(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211226136.5 (22)申请日 2022.10.09 (71)申请人 浙江中自庆安 新能源技 术有限公司 地址 310018 浙江省杭州市经济技 术开发 区6号大街26 0号1幢 (72)发明人 林子晗　秦巍　 (74)专利代理 机构 杭州钤韬知识产权代理事务 所(普通合伙) 33329 专利代理师 赵杰香 (51)Int.Cl. G01M 13/045(2019.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于数字孪生模型的智能轴承监测方 法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于数字孪生模型的智 能轴承监测方法， 构建滚动轴承的多体动力学模 型， 获取内圈、 外圈、 滚动体以及保持架的质心的 线速度； 设置一组传动修正系数， 计算得到保持 架与滚动体的各个铰接点相对于保持架质心的 偏移变化量， 得到修正后的每一个滚动体质心的 线速度， 获取该组传动修正系数所对应滚动轴承 的内圈、 外圈、 滚动体以及保持架的振动特征值； 得到每一组传动修正系数对应的滚动轴承的内 圈、 外圈、 滚动体以及保持架的振动特征值； 将滚 动轴承的当前振动特征值分别与每一组振动特 征值进行比对， 若比对成功， 则该组振动特征值 作为当前滚动轴承各个组成部分的振动特征值。 本发明能够精确获取滚动轴承内部结构的振动 信号。 权利要求书3页 说明书7页 附图1页 CN 115452382 A 2022.12.09 CN 115452382 A 1.一种基于数字 孪生模型的智能轴承监测方法， 其特 征在于， 所述方法包括 步骤： S1、 根据滚动轴承中各个组成部分的几何信息和材质 构建多体动力学模型， 获取各个 组成部分的质心在自身坐标体系下的线速度， 所述组成部 分包括内圈、 外圈、 滚动体和保持 架； S2、 设置一组传动修正系数， 根据每一个滚动件的质心在自身坐标系下的线速度， 计算 得到保持架与滚动体的各个铰接点相对于保持架质心的偏移变化量， 得到修正后的每一个 滚动体质心的线速度； S3、 根据滚动轴承的内圈、 外圈、 保持架的质心的线速度， 以及修正后的每一个滚动体 质心的线速度， 获取该组传动修正系数所对应滚动轴承的内圈、 外圈、 滚动体以及保持架的 振动特征值； S4、 设置多组传动修正系数， 重复执行步骤S2~S3， 得到每一组传动修正系数所对应的 滚动轴承的内圈、 外圈、 滚动体以及保持架的振动特 征值； S5、 获取当前滚动轴承的当前振动特征值， 将当前振动特征值分别与每一组振动特征 值进行比对， 若一组振动特征值中至少满足一个振动特征值比对成功， 则该组所对应的滚 动轴承的内圈、 外圈、 滚动体以及保持架的振动特 征值作为当前滚动轴承的振动特 征值。 2.如权利要求1所述的基于数字孪生模型的智能轴 承监测方法， 其特征在于， 所述步骤 S1包括： 根据所述滚动轴 承中各个组成部分的几何形状和材质， 构建所述滚动轴 承的三维结构 模型， 并以所述 三维结构模型构建滚动轴承的内圈、 外圈、 滚动体和保持架的传动模型。 3.如权利要求2所述的基于数字孪生模型的智能轴 承监测方法， 其特征在于， 所述步骤 S1还包括： 根据滚动体的几何形状和材质， 获取滚动体的质量和转动惯量， 设置每一个滚动体与 内圈之间的弹性系 数， 设置每一个滚动体与内圈之间的转动角度变化修正值， 计算得到每 一个滚动体与 内圈之间弹性引起的转动力矩Mj,in， 所述转动力矩Mj,in通过公式(1)计算得 到： （1） ； 其中， kj,in为j个滚动体与内圈之间的弹性系数， θj,in为由第j个滚动体与内圈之间弹性 引起的转动角度变化的修正值， rj为第j个滚动体 半径， epa为滚动体与内圈之间的接触线方 向， epn为滚动体转轴方向。 