基于Ansys Workbench软件对柔性轴承建立多体接触以及动力学模型,分析了其内外圈在装配及外载荷条件下的应力应变;并基于nCode-Designlife软件,对柔性轴承内外圈进行了疲劳寿命评估。此外,针对影响柔性轴承力学特性的3个因素设计正交试验,分析了其对柔性轴承力学性能的影响。结果表明,内圈的疲劳薄弱位置位于长轴外端面,外圈的疲劳薄弱位置则位于长轴处滚珠与沟道接触区域,且最大径向变形量对内外圈的应力影响显著;在一定范围内减小径向变形并控制滚珠数,有助于减小应力提高寿命。该研究结果为柔性轴承的设计提供了参考。

通过观察显微组织、测定力学性能以及观察断口形貌,对比分析国产失效谐波减速器和日本谐波减速器关重件柔轮和柔性轴承的显微组织和力学性能,并分析了国产谐波减速器过早失效的原因。结果表明,失效谐波减速器柔轮显微组织与日本相同,均为回火屈氏体,失效柔轮平均晶粒尺寸为8.2μm,比日本柔轮平均晶粒尺寸高了1.5μm;失效柔性轴承和日本柔性轴承显微组织均为回火马氏体,失效柔性轴承平均晶粒尺寸为13.1μm,比日本柔性轴承平均晶粒尺寸高出6.9μm。失效谐波减速器柔轮断口呈脆性断裂,无明显裂纹源,但失效的柔性轴承断口存在明显断裂走向,在裂纹源中有大尺寸、聚集性分布的夹杂物。失效轴承钢质洁净度差,存在大尺寸夹杂物,且显微组织晶粒粗大,阻碍裂纹扩展的能力差,导致国产谐波减速器过早失效。

柔性轴承的应力分布及动态刚度特性对低温制冷机的整体可靠性尤为重要.以最大应力值、轴向刚度、径轴向刚度比为性能指标,对新设计的费马型线柔性轴承和其他两种柔性轴承进行对比研究.通过有限元分析,对比了三者之间应力分布、应力变化及刚度变化特性.设计制作了这3种不同型线的柔性轴承,并测试了3种柔性轴承的径轴向刚度,结果显示：费马型线柔性轴承的径轴向刚度之比最大,牛津型柔性轴承的径向刚度最小;费马柔性轴承的应力值最大,但最大应力值小于材料的疲劳应力,因此费马型线的柔性轴承在性能上优于其他两种柔性轴承.

柔性轴承是谐波齿轮减速器的重要组成部分。为了研究柔性轴承的失效特性,研制了一种可进行柔性轴承疲劳寿命实验的专用试验机。该试验机的加载装置能够与柔性轴承的内圈一起旋转,并可在外圈主轴两端同步施加载荷。通过对四套柔性轴承进行疲劳寿命试验,观察到了几种柔性轴承的失效现象。实验后测量了沟道的宽度,深度和表面粗糙度。实验结果表明:柔性轴承的内圈仅在主轴末端出现磨损和疲劳剥落现象,而外圈可能出现疲劳断裂和剥落现象。此外,还发现柔性轴承套圈沟道的磨损是不均匀的。

谐波齿轮减速器的间隙空程来源复杂,是影响机构运动精度的主要因素。根据谐波减速器的工作原理分析,引起间隙空程的主要因素是零件扭转变形(柔轮和输出轴)、柔轮刚轮齿侧间隙和柔性轴承的径向游隙;运用渐开线、材料力学和刚度等理论,建立了间隙空程与上述因素的数学模型;开展了某种谐波减速器的间隙空程测试,实测结果与理论计算值吻合。