制，滾道破壞呈現疲勞裂紋、點蝕和犁痕等多種形式；Abbasion[23]用小波和支持向量機理論推薦了軸承系統的多故障診斷方法；楊將新[24]考慮軸承運行狀況下載荷分布、故障沖擊脈沖序列組成、損傷部位的位置變化和環境噪聲等參數對振動特性的影響，建立了內圈局部損傷狀態的振動模型；Antoni[25]對軸承振動信號進行諧波分析，使用了頻譜概率密度和標準差概率密度等統計學概念；Ueda[26]提出了增強壽命概念并進行因素分析，以提高污染潤滑條件下
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