【摘要】：課題來源于民用航天預(yù)研項目及國家自然科學(xué)基金重點項目“新型高性能傳動件及系統(tǒng)的可靠性設(shè)計理論與方法”。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，空間驅(qū)動機構(gòu)正向長壽命、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)動機構(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)力作用下的動態(tài)服役行為和失效機理還沒得到深入分析和研究，也沒有建立一套科學(xué)合理的壽命試驗方法和規(guī)范以經(jīng)濟有效地驗證研制產(chǎn)品的在軌壽命，這些問題已經(jīng)成為空間驅(qū)動機構(gòu)長壽命技術(shù)發(fā)展中的薄弱環(huán)節(jié)，也是造成近年來空間驅(qū)動機構(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)航天器長壽命技術(shù)的發(fā)展。 針對上述問題，本課題以空間驅(qū)動機構(gòu)中最典型的關(guān)鍵部件諧波減速器為研究對象，采用混合潤滑相關(guān)理論對其失效機理進行深入研究，并建立失效模型，在此基礎(chǔ)上提出了加速壽命試驗方法，最后搭建空間潤滑諧波減速器綜合性能測試系統(tǒng)并進行了相關(guān)的試驗驗證。主要研究內(nèi)容包括： （1）制備了空間潤滑諧波減速器，剛輪與柔輪齒面采用類金剛石碳膜（WC-DLC:H）與PFPE基潤滑脂（Braycote601）復(fù)合潤滑，柔性軸承采用MoS2-Ti復(fù)合固體潤滑薄膜與聚四氟乙烯保持器進行潤滑，柔輪與波發(fā)生器間的接觸面單獨采用Braycote601進行潤滑。并對各潤滑材料進行了力學(xué)與摩擦學(xué)性能試驗。 （2）為建立混合潤滑模型以研究油脂潤滑部位的失效機理，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，同時考慮了潤滑劑的黏—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—剛輪齒面兩對接觸副的相對運動及載荷分布情況，并建立了等效潤滑模型。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）作為混合潤滑狀態(tài)表征量，對其進行混合潤滑仿真分析。 （3）基于混合潤滑仿真分析結(jié)果，探討了油脂潤滑接觸區(qū)域的失效機理，轉(zhuǎn)速、載荷、溫度對其潤滑狀態(tài)的影響規(guī)律及作用機制。發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速對潤滑狀態(tài)的影響效果最為明顯，載荷與溫度影響相對較小。且低速運轉(zhuǎn)時溫度與載荷對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其影響逐漸減小，該理論分析結(jié)果為加速壽命試驗的加速應(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)剛度及傳動精度的計算公式。 （5）通過磨損試驗擬合了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滑材料的可加速性。分析了混合潤滑狀態(tài)下，微凸體接觸程度對摩擦系數(shù)的影響規(guī)律，并基于Johnson—Williamson的混合潤滑模型與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滑狀態(tài)下的黏著磨損模型�；谠撃p模型與線接觸彈流潤滑的膜厚方程，分別提出了全膜潤滑與混合潤滑兩種狀態(tài)下摩擦副的加速壽命試驗準(zhǔn)則。進一步提出了空間潤滑諧波減速器的加速壽命試驗方法，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精度、傳動效率、回差與扭轉(zhuǎn)剛度的精密測試方法，搭建了熱真空環(huán)境下諧波減速器各傳動性能指標(biāo)在線、原位測試的實驗系統(tǒng)。對空間潤滑諧波減速器進行5000小時的熱真空壽命試驗，相關(guān)試驗結(jié)果驗證了理論分析的正確性。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：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。減速器國內(nèi)外研究現(xiàn)狀波齒輪傳動是一種靠中間擾性彈性變形來實現(xiàn)運動或動力,由于中間擾性構(gòu)件的變形過程基本上是一個對稱的諧波，聯(lián)工程師A.И.Mocκвитин首先于1947年提出來的[1]。。1953美國的C.W Musser教授發(fā)明了諧波齒輪減速器,并于1959年紐約展出實物。在諧波傳動出現(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裝置的研制，幾領(lǐng)域中的全部問題均進行了不同程度的研究[2-5]。。當(dāng)然，由問題的復(fù)雜性和廣泛性，因而有不少問題目前尚未作最后齒輪傳動的工作原理.1 所示，諧波減速器主要包括以下三個零部件：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)。此時柔輪由原來的圓形變

.4 空間應(yīng)用諧波減速器發(fā)展趨勢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，其軸向長度有待進一步縮短。如圖 1.2 所示，目前日本動系統(tǒng)公司已將柔輪的軸向長度縮短為原來的 1/3。另外可通過一體化設(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 潤滑脂（屬于 PFPE 基潤滑脂）進行潤滑9.87×106轉(zhuǎn)的熱真空壽命試驗，試驗后發(fā)現(xiàn)柔輪與剛輪齒面出現(xiàn)輕微驅(qū)動力矩有所升高，說明減速器內(nèi)部摩擦力矩增大，傳動效率下降京控制工程研究所李曉輝[23]等采用美國 Castrol 公司生產(chǎn)的 Braycote對諧波減速器進行潤滑，并采用如圖 1.4 所示試驗裝置，進行熱真空能試驗，主要評價了溫度對潤滑脂潤滑性能的影響，以及由此引起內(nèi)部溫升及傳動效率的變化。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 李建華,張蕾;固體潤滑軸承的壽命分析[J];軸承;2002年11期

2 李建華,姜維;固體潤滑軸承保持架試驗分析[J];軸承;2004年09期

3 李曉輝;劉繼奎;王術(shù);;601EF脂潤滑諧波減速器熱真空傳動性能試驗研究[J];航天器環(huán)境工程;2011年05期

4 毛彬彬;張石平;;諧波齒輪傳動重合度的計算方法研究[J];機械設(shè)計與制造;2011年07期

5 樂可錫;沈允文;;考慮諧波齒輪傳動間隙的柔輪變形狀態(tài)[J];齒輪;1990年03期

6 孫曉軍,翁立軍,于德洋,孫嘉奕,李隴旭,汪曉萍;固體潤滑諧波減速器真空運行性能的試驗[J];機械傳動;1998年04期

7 亓家祥，楊育林，陳英群，袁盛治;動力諧波傳動剛度與回差的試驗研究[J];機械傳動;1994年S1期

8 崔博文,沈允文;諧波齒輪傳動的接觸狀態(tài)分析及側(cè)隙計算[J];機械科學(xué)與技術(shù);1996年04期

9 高海波;李志剛;鄧宗全;;基于ANSYS的杯形柔輪結(jié)構(gòu)參數(shù)對柔輪應(yīng)力的敏感度分析[J];機械工程學(xué)報;2010年05期

10 黃平，溫詩鑄;粘彈性流體動力潤滑與潤滑磨損[J];機械工程學(xué)報;1996年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陽培;諧波齒輪傳動裝置及其短筒柔輪分析研究[D];機械科學(xué)研究總院;2006年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 葉榮偉;諧波齒輪傳動嚙合參數(shù)優(yōu)化設(shè)計[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號：2769443