基于性能退化的小子样电主轴可靠性试验研究

针对高速电主轴可靠性研究存在的问题,探讨了小子样电主轴性能退化可靠性试验方法,完成了两根170MD18Y16型电主轴的退化试验;依据选定的性能退化特征量和截尾时间,检测了主轴轴端径向跳动量,据此建立试样电主轴退化模型,分析其失效寿命;基于跳动量测试数据和Weibull分布函数,应用修正极大似然函数分析分布参数,得到170MD18Y16型电主轴特征寿命,并确定其寿命分布模型。电主轴寿命理论值与实际使用值基本一致,表明小子样电主轴性能退化试验方法合理,建立的退化模型较准确地反映了电主轴性能退化轨迹,且寿命分布模型分析方法有效。     

小子样高速电主轴寿命分布模型参数估计

为分析高速电主轴的可靠性,需测试小子样电主轴性能退化量,以此评估高速电主轴的可靠性指标。该方法首先假设电主轴寿命分布模型,估计小子样电主轴模型参数,检验并确定电主轴寿命分布模型。针对Weibull寿命分布模型,应用修正极大似然函数推导了小子样高速电主轴寿命分布模型参数估计式,并应用经验分布函数检验分布模型及参数估计值。为验证参数估计方法的正确性,利用两根170MD18Y16型高速电主轴试样轴端跳动量测试数据和参数估计式,完成该型电主轴分布参数估计,拟合检验结果为寿命服从Weibull分布,且模型参数估计为真值;据此参数值确定的170MD18Y16型电主轴特征寿命与实际失效寿命值一致,表明分布模型参数的修正极大似然函数估计方法正确,可用于小子样高速电主轴的可靠性评估。     

极小子样下参数随机分布的电主轴可靠性分析

对某型号电主轴进行了极小子样下的可靠性分析,将虚拟增广法和Boot-strap法结合,对原始试验样本虚拟扩展,建立了参数服从随机分布的退化模型和电主轴可靠度函数,并利用Bayes验前分布,对该随机系数下电主轴可靠度函数进行修正,得到修正后的可靠度函数。将修正后随机系数下电主轴可靠度函数曲线与伪寿命下得到的可靠度函数曲线进行对比。结果表明,随机系数法得到的可靠度函数具有更高的精度,同时也避免了将模型参数看作固定值即采用伪寿命法进行可靠性评估时产生的误差。进一步说明根据极小子样试验数据可以通过该方法得到同类产品的退化特征,具有一定的适用性。     

基于伪寿命分布和Bayes法的电主轴可靠性对比

分析混合陶瓷球轴承电主轴和钢球轴承电主轴的本质区别,设计了电主轴性能退化可靠性试验方案,并在该方案的指导下进行电主轴可靠性试验。针对单一采用伪寿命分布法或者Bayes法对电主轴可靠性评估精度不高的问题,提出了基于伪寿命分布法和Bayes法相结合的可靠性评估方法,应用该方法分别对两种电主轴试验样本的可靠性试验数据进行分析,最终获得其可靠性评估结果。同时,将两种电主轴的各个可靠性指标进行对比分析,获得其在可靠性方面的优劣。     

指数型产品多阶段可靠性增长的Bayes模型

基于D-S证据理论融合验前信息,建立了一种适用于小子样复杂系统多阶段可靠性增长分析的Bayes模型。选择Gamma分布作为失效率的先验分布,通过多源可靠性信息融合,将专家经验转换成概率分布, 利用D-S证据理论融合多个专家信息,确定了先验分布参数,结合产品研制阶段试验数据,根据Bayes统计推断理论,给出了失效率、平均故障间隔时间（MTBF）和可靠度的Bayes点估计和置信下限。以兆瓦级直驱式风力发电机研制试验验证了该模型的有效性。     

验前信息的决策方法

在一些实际的可靠性工程中,对产品提出可靠性指标(如可靠度、可靠度置信下限等)要求的同时,试验经费又决定了只能做少量的试验.在这种小子样数据情况下,Bayes方法所获的可靠性评估结论依赖于验前信息.为了评定产品是否满足可靠性指标,须给出验前信息的决策域.文中提出一种验前信息决策域的计算方法,并将其用于计算成败型和指数寿命分布型产品验前信息的决策域.通过两个算例说明以上方法是有效可行的.     

