(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 202211218654.2 (22)申请日 2022.10.06 (71)申请人 哈尔滨理工大 学 地址 150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学 府路52号 (72)发明人 李云峰　李明　李若璇　田澳　 张航　徐新明　 (51)Int.Cl. G06K 9/00(2022.01) G06N 3/04(2006.01) G06F 16/901(2019.01) G01M 13/04(2019.01) G06Q 10/00(2012.01) G06Q 50/04(2012.01) (54)发明名称 基于数字孪生的航空发动机主轴轴承全生 命周期分析方法 (57)摘要 本发明所述的是一种基于数字孪生的航空 发动机主轴轴承全生命周期分析方法， 包括四大 步骤： 步骤1， 建立数字孪生车间， 在数字孪生车 间的基础上建立基于数字孪生的航空发动机主 轴轴承的制造工艺。 步骤2， 建立航空发动机主轴 轴承数字孪生模 型， 依据多参数数据实时监测或 模拟仿真主轴轴承的运动状态。 步骤3， 提取待分 析的振动信号， 降噪处理后输入训练完成的人工 神经网络， 智能识别主轴轴承的故障类型。 步骤 4， 仿真航空发动机主轴轴承加速疲劳寿命试验， 对试验结果进行寿命分析， 制定主轴轴承的维护 策略。 本发 明通过将基于数字孪生的航空发动机 主轴轴承制造工艺的影响引入到主轴轴承故障 诊断当中， 为主轴轴承的可靠性 分析上提供了新 思路。 权利要求书3页 说明书6页 附图2页 CN 115496107 A 2022.12.20 CN 115496107 A 1.基于数字孪生的航空发动机主轴轴承全生命周期分析方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 步骤1： 建立数字孪生车间， 实时监测并采集基于数字孪生的航空发动机主轴轴承制造 过程的工艺数据， 以及主轴 轴承基本尺寸 参数； 步骤2： 建立航空发动机主轴轴承数字孪生模型， 对不同状态下主轴轴承进行仿真试验 并监测其多参数信号， 利用监测的仿真信号中提取出 的多参数数据和步骤1中所得 的数字 孪生工艺数据和主轴 轴承的基本尺寸 参数完善航空发动机主轴 轴承数字 孪生数据库； 步骤3： 利用步骤2所得的航空发动机主轴轴承数字孪生数据库， 分析经过降噪处理的 特征信号， 对航空发动机主轴轴承进 行故障诊断， 利用智能算法识别主轴轴承故障类型， 找 出主轴轴承发生故障时的故障频率； 步骤4： 利用步骤2中航空发动机主轴轴承数字孪生数据库与步骤3中的故障诊断识别 方法进行航空发动机主轴轴承加速寿命仿真试验， 分析航空发动机主轴轴承的磨损特性， 完成航空发动机主轴 轴承数字 孪生维护模型， 制定主轴 轴承维护策略， 实现预测性维护。 2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的航空发动机主轴轴承全生命周期分析方法， 其特征在于， 步骤1建立数字 孪生车间包括以下步骤： 步骤1‑1： 建立航空发动机主轴 轴承生产车间的虚拟模型； 步骤1‑2： 基于生产航空发动机主轴轴承车间的设备信 息和人员配制， 构建航空发动机 主轴轴承生产车间数字 孪生数据库； 步骤1‑3： 利用上述步骤1 ‑1中的航空发动 机主轴轴承生产车间的虚拟模型和上述步骤 1‑2中的航空发动机主轴轴承生产车间的数字孪生数据库完成航空发动机主轴轴承数字孪 生车间， 仿真主轴轴承的实际制 造过程， 实现航空发动机主轴轴承生产过程的优化和精确 控制。 3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的航空发动机主轴轴承全生命周期分析方法， 其特征在于， 步骤1所述的基于数字孪生的航空发动机主轴轴承制 造过程的工艺数据包括 以下步骤： 步骤1‑4： 建立基于数字 孪生的航空发动机主轴 轴承钢的冶金虚拟模型； 步骤1‑5： 依据步骤1 ‑4中的冶金虚拟模型和实际冶金过程中的工艺数据完成航空发动 机主轴轴承冶金工艺数字 孪生数据库； 步骤1‑6： 结合步骤1 ‑3中的航空发动机主轴轴承数字孪生车间和步骤1 ‑5中的航空发 动机主轴轴承冶金工艺数字孪生数据库完成航空发动机主轴轴承冶金工艺数字孪生模型， 