摘要
在航天航空装备中，自润滑关节轴承是一种关键的基础机械运动元件。随着航天航空设备以及自润滑涂层技术的高速发展，涂层型自润滑关节轴承得到了大力发展，并且逐渐受到研究人员的重视。目前针对自润滑关节轴承的可靠性分析以及寿命预测研究主要集中于传统的衬垫型自润滑关节轴承。随着各高新技术领域的高速发展，涂层型自润滑关节轴承的服役性能要求也随之提高，因此对其可靠性进行分析以及对其寿命进行准确预测具有重要意义，能够为涂层型自润滑关节轴承的应用设备进行及时有效的维护提供理论依据。本文主要研究工作如下： 1.进行涂层型自润滑关节轴承的加速寿命试验。选择GE17E/HEK涂层型自润滑关节轴承作为试验轴承，根据轴承应用场景，利用关节轴承摆动试验台对GE17E/HEK涂层型自润滑关节轴承进行加速寿命试验，获得全寿命摩擦扭矩信号数据。研究涂层型自润滑关节轴承摩擦扭矩信号特点，并对其进行数据预处理。 2. 对涂层型自润滑关节轴承进行可靠性分析。采用威布尔分布对涂层型自润滑关节轴承的寿命数据进行参数拟合，构建轴承寿命分布模型，并在此基础上构建逆幂律加速模型，建立轴承径向载荷与其寿命之间的联系。针对寿命分布模型以及加速模型，使用遗传算法以及其他传统参数估计方法进行对比试验。结果表明：涂层型自润滑关节轴承的寿命服从威布尔分布，轴承寿命与径向载荷之间符合逆幂律模型。利用遗传算法能够准确获得威布尔寿命分布模型以及逆幂律加速模型的参数，并且精度较高。对于不同应力水平下的威布尔寿命分布模型，其平均拟合优度R2为0.889；对于逆幂律加速模型，其拟合优度为R2为0.996。在此基础上，对GE17E/HEK涂层型自润滑关节轴承的可靠性指标以及逆幂律加速模型进行分析，认为该轴承在低载条件下服役性能优异。 3. 构建涂层型自润滑关节轴承剩余使用寿命预测模型。针对涂层型自润滑关节轴承的摩擦扭矩信号，集合卷积神经网络与主成分分析方法实现摩擦扭矩中失效特征提取，在此基础上利用长短期记忆神经网络实现剩余使用寿命预测。使用测试集轴承数据对模型进行适用性检测，并与稀疏自编码器、卷积自编码器等特征提取方法以及支持向量机、反向传播网络等预测模型进行组合对比。结果表明：本文所提出方法能够较准确给出涂层型自润滑关节轴承剩余使用寿命的预测值，预测性能最优。四个不同径向载荷下测试集轴承剩余使用寿命预测结果的均方根误差、平均绝对误差以及平均 绝对百分比误差的平均值分别为 0.071、0.042、8.076，均优于其他对比方法，证明本文所提出涂层型自润滑关节轴承剩余使用寿命预测方法具有可行性以及一定的优越性。 4. 建立涂层型自润滑关节轴承的可靠性分析及剩余使用寿命预测系统。详细阐述软件设计整体框架及工作流程，并基于 Python 实现软件开发，应用涂层型自润滑关节轴承全寿命试验数据对软件功能进行验证。
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