小样本下考虑磨损退化的机构时变可靠性分析

doi:10.12422/j.issn.1672-6952.2023.05.009

辽宁石油化工大学学报 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (5): 56-60.DOI: 10.12422/j.issn.1672-6952.2023.05.009

小样本下考虑磨损退化的机构时变可靠性分析

王佳聪¹(), 高鹏¹(), 常筠袖¹, 田思祺², 崔永海³

^1.辽宁石油化工大学机械工程学院, 辽宁抚顺 113001
^2.中国石油锦州石化公司, 辽宁锦州 121001
^3.抚顺新钢铁有限责任公司, 辽宁抚顺 113001

收稿日期:2022-11-07 修回日期:2022-11-28 出版日期:2023-10-25 发布日期:2023-11-06
通讯作者: 高鹏
作者简介:王佳聪（1998⁃），男，硕士研究生，从事机构可靠性方面的研究；E⁃mail：wangjiacong1998@163.com。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51505207);辽宁省高等学校创新人才支持计划资助项目(LR2017070);辽宁省教育厅科学研究经费项目(L2019019);抚顺市“抚顺英才计划”资助项目(FSYC202107014)

Time⁃Varying Reliability Analysis of Mechanisms Considering Wear Degradation under Small Samples

Jiacong WANG¹(), Peng GAO¹(), Junxiu CHANG¹, Siqi TIAN², Yonghai CUI³

^1.School of Mechanical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China
^2.PetroChina Jinzhou Petrochemical Company，Jinzhou Liaoning 121001，China
^3.Fushun New Steel Corporation Ltd. ，Fushun Liaoning 113001，China

Received:2022-11-07 Revised:2022-11-28 Published:2023-10-25 Online:2023-11-06
Contact: Peng GAO

摘要/Abstract

摘要：

零部件的性能退化对机构的运动输出性能有很大影响。考虑磨损退化这一累积性因素，在小样本的前提下，提出了机构时变可靠性的分析方法。此分析方法应用ADAMS与MATLAB的联合仿真，以Archard磨损模型为基础，计算销轴半径退化量；将销轴半径退化量考虑为时间序列问题，根据RSM方法建立机构功能函数，结合ARIMA方法预测后续磨损周期下机构响应值变化，实现数据样本扩展；以应力强度干涉模型为基础，建立机构极限状态方程，计算时变可靠度。通过曲柄滑块机构，证明了这一方法的便捷性与准确性。

关键词: 磨损退化, 小样本, 时间序列, 时变可靠性

Abstract:

The motion output accuracy of the mechanism has been significantly affected by the performance degradation of components. In this paper, the cumulative factor of wear degradation is considered. On the premise of small samples, an analysis method of time?varying reliability of mechanisms is proposed. This analysis method applies the cosimulation of ADAMS and MATLAB. Based on the Archard wear model, the pin radius degradation is calculated and considered as a time series problem. The mechanism function is established according to the RSM method, and the ARIMA method is used to predict the change of the mechanism response value under the subsequent wear cycle to expand the data samples. Based on the interference model of stress?strength,the limit state equation of mechanism is established and the time?varying reliability is calculated. The convenience and accuracy of this method are demonstrated with a crank?slider mechanism.

Key words: Wear degradation, Small sample, Time series, Time varying reliability

中图分类号:

TQ13

王佳聪, 高鹏, 常筠袖, 田思祺, 崔永海. 小样本下考虑磨损退化的机构时变可靠性分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(5): 56-60.

Jiacong WANG, Peng GAO, Junxiu CHANG, Siqi TIAN, Yonghai CUI. Time⁃Varying Reliability Analysis of Mechanisms Considering Wear Degradation under Small Samples[J]. Journal of Liaoning Petrochemical University, 2023, 43(5): 56-60.