基于该模型 的冶金工艺的仿真试验数据再反馈给航空发动机主轴轴承冶金工艺数字孪生 数据库； 步骤1‑7： 建立基于数字 孪生的航空发动机主轴 轴承的锻造虚拟模型； 步骤1‑8： 依据步骤1 ‑7中的锻造虚拟模型和实际锻造过程中的工艺数据完成航空发动 机主轴轴承锻造 工艺数字 孪生数据库； 步骤1‑9： 结合步骤1 ‑3中的航空发动机主轴轴承数字孪生车间和步骤1 ‑8中的航空发 动机主轴轴承锻造工艺数字孪生数据库完成航空发动机主轴轴承锻造工艺数字孪生模型， 基于该模型 的锻造工艺的仿真试验数据再反馈给航空发动机主轴轴承锻造工艺数字孪生 数据库；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115496107 A 2步骤1‑10： 建立基于数字 孪生的航空发动机主轴 轴承的热处 理虚拟模型； 步骤1‑11： 依据步骤1 ‑10中的热处理虚拟模型和实际热处理过程中的工艺数据完成航 空发动机主轴 轴承热处 理工艺数字 孪生数据库； 步骤1‑12： 结合步骤1 ‑3中的航空发动机主轴轴承数字孪生车间和步骤1 ‑11中的航空 发动机主轴轴承热处理工艺数字孪生数据库完成航空发动机主轴轴承热处理工艺数字孪 生模型， 基于该模型的热 处理工艺的仿 真试验数据再反馈给航空发动机主轴轴承热处理工 艺数字孪生数据库； 步骤1‑13： 建立基于数字 孪生的航空发动机主轴 轴承的切削、 研磨加工虚拟模型； 步骤1‑14： 依据步骤1‑13中的切削、 研磨加工虚拟模型和实际的切削、 研磨加工过程中 的工艺数据完成航空发动机主轴 轴承切削、 研磨加工数字 孪生数据库； 步骤1‑15： 结合步骤1 ‑3中的航空发动机主轴轴承数字孪生车间和步骤1 ‑14中的航空 发动机主轴轴承切削、 研磨加工数字孪生数据库完成航空发动机主轴轴承切削、 研磨加工 数字孪生模型， 基于该模型 的切削、 研磨加工的仿真试验数据再反馈给航空发动机主轴轴 承切削、 研磨加工数字 孪生数据库； 步骤1‑16： 利用步骤1 ‑6中的冶金工艺数字孪生数据库、 步骤1 ‑9中的锻造工艺数字孪 生数据库、 步骤1 ‑12中的热处理工艺数字孪生数据库、 步骤1 ‑15中的切削、 研磨加工数字孪 生数据库， 构建基于数字 孪生的航空发动机主轴 轴承制造过程中的工艺数据。 4.根据权利要求1所述的基于数字孪生的航空发动机主轴轴承全生命周期分析方法， 其特征在于， 步骤1所述的主轴轴承基本尺 寸参数至少包括主轴轴承的型号、 质量、 尺寸、 接 触角、 安装尺寸、 基本额定载荷、 极限转速、 预紧力、 卸载力、 轴承刚度。 5.根据权利要求1所述的基于数字孪生的航空发动机主轴轴承全生命周期分析方法， 其特征在于， 步骤2所述的建立 航空发动机主轴 轴承数字 孪生模型包括以下步骤： 步骤2‑1： 依据步骤1中主轴 轴承基本尺寸 参数建立 航空发动机主轴 轴承虚拟模型； 步骤2‑2： 依据与步骤2 ‑1中航空发动 机主轴轴承虚拟模型相同型号的实际物理主轴轴 承的多参数工况数据和步骤1中航空发动机主轴轴承制 造过程中的工艺数据， 共同构建航 空发动机主轴 轴承数字 孪生数据库； 步骤2‑3： 结合步骤2 ‑1中航空发动机主轴轴承虚拟模型和步骤2 ‑2中航空发动机主轴 轴承数字 孪生数据库完成航空发动机主轴 轴承数字 孪生模型； 步骤2‑4： 依据步骤2 ‑3中的航空发动 机主轴轴承数字孪生模型实时监测并采集主轴轴 承在实际试验中的多参数 数据； 步骤2‑5： 基于步骤2 ‑3中的航空发动 机主轴轴承数字孪生模型所完成的主轴轴承仿真 试验， 其仿真数据和步骤2 ‑4中监测的多参数数据都将反馈给航空发动机主轴轴承数字孪 生数据库， 并不断完 善航空发动机主轴 轴承数字 孪生模型。 6.根据权利要求4所述的基于数字孪生的航空发动机主轴轴承全生命周期分析方法， 其特征在于， 步骤2 ‑2中， 主轴轴承的多参数数据至少包括振动信号、 转速、 载荷、 温度、 流 量、 位移、 功率、 电流。 7.根据权利要求1所述的基于数字孪生的航空发动机主轴轴承全生命周期分析方法， 其特征在于， 步骤3所述的对航空发动机主轴 轴承进行故障诊断包括以下步骤： 步骤3‑1： 依据步骤2 ‑4中航空发动机主轴轴承数字孪生数据库中的航空发动机主轴轴权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115496107 A 3