高速电主轴非接触电磁加载装置设计与实现

针对高速电主轴接触式加载存在的问题,设计了一套非接触电磁加载装置。该装置主要由高导磁加载盘、直流电磁铁、恒流源及测试部分组成。其中直径80mm、厚40mm的铁镍合金加载盘与直流气隙磁场相互作用,在加载盘上产生电磁力。利用该电磁力模拟主轴的切削力负载,可实现高速电主轴的非接触加载。使用所设计的装置对170MD18Y16型磨削电主轴进行加载试验,结果表明,加载值与设定值一致,所设计的装置能够满足高速电主轴加载的需要。当加载装置的气隙不变时,主轴转速、励磁电流是影响非接触电磁加载的主要因素。     

电主轴在机可靠性试验和评估方法研究

电主轴因可靠性水平相对较高,在进行可靠性试验时通常面临试验时间长、试验期间无故障出现、样本数量少等问题。针对以上问题,提出一种电主轴在机可靠性试验和评估方法,基于对电主轴失效原理的研究,选取四个可以反映电主轴退化的特征量,实时采集试验过程中的电主轴性能退化数据,通过算法和性能退化数据对电主轴进行状态评估。利用韦布尔分布对同类型电主轴的可靠性进行评估,得到电主轴平均故障间隔时间的点估计,验证所提出的在机电主轴可靠性试验和评估方法的有效性。     

基于退化量分布的电主轴可靠性评估

针对在较短的时间内难以评估高可靠度、长寿命电主轴可靠度的问题,利用基于退化量分布的方法对其可靠性进行评估。首先对电主轴的失效机理进行了分析;然后结合退化量分布的基本原理和退化试验数据对电主轴的可靠性进行评估,分别求出电主轴的4个常用可靠性指标,同时绘制可靠度曲线、失效概率密度曲线以及失效率曲线;最后估计出电主轴的平均寿命和特征寿命。该方法缩短了试验时间,提高了评估精度,对长寿命产品的可靠性研究具有一定的意义。     

基于Compertz模型的鱼雷可靠性增长Bayes分析

Bayes理论是分析研究具有小子样特点鱼雷可靠性的有效方法,文中针对改进型Compertz增长模型,提出Bayes可靠性增长分析的基本方法。该方法将可靠性增长的试验数据作为产品可靠性的先验信息,再结合少量的现场试验样本,运用Bayes方法即可对现场试验后的产品可靠性进行评定。最后以鱼雷武器动力推进系统为例进行分析,仿真结果验证该方法的有效性,为可靠性增长评定提供一种新的分析方法。     

高速电主轴矢量控制机械特性分析与仿真

根据异步电动机的矢量控制原理,推导了高速电主轴矢量控制固有机械特性曲线的数学表达式,据此分析了高速电主轴转速闭环矢量控制在负载条件下的调速机理,得出转速闭环矢量控制通过调节同步转速使电主轴工作在互不相同但互相平行的固有机械特性曲线上,从而获得优良的静动态性能的结论。为了验证理论分析的正确性,根据高速电主轴的矢量控制方程,建立了一个带转矩内环的转速、磁链闭环矢量控制系统模型。基于此模型,对额定转速为15000转的170MD15Y20型高速电主轴进行了闭环矢量控制加载仿真,仿真结果验证了理论分析的正确性。     

二元Wiener过程下的小样本电主轴可靠性分析

针对高速电主轴产品的退化过程具有多个退化特征量,以及退化过程平稳、缓慢的特点,采用二元Wiener过程对其进行可靠性建模,并将二元Wiener过程的漂移参数看作随机变量来体现电主轴的个体差异性。利用极大似然法结合虚拟增广样本法和Bootstrap法来估计模型中的未知参数,以解决被试电主轴的小样本问题,得到电主轴产品寿命的可靠度函数。最后,通过对2根磨削电主轴产品的退化数据进行比较分析,验证了所提方法的合理性与精确性。     

高速电主轴驱动系统性能评价研究

数控机床是当前加工制造的基础,高速电主轴驱动系统为机床提供动力。为满足当前高速电主轴高速、高精度、高可靠性发展需求,对驱动系统进行健康监测是必要的。本文针对驱动系统的隐含退化特性,提出隐含退化量性能指标评价方法。运用参数辨识方法提取系统的特征值,结合距离分析方法建立性能评价指标。通过高速电主轴实验平台验证本文方法可靠性。     

