基于失效物理的谐波减速器可靠性分析研究

发布时间：2017-09-04 16:14

  本文关键词：基于失效物理的谐波减速器可靠性分析研究

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【摘要】：课题来源于民用航天关键技术预先研究项目“XXX高可靠长寿命环境试验研究”。随着我国航天技术的快速发展,航天器的在轨工作寿命要求越来越长,可靠性要求也越来越高。空间驱动机构作为航天器不可或缺的重要组成部分,其可靠性和工作性能对航天器的在轨工作寿命有着重要的影响。谐波减速器是空间驱动机构典型的活动零部件,其工作性能受温度、载荷和转速等因素的影响。这些因素相互耦合,共同影响谐波减速器的可靠性。本项目以谐波减速器为研究对象,运用失效物理分析方法对谐波减速器的失效机理进行了分析,并采用混合润滑相关理论分析了转速、温度和载荷对润滑性能的影响,进而建立了多参量耦合的动态精度退化模型,并以机械滞后总量为传动精度表征量,利用蒙特卡洛法和改进的一次二阶矩法分析了转速、温度和载荷对可靠度的影响。主要研究内容如下:(1)分析了空间润滑谐波减速器的失效机理。从谐波减速器的工作原理、传动特点、失效形式和工作环境入手,对空间环境下谐波减速器的失效机理进行了理论分析。并观察可靠性寿命试验后的谐波减速器各个接触面的磨损形貌,对理论分析进行验证。(2)以膜厚比、接触载荷比、接触面积比作为混合润滑表征量,建立了柔轮内壁—波发生器柔性轴承外壁的混合润滑分析模型,分析了转速、温度、载荷对谐波减速器润滑性能的影响。并根据分析结果,得到了转速、温度、载荷这三个因素和膜厚比的关系,以及膜厚比和接触载荷比的关系。(3)基于Greenwood—Williamson模型和Archard模型,推导了以接触载荷比为表征量的混合润滑状态下的黏着磨损模型。(4)建立了多参量耦合的精度退化模型。通过对谐波减速器的轮齿啮合分析,利用MATLAB仿真得到了磨损量和啮合齿数、啮合深度、啮合刚度的关系,进而得到空程回差和弹性回差随磨损量的变化规律,最终建立了以机械滞后总量为表征量的多参量耦合的动态精度退化模型。(5)建立了谐波减速器传动精度可靠性分析模型。根据可靠性分析模型,分析了额定工况下谐波减速器的可靠度随工作时间的变化规律,以及工作时间为5000h时,不同的转速、温度和载荷对谐波减速器的可靠度的影响规律。
【关键词】：谐波减速器 失效物理 可靠性 混合润滑 精度退化模型
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V441
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究背景及意义9-10
• 1.2 谐波减速器国内外研究现状10-13
• 1.2.1 谐波齿轮传动技术发展概况10-11
• 1.2.2 谐波减速器润滑特性研究11-12
• 1.2.3 谐波减速器主要失效研究12-13
• 1.3 失效物理分析技术13-15
• 1.3.1 失效物理概述13-14
• 1.3.2 应力—强度干涉模型14-15
• 1.4 可靠性分析方法15-17
• 1.5 主要研究内容17-19
• 2 谐波减速器失效机理分析19-29
• 2.1 谐波齿轮传动的基本原理及特点19-21
• 2.1.1 谐波减速器的工作原理19-20
• 2.1.2 谐波减速器的传动特点20-21
• 2.2 谐波减速器的传动性能指标21-23
• 2.2.1 传动效率21-22
• 2.2.2 传动误差22
• 2.2.3 回差22-23
• 2.2.4 扭转刚度23
• 2.3 谐波减速器传动精度退化过程23-28
• 2.3.1 谐波减速器的失效形式23-26
• 2.3.2 谐波减速器的失效机理26
• 2.3.3 磨损对传动精度的影响26-28
• 2.4 本章小结28-29
• 3 谐波减速器混合润滑仿真分析29-45
• 3.1 谐波减速器基本参数29-30
• 3.2 混合润滑状态表征量30-31
• 3.3 混合润滑控制方程31-32
• 3.4 数值求解方法32-33
• 3.5 等效润滑模型的建立33-35
• 3.5.1 当量曲率半径的计算33-35
• 3.5.2 等效载荷的计算35
• 3.5.3 相对运动速度的计算35
• 3.6 仿真结果分析35-41
• 3.6.1 转速—温度对润滑性能的影响35-37
• 3.6.2 转速—载荷对润滑性能的影响37-39
• 3.6.3 转速对润滑性能的影响39-41
• 3.7 膜厚比—温度-转速-载荷数学模型41-42
• 3.8 膜厚比—接触载荷比数学模型42-44
• 3.9 本章小结44-45
• 4 多参量耦合的动态精度退化模型45-67
• 4.1 混合润滑粗糙表面接触模型45-47
• 4.2 混合润滑黏着磨损模型47-49
• 4.3 磨损对啮合齿数和啮合深度的影响49-59
• 4.3.1 渐开线谐波齿轮啮合分析49-54
• 4.3.2 磨损对啮合齿数的影响54-57
• 4.3.3 磨损对啮合深度的影响57-59
• 4.4 磨损对啮合刚度的影响59-62
• 4.5 磨损对机械滞后总量的影响62-64
• 4.5.1 空程回差62-63
• 4.5.2 弹性回差63-64
• 4.6 传动精度退化模型64-65
• 4.7 本章小结65-67
• 5 谐波减速器的传动精度可靠性分析67-81
• 5.1 可靠性分析建模67-69
• 5.1.1 传动精度可靠性模型67
• 5.1.2 基本变量随机分布讨论67-69
• 5.2 基于Monte Carlo法和AFOSM法的可靠性分析69-76
• 5.2.1 蒙特卡洛方法模拟的基本原理69
• 5.2.2 蒙特卡洛法可靠性分析69-72
• 5.2.3 改进的一次二阶矩法可靠性分析72-76
• 5.3 可靠性影响因素分析76-79
• 5.3.1 温度对可靠度的影响76-77
• 5.3.2 转速对可靠度的影响77-78
• 5.3.3 载荷对可靠度的影响78-79
• 5.4 本章小结79-81
• 6 结论与展望81-83
• 6.1 本文主要结论81-82
• 6.2 后续工作展望82-83
• 致谢83-85
• 参考文献85-89
• 附录89
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文89
• B 作者在攻读硕士学位期间获奖89

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本文编号：792534