图/表 6

参考文献 18

1	KHEMILI I，ROMDHANE L.Dynamic analysis of a flexible slider⁃crank mechanism with clearance［J］.European Journal of Mechanics⁃A/Solids，2008，27（5）：882⁃898.
2	BAI Z F，ZHAO Y，WANG X G.Wear analysis of revolute joints with clearance in multibody systems［J］.Science China： Physics，Mechanics and Astronomy，2013，56（8）：1581⁃1590.
3	GUMMER A，SAUER B.Modeling planar slider⁃crank mechanisms with clearance joints in RecurDyn［J］.Multibody System Dynamics，2014，31（2）：127⁃145.
4	樊智敏，许君君.齿面摩擦和啮合刚度对双渐开线齿轮传动动态特性的影响研究［J］.机电工程，2016，33（9）：1039⁃1043.
5	BUCHER C G，BOURGUND U.A fast and efficient response surface approach for structural reliability problems［J］. Structural Safety，1990，7（1）：57⁃66.
6	YOO K S，EOM Y S，PARK J Y，et al.Reliability⁃based topology optimization using successive standard response surface method［J］.Finite Elements in Analysis and Design，2011，47（7）：843⁃849.
7	ZHANG C Y，BAI G C.Extremum response surface method of reliability analysis on two⁃link flexible robot manipulator［J］. Journal of Central South University，2012，19（1）：101⁃107.
8	张春宜，宋鲁凯，费成巍，等.柔性机构动态可靠性分析的先进极值响应面方法［J］.机械工程学报，2017，53（7）：47⁃54.
9	ZHANG D Q，HAN X，JIANG C，et al.Time⁃dependent reliability analysis through response surface method［J］.Journal of Mechanical Design，2017，139（4）：041404.
10	ESHGHI A T，LEE S.Adaptive improved response surface method for reliability⁃based design optimization［J］.Engineering Optimization，2019，51（12）：2011⁃2029.
11	李媛媛.考虑铰链间隙的太阳翼刚柔耦合多体动力学特性研究［D］.哈尔滨：哈尔滨工业大学，2019.
12	克拉盖尔斯基 N B，陀贝钦 M H，康巴洛夫 B C.摩擦磨损计算原理［M］.汪一麟，朱安仁，范明德，译.北京：机械工业出版社，1982.
13	李文丽，原大宁，刘宏昭，等.小子样下机构系统磨损仿真可靠性研究［J］.机械工程学报，2015，51（13）：235⁃244.
14	刘玉珍，杨瑞刚，赵广立，等.基于PHI2的桥式起重机结构时变可靠性分析［J］.中国安全科学学报，2021，31（7）：130⁃136.
15	王帅，高鹏，刘畅，等.基于时域⁃误差模型的运动时变可靠性研究［J］.机械强度，2020，42（4）：869⁃874.
16	王帅，高鹏.协作机器人机构运动可靠性研究［J］.辽宁石油化工大学学报，2019，39（6）：78⁃83.
17	刘柏希，屈涛，张弦.平面机构运动输出精度可靠性及寿命［J］.机械科学与技术，2017，36（1）：83⁃88.
18	赵宽，陈建军，薛河，等.含间隙曲柄滑块机构中滑块位移的可靠性分析［J］.应用力学学报，2016，33（4）：596⁃601.

参数	设定值	标准差
曲柄长度/mm	300	—
连杆长度/mm	400	—
销A半径/mm	9.95	0.027 5
销B半径/mm	9.95	0.027 5
轴孔半径/mm	10	—
材料硬度	300	—
磨损系数	5×10^-6	—
曲柄转速/（r·min^－1）	200	—
滑块阻力/N	500	—

参数	设定值	标准差
曲柄长度/mm	300	—
连杆长度/mm	400	—
销A半径/mm	9.95	0.027 5
销B半径/mm	9.95	0.027 5
轴孔半径/mm	10	—
材料硬度	300	—
磨损系数	5×10^-6	—
曲柄转速/（r·min^－1）	200	—
滑块阻力/N	500	—

[1]	宋悦, 吴限, 马诚, 李丽华. 木质素改性ZnO/CeO₂异质结的紫外屏蔽性能研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(3): 10-16.
[2]	解自奇, 谭玉婷, 赵妮, 周明东, 颜文超. Mg²⁺掺杂对富锂层状氧化物材料Li_1.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13O₂的影响[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(2): 22-28.
[3]	李子萍, 毕研峰. 发光稀土⁃硫杂杯[4]芳烃配合物的研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2024, 44(1): 1-8.
[4]	高势云, 邓子龙, 高兴军, 何艳. 基于ABAQUS的超声椭圆振动车削钛合金TC4数值分析[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(5): 61-67.
[5]	余嘉俊, 赵爽, 冯霄. 膜分离技术在盐湖提锂应用中的研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(4): 30-35.
[6]	刘晓慧, 李沐子, 李慧, 徐娜. Fe^Ⅱ修饰的沙漏型磷钼酸盐的合成、表征与电化学性能研究[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(4): 45-50.
[7]	王阳, 韩乔, 杨占旭. 电渗析提锂技术研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(1): 1-7.
[8]	杨淯夫, 李江馨, 王鹏程, 滕元魁, 金芳军. 钼酸盐基钙钛矿作为固体氧化物燃料电池阳极材料的研究进展[J]. 辽宁石油化工大学学报, 2023, 43(1): 21-26.

小样本下考虑磨损退化的机构时变可靠性分析

Time⁃Varying Reliability Analysis of Mechanisms Considering Wear Degradation under Small Samples

HTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 6

参考文献 18

相关文章 8

编辑推荐

Metrics