一种轴承滚子智能修形设计方法与流程

本发明涉及到轴承智能设计，尤其涉及一种轴承滚子智能修形设计方法。

背景技术：

1、现有轴承滚子修形主要依赖传统几何修形策略与常规优化手段，其中传统方案以对数修形、圆弧修形及椭圆修形为代表，核心通过预设固定几何曲线修正滚子母线形态以缓解端部应力集中，此类方法基于经验公式与简化力学模型构建，仅能适配单一工况下的理想接触场景，未能考虑机械场、热场及流场的多物理场耦合效应及工况动态演化特性；或者将单一基础深度学习模型引入修形辅助设计，但仅能实现简单几何特征提取或单一工况下的参数适配，存在多尺度几何特征关联捕捉不足、修形参数与多物理场耦合关系建模精度欠缺、模型结构固定且无法根据修形复杂度自适应调整等瓶颈，难以满足复杂工况下的动态优化需求；综上，现有技术普遍存在修形精度有限、载荷分布优化不充分、工况适应性与泛化能力薄弱等问题，传统方法易残留应力集中现象，复杂工况下易出现载荷分布不均，常规智能方法难以兼顾局部特征与全局关联，无法实现多工况自适应修形调控，难以匹配高端装备对轴承高精度、长寿命的性能需求。

2、公开号为cn110765617a，公开日为2020年02月07日的中国专利申请文献公开了一种基于润滑理论圆柱滚子轴承滚子对数修形的设计方法，根据静力学模型计算圆柱滚子轴承内部的载荷分布；然后基于最恶劣滚子摩擦副的工况条件利用弹流润滑理论评估润滑状态，弹流润滑理论主要是求解包含雷诺方程、几何间隙方程、粘压密压方程以及载荷平衡方程等一组非线性方程组；最后通过修形系数优化滚子的对数轮廓以达到最佳的润滑及接触状态。

3、该专利申请文献公开的基于润滑理论圆柱滚子轴承滚子对数修形的设计方法，能够降低轴承的振动噪声，提高圆柱滚子轴承的承载能力和使用寿命。但是，难以实现修形曲线与实际工况的精准匹配，修形几何精度与应力控制精度欠佳。

技术实现思路

1、本发明为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种轴承滚子智能修形设计方法，本发明通过卷积注意力特征聚合模块的多尺度特征提取与自适应变换器模型的精细参数优化，精准识别关键几何与物理特征，实现了修形曲线与实际工况的精准匹配，从而显著提升了修形几何精度与应力控制精度。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种轴承滚子智能修形设计方法，包括以下步骤：

4、步骤1、采集轴承滚子的几何参数、工况参数、材料参数及工艺约束参数，预处理后生成输入样本集；

5、步骤2、通过卷积注意力特征聚合模块对输入样本集进行特征提取，输出综合特征集；

6、步骤3、通过自适应变换器模型对综合特征集进行处理，结合多目标优化筛选策略输出初始最优修形参数组合；

7、步骤4、将初始最优修形参数组合导入机械场-热场-流场耦合模型进行仿真验证，通过多维度性能评估获取性能偏差数据，将性能偏差数据作为反馈信息进行迭代优化，直至性能评估结果满足预设目标。

8、所述步骤2中，卷积注意力特征聚合模块为两级串联的移动倒置瓶颈卷积模块，包括前级移动倒置瓶颈卷积和后级移动倒置瓶颈卷积，前级移动倒置瓶颈卷积通过大卷积核与扩张卷积组合提取滚子的宏观几何特征与基础物理特征，后级移动倒置瓶颈卷积通过小卷积核组合提取微观特征，前级移动倒置瓶颈卷积和后级移动倒置瓶颈卷积之间嵌入卷积块注意力模块，通过残差连接完成跨尺度特征融合，输出综合特征集。

9、所述前级移动倒置瓶颈卷积中的大卷积核为3×3卷积核，宏观几何特征包括母线基础形态、凸度分布趋势、整体尺寸适配性及初始形态偏差，基础物理特征包括载荷传递路径、初步接触区域范围、应力分布趋势及材料力学特性适配性。

10、所述后级移动倒置瓶颈卷积中的微观特征包括表面轮廓波动、局部几何突变、潜在应力集中区域的特征信号、材料微观性能异质性及加工残留缺陷特征。

11、所述步骤3中，自适应变换器模型采用可训练的相对位置编码，通过多头自注意力机制挖掘修形参数间的耦合关系及参数与性能的非线性映射关系，并基于可信度评估指标动态调整编码层级。

12、所述卷积块注意力模块通过通道注意力分支与空间注意力分支的级联作用动态分配特征权重，通道注意力分支通过全局平均池化与最大池化的融合运算量化各特征通道的权重，空间注意力分支通过卷积运算生成二维空间权重图。

13、所述残差连接是指将前级移动倒置瓶颈卷积提取的宏观特征与后级移动倒置瓶颈卷积提取的微观特征进行维度对齐与信息融合，形成包含全局几何规律与局部关键细节的多维度综合特征集。

