空間潤滑諧波減速器失效機理及其加速壽命試驗方法研究.pdf

1、課題來源于民用航天預研項目及國家自然科學基金重點項目“新型高性能傳動件及系統(tǒng)的可靠性設計理論與方法”。隨著航天技術的發(fā)展，空間驅動機構正向長壽命、高精度、高可靠、高功率密度及高穩(wěn)定度技術方向發(fā)展。但空間驅動機構的可靠性和工作壽命直接受相關基礎理論研究的影響，尤其在復雜空間環(huán)境綜合應力作用下的動態(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合理的壽命試驗方法和規(guī)范以經濟有效地驗證研制產品的在軌壽命，這些問題已經成為空間驅動

2、機構長壽命技術發(fā)展中的薄弱環(huán)節(jié)，也是造成近年來空間驅動機構在軌故障頻發(fā)的主要深層次原因，極大地制約著后續(xù)航天器長壽命技術的發(fā)展。
　　針對上述問題，本課題以空間驅動機構中最典型的關鍵部件諧波減速器為研究對象，采用混合潤滑相關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)并進行了相關的試驗驗證。主要研究內容包括：
　?。?）制備了空間潤滑諧波減速器，剛

3、輪與柔輪齒面采用類金剛石碳膜（WC-DLC:H）與PFPE基潤滑脂（Braycote601）復合潤滑，柔性軸承采用MoS2-Ti復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與摩擦學性能試驗。
　　（2）為建立混合潤滑模型以研究油脂潤滑部位的失效機理，首先推導了等溫條件下的Reynolds方程，在此基礎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。在此基礎上以膜厚比（λ）、微凸體接觸承擔的載荷比例（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果，探討了油脂潤滑接觸區(qū)域的失效機理，轉速、載荷、溫度對其潤滑狀態(tài)的影響規(guī)律及作用機制。發(fā)現轉速對潤滑狀態(tài)

5、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，隨著轉速的增大溫度與載荷對其影響逐漸減小，該理論分析結果為加速壽命試驗的加速應力與加速因子選擇提供了理論依據。
　?。?）分析了諧波減速器回差、扭轉剛度與傳動精度的影響因素及其作用規(guī)律，建立了減速器內部各摩擦副之間磨損產生的間隙與其回差、扭轉剛度及傳動精度的計算公式。
　?。?）通過磨損試驗擬合了MoS2-Ti復合薄膜與聚四

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