發(fā)布時(shí)間：2020-07-24 21:56

【摘要】：課題來(lái)源于民用航天預(yù)研項(xiàng)目及國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“新型高性能傳動(dòng)件及系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)理論與方法”。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，空間驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)正向長(zhǎng)壽命、高精度、高可靠、高功率密度及高穩(wěn)定度技術(shù)方向發(fā)展。但空間驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的可靠性和工作壽命直接受相關(guān)基礎(chǔ)理論研究的影響，尤其在復(fù)雜空間環(huán)境綜合應(yīng)力作用下的動(dòng)態(tài)服役行為和失效機(jī)理還沒(méi)得到深入分析和研究，也沒(méi)有建立一套科學(xué)合理的壽命試驗(yàn)方法和規(guī)范以經(jīng)濟(jì)有效地驗(yàn)證研制產(chǎn)品的在軌壽命，這些問(wèn)題已經(jīng)成為空間驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)長(zhǎng)壽命技術(shù)發(fā)展中的薄弱環(huán)節(jié)，也是造成近年來(lái)空間驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在軌故障頻發(fā)的主要深層次原因，極大地制約著后續(xù)航天器長(zhǎng)壽命技術(shù)的發(fā)展。 針對(duì)上述問(wèn)題，本課題以空間驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中最典型的關(guān)鍵部件諧波減速器為研究對(duì)象，采用混合潤(rùn)滑相關(guān)理論對(duì)其失效機(jī)理進(jìn)行深入研究，并建立失效模型，在此基礎(chǔ)上提出了加速壽命試驗(yàn)方法，最后搭建空間潤(rùn)滑諧波減速器綜合性能測(cè)試系統(tǒng)并進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證。主要研究?jī)?nèi)容包括： （1）制備了空間潤(rùn)滑諧波減速器，剛輪與柔輪齒面采用類金剛石碳膜（WC-DLC:H）與PFPE基潤(rùn)滑脂（Braycote601）復(fù)合潤(rùn)滑，柔性軸承采用MoS2-Ti復(fù)合固體潤(rùn)滑薄膜與聚四氟乙烯保持器進(jìn)行潤(rùn)滑，柔輪與波發(fā)生器間的接觸面單獨(dú)采用Braycote601進(jìn)行潤(rùn)滑。并對(duì)各潤(rùn)滑材料進(jìn)行了力學(xué)與摩擦學(xué)性能試驗(yàn)。 （2）為建立混合潤(rùn)滑模型以研究油脂潤(rùn)滑部位的失效機(jī)理，首先推導(dǎo)了等溫條件下的Reynolds方程，在此基礎(chǔ)上建立了考慮表面粗糙度的線接觸統(tǒng)一膜厚方程，同時(shí)考慮了潤(rùn)滑劑的黏—壓、黏—溫、密—壓及非牛頓流體特性。分析柔輪內(nèi)壁—柔性軸承外圈，柔輪—?jiǎng)傒嘄X面兩對(duì)接觸副的相對(duì)運(yùn)動(dòng)及載荷分布情況，并建立了等效潤(rùn)滑模型。在此基礎(chǔ)上以膜厚比（λ）、微凸體接觸承擔(dān)的載荷比例（Wc）以及所占接觸面積比例（Ac）作為混合潤(rùn)滑狀態(tài)表征量，對(duì)其進(jìn)行混合潤(rùn)滑仿真分析。 （3）基于混合潤(rùn)滑仿真分析結(jié)果，探討了油脂潤(rùn)滑接觸區(qū)域的失效機(jī)理，轉(zhuǎn)速、載荷、溫度對(duì)其潤(rùn)滑狀態(tài)的影響規(guī)律及作用機(jī)制。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速對(duì)潤(rùn)滑狀態(tài)的影響效果最為明顯，載荷與溫度影響相對(duì)較小。且低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)溫度與載荷對(duì)微凸體接觸程度的影響效果較為明顯，隨著轉(zhuǎn)速的增大溫度與載荷對(duì)其影響逐漸減小，該理論分析結(jié)果為加速壽命試驗(yàn)的加速應(yīng)力與加速因子選擇提供了理論依據(jù)。 （4）分析了諧波減速器回差、扭轉(zhuǎn)剛度與傳動(dòng)精度的影響因素及其作用規(guī)律，建立了減速器內(nèi)部各摩擦副之間磨損產(chǎn)生的間隙與其回差、扭轉(zhuǎn)剛度及傳動(dòng)精度的計(jì)算公式。 （5）通過(guò)磨損試驗(yàn)擬合了MoS2-Ti復(fù)合薄膜與聚四氟乙烯兩種材料的磨損模型，基于磨損模型判斷了兩種固體潤(rùn)滑材料的可加速性。分析了混合潤(rùn)滑狀態(tài)下，微凸體接觸程度對(duì)摩擦系數(shù)的影響規(guī)律，并基于Johnson—Williamson的混合潤(rùn)滑模型與Archard的黏著磨損模型提出了以摩擦系數(shù)為主要表征量的混合潤(rùn)滑狀態(tài)下的黏著磨損模型。基于該磨損模型與線接觸彈流潤(rùn)滑的膜厚方程，分別提出了全膜潤(rùn)滑與混合潤(rùn)滑兩種狀態(tài)下摩擦副的加速壽命試驗(yàn)準(zhǔn)則。進(jìn)一步提出了空間潤(rùn)滑諧波減速器的加速壽命試驗(yàn)方法，包括加速應(yīng)力與加速因子的選擇以及加速壽命與正常壽命間的外推關(guān)系建立。 （6）研究了諧波減速器傳動(dòng)精度、傳動(dòng)效率、回差與扭轉(zhuǎn)剛度的精密測(cè)試方法，搭建了熱真空環(huán)境下諧波減速器各傳動(dòng)性能指標(biāo)在線、原位測(cè)試的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。對(duì)空間潤(rùn)滑諧波減速器進(jìn)行5000小時(shí)的熱真空壽命試驗(yàn)，相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TH117.2;V431
【圖文】：