14、所述可信度评估指标通过特征匹配度、约束条件满足度及性能目标契合度综合加权构成。

15、所述多目标优化筛选策略采用非支配排序算法对候选修形参数方案进行筛选。

16、所述修形参数组合包括修形曲线的数学表达式、离散坐标点、凸度分布曲线及过渡区域尺寸。

17、所述步骤4中，多维度性能评估包括载荷分布均匀性、应力控制、润滑稳定性、疲劳寿命预测和几何适配性。

18、所述几何参数包括滚子公称直径、有效接触长度、滚道曲率半径、轴承内外圈公称尺寸、装配间隙及滚子母线初始形态偏差数据。

19、所述工况参数包括额定径向载荷、额定轴向载荷、瞬时冲击载荷范围、工作转速区间、环境温度、滚子工作温度阈值、润滑介质类型及粘度等级。

20、本发明的有益效果主要表现在以下方面：

21、1、本发明，通过卷积注意力特征聚合模块的多尺度特征提取与自适应变换器模型的精细参数优化，精准识别关键几何与物理特征，实现了修形曲线与实际工况的精准匹配，从而显著提升了修形几何精度与应力控制精度。

22、2、本发明，能够有效缓解边缘应力集中并优化载荷分布均匀性，通过机械场-热场-流场耦合验证与闭环迭代反馈机制，使修形方案充分适配复杂多变工况，显著延长轴承疲劳寿命并降低全生命周期成本。

23、3、本发明，卷积注意力特征聚合模块能够精准定位滚子表面的潜在应力集中区域与接触边界，结合多物理场耦合验证的反馈迭代调整，使修形后滚子接触应力分布更加均匀，有效消除传统方法难以避免的边缘应力集中现象，降低局部峰值应力。

24、4、本发明，通过多物理场耦合仿真还原真实工况下的轴承运行状态，使修形方案能够适配不同载荷、转速及润滑条件下的承载需求，有效提升轴承在重载、高速等复杂工况下的承载稳定性与运行可靠性。

25、5、本发明，自适应变换器模型基于可信度评估指标动态调整编码层级，根据修形复杂度自动适配模型深度，无需针对不同工况重新设计模型结构，实现了修形精度与计算效率的动态平衡。

26、6、本发明，通过精准修形能够有效降低滚子表面局部过度磨损与接触疲劳损伤的风险，有利于延长轴承在全生命周期内的疲劳寿命，保障运行可靠性。

27、7、本发明，将多物理场仿真验证结果直接反馈至模型，减少传统方法中依赖经验试错的重复实验与加工验证环节，进而有效缩短修形方案的设计研发周期。

1.一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于：所述步骤2中，卷积注意力特征聚合模块为两级串联的移动倒置瓶颈卷积模块，包括前级移动倒置瓶颈卷积和后级移动倒置瓶颈卷积，前级移动倒置瓶颈卷积通过大卷积核与扩张卷积组合提取滚子的宏观几何特征与基础物理特征，后级移动倒置瓶颈卷积通过小卷积核组合提取微观特征，前级移动倒置瓶颈卷积和后级移动倒置瓶颈卷积之间嵌入卷积块注意力模块，通过残差连接完成跨尺度特征融合，输出综合特征集。

3.根据权利要求2所述的一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于：所述前级移动倒置瓶颈卷积中的大卷积核为3×3卷积核，宏观几何特征包括母线基础形态、凸度分布趋势、整体尺寸适配性及初始形态偏差，基础物理特征包括载荷传递路径、初步接触区域范围、应力分布趋势及材料力学特性适配性。

4.根据权利要求2所述的一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于：所述后级移动倒置瓶颈卷积中的微观特征包括表面轮廓波动、局部几何突变、潜在应力集中区域的特征信号、材料微观性能异质性及加工残留缺陷特征。

5.根据权利要求1所述的一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于：所述步骤3中，自适应变换器模型采用可训练的相对位置编码，通过多头自注意力机制挖掘修形参数间的耦合关系及参数与性能的非线性映射关系，并基于可信度评估指标动态调整编码层级。

6.根据权利要求2所述的一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于：所述卷积块注意力模块通过通道注意力分支与空间注意力分支的级联作用动态分配特征权重，通道注意力分支通过全局平均池化与最大池化的融合运算量化各特征通道的权重，空间注意力分支通过卷积运算生成二维空间权重图。

7.根据权利要求2所述的一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于：所述残差连接是指将前级移动倒置瓶颈卷积提取的宏观特征与后级移动倒置瓶颈卷积提取的微观特征进行维度对齐与信息融合，形成包含全局几何规律与局部关键细节的多维度综合特征集。

8.根据权利要求5所述的一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于：所述可信度评估指标通过特征匹配度、约束条件满足度及性能目标契合度综合加权构成。

9.根据权利要求1所述的一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于：所述多目标优化筛选策略采用非支配排序算法对候选修形参数方案进行筛选。

10.根据权利要求1所述的一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于：所述修形参数组合包括修形曲线的数学表达式、离散坐标点、凸度分布曲线及过渡区域尺寸。

11.根据权利要求1所述的一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于：所述步骤4中，多维度性能评估包括载荷分布均匀性、应力控制、润滑稳定性、疲劳寿命预测和几何适配性。

12.根据权利要求1所述的一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于：所述几何参数包括滚子公称直径、有效接触长度、滚道曲率半径、轴承内外圈公称尺寸、装配间隙及滚子母线初始形态偏差数据。

13.根据权利要求1所述的一种轴承滚子智能修形设计方法，其特征在于：所述工况参数包括额定径向载荷、额定轴向载荷、瞬时冲击载荷范围、工作转速区间、环境温度、滚子工作温度阈值、润滑介质类型及粘度等级。