空間潤(rùn)滑諧波減速器失效機(jī)理及其加速壽命試驗(yàn)方法研究.pdf

1、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)

2、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

3、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)。
　?。?）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，

4、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。
　?。?）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)

5、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

6、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?；谠撃p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