高速电主轴动态非接触电磁加载研究

针对高速电主轴接触式加载存在结构复杂、磨损及振动大等问题,提出一种非接触式电磁加载方法。该方法中动态电磁力可模拟主轴实际切削力载荷,实现高速电主轴动态非接触加载。利用电磁理论建立了非接触电磁加载模型,分析了电磁力的影响因素。解决了实现电磁加载的关键技术,并完成加载实验台整体设计。在转速为9 000 r/min、励磁电流为40 mA的加载条件下,针对170MD18Y16型磨削电主轴进行了动态加载实验,并对比了励磁电流和转速变化时动态电磁力的理论和实测值。结果表明,动态加载理论值与实测值变化一致,二者误差较小,验证了动态非接触电磁加载方法的有效性,且改变励磁电流和转速可实现不同条件的加载。     

高速电主轴联合矢量直接转矩控制建模与仿真

矢量控制和直接转矩控制是高速电主轴的高性能驱动控制方法,由于其良好的动态控制性能,被广泛应用于高速机床的核心部件高速电主轴的驱动中。根据高速电主轴矢量控制和直接转矩控制的基本方程,对这两种控制方法的共性进行了深入探讨。在此基础上,建立了联合矢量直接转矩控制系统原理框图及其Simulink仿真模型,并对额定转速为15000转的170MD15Y20型高速电主轴进行了联合矢量直接转矩控制仿真。仿真结果验证了所建模型的正确性,并具有优良的动态性能。     

Bayes理论“小子样”数控机床可靠度评估法研究

针对“小子样”情况下的数控系统,以Bayes方法为理论基础,开展了适用“小子样”产品系统的可靠度综合评估方法的理论和应用研究。创新性地将系统可靠度Bayes方法运用在数控系统可靠性评估中。在系统可靠度Bayes近似评定方法的基础上,提出计算数控系统可靠度点估计值和置信下限。     

鱼雷可靠性评定中的 Bayes 方法

Ｂａｙｅｓ方法是在小子样产品可靠性评定中应用较多的一种方法,但产品验前分布确定得是否合理,将直接影响评定结果。在采用Ｂａｙｅｓ方法对鱼雷可靠性进行评定时,常常是将成败型分系统试验的验前分布取为β（０,０）。这种对鱼雷的成败型分系统验前分布的取法是不够科学的。本文从理论上和工程实践上说明了鱼雷产品的成败型分系统验前分布应取为β（１／２,１／２）,从而给出了由分系统试验数据折合成系统试验数据的Ｂａｙｅｓ方法修正公式。     

基于Gibbs抽样算法的三参数威布尔分布Bayes估计

由于三参数威布尔分布概率密度函数较为复杂,后验分布的积分计算成为进行Bayes估计的主要障碍.利用Gibbs抽样算法研究Bayes估计的计算问题.首先描述Gibbs抽样算法的特点,在定数截尾寿命试验情形下,推导无先验信息的参数联合后验分布,然后,结合取舍抽样方法,设计计算参数Bayes估计的Gibbs抽样方案,最后给出一个算例.结果表明,与传统的数值积分法相比较,Gibbs抽样算法更加简便直接,更适于计算可靠性指标的Bayes估计.     

小子样下机构系统磨损仿真可靠性研究

针对断路器机构系统具有磨损试验小子样、失效阈值不固定、试验成本高的特点,通过模拟仿真试验法、小子样数据处理法、随机性理论,对某大容量发电机断路器传动机构的磨损可靠性进行研究。在考虑运动副非规则磨损对断路器传动机构系统性能退化的影响及制造误差的基础上,基于Archard磨损模型对运动副不同接触点的磨损量进行计算,利用ADAMS仿真软件获得了该传动机构危险关节运动副服从正态分布的初始间隙量下的磨损数据。采用小子样的虚拟增广法和Boot-strap法对获得的磨损数据进行扩展,根据该机构系统磨损退化量分布规律分别得到扩展前后的可靠度函数曲线,对比结果表明对该样本进行小子样的扩展是必要的。利用扩展数据分别得到固定失效阈值、随机失效阈值下的可靠度曲线,结果表明断路器传动机构磨损随机失效阈值下的可靠度较固定阈值更接近生产实际。研究表明复杂的磨损过程可通过仿真试验预测其可靠性,从而避免了传统的必须依赖试验的研究方法,具有一定的应用价值。     

小子样产品可靠性Bayes评定中的相容性检验方法研究

从工程实践的角度,讨论了小子样场合的产品可靠性Bayes评定中的相容性检验方法,提出了一种参数方法和两种非参数方法.最后通过两个实例说明了各种方法的正确性和可行性.