4.如权利要求3所述的基于数字孪生模型的智能轴 承监测方法， 其特征在于， 所述步骤 S1还包括： 设置每一个滚动体与外圈之间的弹性系数， 以及每一个滚动体与外圈之间的转动角度 变化修正值， 根据公式 （1） 计算得到每一个滚动体与外圈之间弹性引起的转动力矩； 设置每一个滚动体与保持架之间的弹性系数， 以及每一个滚动体与保持架之间的转动 角度变化 修正值， 根据公式 （1） 计算得到每一个滚动体与保持架之间弹性引起的转动力矩； 由滚动体与内圈之间弹性引起的转动力矩、 滚动体与外圈之间弹性引起的转动力矩以 及滚动体与保持架之间弹性引起的转动力矩构成每一个滚动体所受外力引起的力矩。 5.如权利要求4所述的基于数字孪生模型的智能轴 承监测方法， 其特征在于， 所述步骤权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115452382 A 2S1还包括： 根据每一个滚动体所受外力引起的力矩， 计算得到每一个滚动体所受的外力； 根据滚动体的几何形状和材质， 获取每一个滚动体的质量和转动惯量， 并基于每一个 滚动体在自身坐标系下所 受的惯性力和以及滚动体所 受的外力， 根据滚动体的平动方程和 转动方程计算得到每一个滚动体的质心在自身坐标系下的线速度。 6.如权利要求5所述的基于数字孪生模型的智能轴 承监测方法， 其特征在于， 所述步骤 S1包括： 滚动体的平动方程 为式 （2） ： （2） ； 其中， 下标j代表第j个滚动体， mj为第j个滚动体的质量， uj为第j个滚动体的质心的线 速度， FI,j为第j个滚动体在自身坐标系下 所受的惯性力， Fext,j为第j个滚动体所受的外力； 滚动体的转动方程 为式 （3） ： （3） ； 其中， 下标j代表第j个滚动体， R为滚动体的转动矩阵， 上标T表示矩阵的转置， I为滚动 体的转动惯量， φ为滚动体的转动角度， 具有x、 y、 z轴三个方向自由度， MI,j为第j个滚动体 在自身坐标系下 所受的惯性力引起的力矩， Mext,j为第j个滚动体所受外力引起的力矩。 7.如权利要求6所述的基于数字孪生模型的智能轴 承监测方法， 其特征在于， 所述步骤 S2包括： 根据每一个滚动件的质心在自身坐标系下的线速度， 计算得到保持架与每一个滚动体 的铰接点的速度， 获取滚动轴承转动过程中各个铰接点相对于保持架质心的偏移变化量， 根据所述位移变化量对滚动体的质心线速度进行修正， 得到修正后的每一个滚动体的质心 线速度。 8.如权利要求7所述的基于数字孪生模型的智能轴 承监测方法， 其特征在于， 所述步骤 S2包括： 保持架与每一个滚动体的铰接点的速度uj,s的计算公式为式 （4） ： （4） ； 其中， uj为第j个滚动体的质心在自身坐标系下的线速度， Rj为第j个滚动体的转动矩 阵， I为滚动体的转动惯量， Xj,s为第j个滚动体和保持架的铰接点的坐标， Xj为第j个滚动体 质心， Xs为保持架质心， uj,s为保持架和第j个滚动体的铰接点 的速度， α为第一传动修正系 数， β 为第二传动修 正系数。 9.如权利要求8所述的基于数字孪生模型的智能轴 承监测方法， 其特征在于， 所述步骤 S3包括： 根据滚动轴承的内圈的质心在自身坐标系下的线速度、 外圈的质心在自身坐标系下的 线速度、 保持架在自身坐标系下的线速度， 以及修正后的每一个滚动体的质心线速度， 分布 获取在该组传动修正系数下滚动轴承的内圈、 外圈、 滚动体以及保持架的速度分布， 对滚动 轴承的内圈、 外圈、 滚动体以及保持架的速度分布分别进行傅里叶变换， 得到对应的振荡频 谱， 进而获取滚动轴承的内圈、 外圈、 滚动体以及保持架的振荡 特征值。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115452382 A 3