一种高速角接触球轴承设计方法与流程

本发明属于高速球轴承设计领域。

背景技术：

1、滚动轴承作为一种广泛应用于机械设备的基础零部件，是决定机械设备安全可靠运行的关键部件之一。小到家用电器、民用器具，大到轨道交通、精密机床、航空航天，其正常运行都离不开滚动轴承。

2、随着当今社会科技技术的发展进步，机械设备愈加趋向高性能、高速度、大负荷和复杂化。对滚动轴承提出了高转速、高精度、高可靠性、高耐久性的要求。角接触球轴承因制造精度高、极限转速高、承载能力强、占用空间小的特点，在航空发动机和精密机床主轴上得到广泛应用。

3、滚动轴承在运转过程中由于内部零件间的摩擦及外加载荷的作用将生成大量的热量，当散热速率慢于生热速率，轴承中将会聚集较多的热量，如果轴承短时间内产生大量的热而不能及时散发，轴承可能烧损，因此分析轴承的发热量具有重要的意义。在角接触球轴承设计过程中，游隙、接触角、沟曲率半径等参数通常依靠经验，这些参数对高速角接触球轴承的发热量有很大影响，只依据经验显然不严谨。

技术实现思路

1、本发明是为了解决现有角接触球轴承设计过程中，存在散热量效果差的问题，现提供一种高速角接触球轴承设计方法。

2、本发明所述一种高速角接触球轴承设计方法，该方法包括：

3、步骤一、根据已知的高速角接触球轴承发热量影响因素，采用正交试验法，建立正交因素表；

4、步骤二、利用所述正交因素表，采用仿真软件对不同因素水平时，轴承的发热量进行仿真计算；

5、步骤三、建立bp神经网络，利用正交因素表和对应仿真计算的发热量结果，对所述bp神经网络进行训练；获取训练完成的bp神经网络，获取发热量预测模型；

6、步骤四、将正交试验因素表作为发热量预测模型的输入，获取发热量度预测结果；

7、步骤五、将正交试验因素表作为遗传算法中种群个体，将所述预测结果作为个体适应度值；

8、步骤六、采用轮盘赌法从种群中选出适应度值最小的n个个体组成新种群，再对新种群进行交叉变异操作，获得n个个体的变换种群；

9、步骤七、将n个个体的变换种群作为训练后的神经网络的输入，获取n个对应的发热量；判断是否达到迭代次数最大值m，若是，获取最小发热量对应的个体的参数，作为高速角接触球轴承参数；否则，返回执行步骤六继续进行迭代，直至迭代次数最大值m，获取最小发热量对应的个体的参数，作为高速角接触球轴承参数。所述m＝100。

10、进一步地，本发明中，步骤三中，利用影响因素表和对应发热量对所述bp神经网络进行训练的过程为：

11、步骤三一、根据影响因素表序列，对bp神经网络的网络进行初始化；

12、步骤三二、根据输入向量x，输入层和稳含层间连接权值ωij以及隐含层阈值a，计算隐含层输出；

13、步骤三三、根据隐含层输出，连接权值ωjk和输出层阈值b，计算bp神经网络预测输出；

14、步骤三四、根据网络预测输出和发热量，计算网络预测误差；

15、步骤三五、利用网络预测误差更新网络连接权值ωij和ωjk；

16、步骤三六、根据网络预测误差更新网络节点阈值a,b；

17、步骤三七、判断算法迭代是否结束，若没有结束，返回步骤三二；否则，完成bp神经网络的训练。

18、进一步地，步骤三一中，对bp神经网络的网络进行初始化的具体过程为：

19、利用影响因素表x和对应发热量y，确定网络输入层节点数n、隐含层节点数l，输出层节点数m；并对输入层、输入层和稳含层间连接权值ωij隐含层和输出层神经元之间的连接ωjk，隐含层阈值a，输出层阈值b进行随机初始化，给定学习速率和神经元激励函数。

20、进一步地，本发明中，步骤三二中，所述隐含层输出的计算方法为：

21、

22、式中，hj为第j个隐含层输出，l为隐含层节点数；f为隐含层激励函数，aj为第j个隐含层的阈值；xi表示第i个正交试验水平，i＝1,2...，n，j＝1,2,…,l。

23、进一步地，本发明中，步骤三三中，计算bp神经网络预测输出的具体方法为：

24、

25、式中，ok表示第k个正交试验水平下的预测发热量，k＝1,2...，m，bk表示第k个正交试验水平下的输出层阈值。

26、进一步地，本发明中，骤三四中，计算网络预测误差的方法为：

27、ek＝yk-ok

28、yk表示第k个正交试验水平下的计算发热量。

29、进一步地，本发明中，步骤三五中，利用网络预测误差更新网络连接权值ωij和ωjk的方法为：

30、

31、ωjk＝ωjk+ηhjek

32、式中，η为学习速率。

33、进一步地，本发明中，步骤三六中，根据网络预测误差更新网络节点阈值a,b的方法为：

34、

35、bk＝bk+ek

36、其中，bk表示第k个正交试验水平下隐含层阈值。

37、本发明所述高速角接触球轴承设计方法首先确定影响高速角接触球轴承发热量的内部结构参数，为选取合适的具有代表性的试验因素，基于正交设计选定正交试验因素水平表。基于轴承专业仿真软件计算各正交试验下的发热量。基于正交试验因素水平表和其对应的发热量训练bp神经网络。bp神经网络训练结束后，用遗传算法寻找该轴承发热量最小时的轴承内部结构参数，为最优的轴承内部结构参数设计提供参考，采用本发明所述方法确定的参数有效的降低了高速角接触球轴承的温度。

技术特征：

1.一种高速角接触球轴承设计方法，其特征在于，该方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种高速角接触球轴承设计方法，其特征在于，步骤三中，利用影响因素表和对应发热量对所述bp神经网络进行训练的过程为：

3.根据权利要求2所述的一种高速角接触球轴承设计方法，其特征在于，步骤三一中，对bp神经网络的网络进行初始化的具体过程为：

4.根据权利要求2或3所述的一种高速角接触球轴承设计方法，其特征在于，步骤三二中，所述隐含层输出的计算方法为：

5.根据权利要求4所述的一种高速角接触球轴承设计方法，其特征在于，步骤三三中，计算bp神经网络预测输出的具体方法为：

6.根据权利要求5所述的一种高速角接触球轴承设计方法，其特征在于，步骤三四中，计算网络预测误差的方法为：

7.根据权利要求6所述的一种高速角接触球轴承设计方法，其特征在于，步骤三五中，利用网络预测误差更新网络连接权值ωij和ωjk的方法为：

8.根据权利要求7所述的一种高速角接触球轴承设计方法，其特征在于，步骤三六中，根据网络预测误差更新网络节点阈值a,b的方法为：

技术总结一种高速角接触球轴承设计方法，属于高速球轴承设计领域。解决了现有角接触球轴承高速工作过程中，存在发热量大的问题。本发明利用所述正交因素水平表，采用仿真软件对因素不同水平时，轴承的发热量进行仿真计算；建立BP神经网络，利用正交因素表和对应的仿真计算的发热量结果对所述BP神经网络进行训练；获取发热量预测模型；将正交试验因素表作为发热量预测模型的输入，获取发热量预测结果，利用遗传算法，寻找发热量最小时的因素水平；获取高速角接触球轴承参数。本发明适用于高速角接触球轴承设计。技术研发人员：许艳雷,舒广富,石东丹,李元宝,周丽丽,张博博,宋子健受保护的技术使用者：中国航发哈尔滨轴承有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14