基于加速退化试验的RV减速器寿命预测方法

摘要

本课题来源于国家自然科学基金《基于泛函逼近的旋转机械性能衰退预测》。随着我国的航天科技的不断壮大，各类型空间机构正在从“单次短时间使用”变成“长时间不间断使用”。这样的转变对空间机构的可靠性和耐用性提出了更高的要求。RV减速器作为一种新型的高扭矩传动机构被广泛用于各类空间机构和工业机器人当中。但现阶段RV减速器作为转动机构中的关键部件并没有一套成型的可靠性寿命预测方法和体系，这样会对RV减速器的保养和维修带来极大的影响，甚至还会对整体机构造成不可估量的伤害。
　　针对上述问题，本文基于加速退化试验对RV减速器进行了寿命预测分析。通过对采集到的产品性能退化数据的处理，建立了RV减速器可靠性寿命模型，从而实现了预知RV减速器在正常工况下的可靠性寿命的可能。
　　本文具体研究内容如下所示:
　　1.明确了RV减速器的失效机理。首先逐一分析各种减速器常见实效形式及原因，并与RV减速器本身进行对比分析。其次参考RV减速器实际使用环境，并着重观察其系统关键部件磨损及消耗情况，最终分析明确RV减速器的失效机理。
　　2.针对RV减速器进行了基于伪失效寿命的加速退化试验。首先确定了加速试验方案，包括选定合理的加速应力及样本数量等，其次搭建加速试验系统测试平台，并间断性地采集不同工况下的样本性能退化数据。
　　3.通过对退化数据的处理获得产品寿命若干可靠性数据。首先依据传统退化模型及性能退化数据确定RV减速器性能退化模型，并参照失效阈值获得产品伪失效寿命。其次借助图估法及MATLAB拟合出了基于威布尔分布的RV减速器可靠性寿命分布函数，并对其进行了基于Minitab的假设检验，验证了产品寿命模型的合理性。最后对Weibull分布中的参数进行了基于极值分布和高斯-马尔科夫定理的参数估计，并获得了RV减速器在正常工况下的若干可靠性寿命数据。
　　4.针对加速退化试验的关键环节进行分析验证。首先基于布朗运动原理建立性能退化模型，并与RV减速器寿命函数进行对比分析，从而验证本文产品寿命模型的合理性。其次基于扭转刚度条件对RV减速器进行了有限元仿真分析，获得产品实际扭转刚度，并与产品设计指标相对比，从而验证本文加速退化试验中加速应力选取的合理性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 RV减速器国内外发展研究现状

1．2．1 少齿差行星减速器的发展研究现状

1．2．2 RV传动国内外研究现状

1．2．3 RV减速器产品背景现状

1．3 加速试验国内外研究现状

1．3．1 加速试验方法国内外研究现状

1．3．2 ADT与ALT的联系与区别

1．3．3 ADT的研究现状

1．4 主要研究内容与技术路线

1．4．1 主要研究内容

1．4．2 技术路线

第2章 RV减速器加速试验关键技术研究

2．1 RV减速器结构及在真空条件下的特殊要求

2．1．1 RV传动结构原理分析

2．1．2 在真空环境下RV减速器特殊要求分析

2．2 RV减速器加速退化试验可行性分析

2．3 RV减速器的失效机理分析

2．3．1 减速器常见失效形式分析

2．3．2 RV减速器失效原因分析

2．4 本章小结

第3章 RV减速器加速退化试验过程

3．1 RV减速器性能退化测试系统搭建

3．1．1 加速退化试验方案确定

3．1．2 系统结构及性能参数

3．2 RV减速器加速退化试验方法

3．2．1 加速应力的选择

3．2．2 加速退化试验程序设定

3．3 RV减速器加速退化试验结果分析

3．3．1 典型的加速模型

3．3．2 试验数据分析

3．4 本章小结

第4章 基于伪失效寿命的RV减速器可靠性寿命预测

4．1 RV减速器退化模型的建立

4．1．1 伪失效寿命和基础退化模型

4．1．2 RV减速器基础退化模型选取

4．1．3 RV减速器退化模型建立

4．2 RV减速器伪失效寿命推导及假设检验

4．2．1 样本伪失效寿命

4．2．2 图估法确定寿命分布

4．2．3 Weibull分布假设检验

4．3 参数估计及可靠性参数求解

4．3．1 Weibull分布参数估计

4．3．2 可靠性参数求解

4．4 本章小结

第5章 RV减速器加速退化试验关键问题仿真验证及优化

5．1 基于布朗运动原理的分析及验证

5．2 RV减速器扭转刚度分析验证

5．3 有限元仿真过程及结果分析

5．3．1 仿真前处理

5．3．2 结果提取

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