工业机器人是现代工业进程中机电技术快速发展的产物,是一种面向多领域、融合多学科的机电一体化装置。旋转矢量减速器(Rotate Vector reducer,简称RV减速器)作为工业机器人中的核心部件,主要承担着减速和传递动力的任务,是工业机器人中不可或缺的重要部分。RV减速器的工作环境和承担的任务对它的可靠性提出了很高的要求,而运行过程中可能存在的多种失效模式使得其可靠性问题变得尤为复杂。RV减速器的可靠性直接关系到工业机器人的各项指标,影响着系统中各个装置的运行。RV减速器在多种失效模式的作用下呈现出不同的运行状态,需要根据实际工程来进行相应的可靠性研究,RV减速器的可靠性分析对工业机器人领域的发展有着极其重要的意义。RV减速器的结构较为复杂,国内外的研究取得了一定成果,但仍然有很多难点问题亟待解决,因此,对于RV减速器的结构可靠性的分析和可靠性优化问题的研究具有重要的理论意义和实际工程价值。本文针对某型号的RV减速器进行了结构分析和多种失效模式下的相关性分析;在多失效模式的作用下研究其结构可靠性,提供结构可靠性分析方法;进行可靠性优化设计,提出可行的优化设计方案。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)RV减速器的故障模式影响及危害性分析(Failure Mode Effects and Criticality Analysis,简称FMECA)和故障树分析(Fault Tree Analysis,简称FTA)。本文对RV减速器的结构和其工作环境进行深入分析,得到可能存在的失效模式,确定对应的失效条件,并对各种主要失效模式的原因和影响进行整理和总结。采用FMECA方法对RV减速器的多种失效模式进行分析,找出薄弱环节,将主要失效模式作为研究对象,进行后续可靠性研究。根据FTA方法的分析原理,确定RV减速器的多失效模式所对应的故障表现形式,建立故障树并进行分析。通过分析得出RV减速器的主要失效模式及其故障表现形式,并能得到定性和定量分析结果,为多失效模式下可靠性的研究提供依据。(2)基于Kriging代理模型和有限元分析法的RV减速器结构可靠性分析。在多失效模式的共同作用下RV减速器的结构可靠度将会发生变化,所以对于其结构可靠性的研究具有重要意义。多失效模式下RV减速器的结构会呈现多种不同的极限状态,不同的极限状态对应不同的功能函数。建立功能函数有两种普遍的方法:一种是通过故障物理模型进行构建,得到显式解析表达式;另一种是针对复杂的隐式功能函数,应用代理模型技术得到其近似表达式。本文所研究的RV减速器的功能函数属于复杂的隐式形式,因此,结合有限元分析技术,运用Kriging代理模型对RV减速器进行可靠性建模,对可靠性模型进行分析得到多失效模式下RV减速器的可靠度。分析结果表明,RV减速器的可靠度与多失效模式的形式及它们之间的相关性有着密切联系,考虑多种失效模式的共同作用得到的可靠度更符合实际工程。(3)RV减速器的可靠性优化设计。为改善RV减速器的结构并提高效率,选取一系列结构参数作为设计变量,以其体积和传动效率为目标函数,考虑多失效模式作用下的极限状态约束条件,建立可靠性优化模型。应用多目标遗传算法进行静态可靠性优化分析,得到静态模型下的优化结果;考虑强度退化,引入Gamma过程将静态可靠性优化模型变为动态模型,进行动态优化设计分析,得到动态模型下的优化结果。分析结果表明,RV减速器可靠性优化的静态模型和动态模型所得到的优化结果有所区别,可根据实际工程的要求选择合适的优化模型,得到更为合理的优化结果。