双圆弧谐波减速器加速寿命试验方法研究

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高精度谐波减速器广泛应用于航空航天、医疗器械、工业机器人等领域。目前谐波减速器的设计寿命普遍要求大于8000h,当生产厂家在评估或预测产品正常使用寿命指标时,若通过全寿命试验,试验周期长、费用代价高,难以满足生产厂家低成本开发谐波减速器的需求,因此工程中亟需进行谐波减速器加速寿命试验方法研究,为谐波减速器疲劳性能分析与寿命预测提供基础。针对以上问题,本文以双圆弧谐波减速器为研究对象,基于加速寿命试验理论,从谐波减速器失效模式分析、失效边界确立、试验台搭建、试验方案制定及试验数据统计分析方面开展谐波减速器加速寿命试验方法研究,提出了一种基于恒定应力加载的双圆弧谐波减速器定时截尾加速寿命试验方法,实验结果表明该方法可为谐波减速器加速寿命试验提供工程指导。论文主要内容如下:(1)根据谐波减速器的结构特点及传动原理,分析其主要失效模式及失效机理;运用故障模式及严重度分析法对各失效模式的严重程度进行量化表征,得到各失效模式的风险顺序系数,根据风险顺序数的大小,确定双圆弧谐波减速器加速寿命试验的主要失效零件为柔轮和柔性轴承。(2)根据柔轮齿面耐磨性、疲劳强度、筒体稳定性和柔性轴承使用寿命公式,计算谐波减速器额定负载下初始失效边界;采用有限元法,建立双圆弧谐波减速器整机接触有限元模型,分析不同加速负载下柔性轴承和柔轮的变形和应力分布;根据柔轮材料的疲劳强度极限与有限元分析结果,确定双圆弧谐波减速器加速寿命试验的失效边界。(3)提出了一种基于恒定应力加载的双圆弧谐波减速器定时截尾加速寿命试验流程及方法,加速应力水平通过谐波减速器的试验转矩与转速表征,以谐波减速器传动误差超过设计值或柔性轴承断裂为失效判据;搭建了包括驱动系统、试验件及安装支承系统、惯性负载、加速度传感器等在内的谐波减速器加速寿命试验平台;在试验平台上根据前述试验流程对样机进行加速寿命试验,获得了样机的小样本试验数据。(4)提出一种谐波减速器加速寿命试验小样本数据处理方法,该方法根据小样本试验数据特征,建立谐波减速器寿命分布模型及加速寿命模型,运用极大似然法和马尔可夫蒙特卡洛法对威布尔分布未知参数进行求解,提高威布尔分布参数估计的精确性;在此基础上评估谐波减速器的可靠性水平,并计算出各加速应力水平的加速系数。利用上述方法对样机小样本试验数据进行分析处理,结果表明该方法提高了谐波减速器基本额定寿命可靠度评价标准,样机比中位寿命的评价标准高出62%,提高了寿命评估的准确性,试验中的加速应力水平具有较好的加速性,极大的缩短了试验时间。
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