構(gòu)的在軌工作性能和壽命具有普遍的指導(dǎo)意義。減速器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀波齒輪傳動(dòng)是一種靠中間擾性彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力,由于中間擾性構(gòu)件的變形過(guò)程基本上是一個(gè)對(duì)稱的諧波，聯(lián)工程師A.И.Mocκвитин首先于1947年提出來(lái)的[1]。。1953美國(guó)的C.W Musser教授發(fā)明了諧波齒輪減速器,并于1959年紐約展出實(shí)物。在諧波傳動(dòng)出現(xiàn)后短短的二十幾年中，世中了一批研究力量，致力于這類新型傳動(dòng)裝置的研制，幾領(lǐng)域中的全部問(wèn)題均進(jìn)行了不同程度的研究[2-5]。。當(dāng)然，由問(wèn)題的復(fù)雜性和廣泛性，因而有不少問(wèn)題目前尚未作最后齒輪傳動(dòng)的工作原理.1 所示，諧波減速器主要包括以下三個(gè)零部件：波發(fā)生器（輪（CS）。波發(fā)生器通常為橢圓形的凸輪，當(dāng)波發(fā)生器為主軸承內(nèi)，再將它們裝入柔輪內(nèi)。此時(shí)柔輪由原來(lái)的圓形變

.4 空間應(yīng)用諧波減速器發(fā)展趨勢(shì)①更高的功率密度。由于柔輪要產(chǎn)生彈性變形，為保證具有一定撓度，為杯狀的薄壁件，其軸向長(zhǎng)度有待進(jìn)一步縮短。如圖 1.2 所示，目前日本動(dòng)系統(tǒng)公司已將柔輪的軸向長(zhǎng)度縮短為原來(lái)的 1/3。另外可通過(guò)一體化設(shè)較輕材料制造齒輪，然后在齒面做涂層處理獲得相應(yīng)的承載能力，并通分析去除多余材料。

ed[22]等采用了 MAPLUB PF 潤(rùn)滑脂（屬于 PFPE 基潤(rùn)滑脂）進(jìn)行潤(rùn)滑9.87×106轉(zhuǎn)的熱真空壽命試驗(yàn)，試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)柔輪與剛輪齒面出現(xiàn)輕微驅(qū)動(dòng)力矩有所升高，說(shuō)明減速器內(nèi)部摩擦力矩增大，傳動(dòng)效率下降京控制工程研究所李曉輝[23]等采用美國(guó) Castrol 公司生產(chǎn)的 Braycote對(duì)諧波減速器進(jìn)行潤(rùn)滑，并采用如圖 1.4 所示試驗(yàn)裝置，進(jìn)行熱真空能試驗(yàn)，主要評(píng)價(jià)了溫度對(duì)潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑性能的影響，以及由此引起內(nèi)部溫升及傳動(dòng)效率的變化。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2769443