中空超扁平系列谐波减速器进行寿命测试过程中,当转速达到一定数值时,该系列谐波减速器振动较大,严重影响其使用寿命。为研究其振动机理,为改善振动性能提供基础,需要对该系列谐波减速器进行模态分析。首先,采用Hy?perMesh软件对谐波减速器进行有限元建模,计算获取所关注范围内的模态结果。同时采用16通道动态信号测试分析系统,对谐波减速器进行振动模态实验测试。最终,将实测与仿真结果进行对比,验证了仿真结果的有效性,可为后续机械结构优化提供指导意见。

柔轮的疲劳开裂是引起谐波减速器精度下降和设备可靠性降低的重要原因。以某型号谐波减速器为研究对象,基于壳体力矩理论建立柔轮等效模型,确定柔轮应力集中的参数;通过有限元仿真,获取柔轮应力最大结点位置,并引入微小角裂纹;通过分析裂尖应力场参量,描述了柔轮裂纹扩展的能力和趋势;基于最大主应力损伤演化准则,通过扩展有限元方法(XFEM)模拟裂纹扩展差异性行为,并搭建加速寿命实验台,验证了扩展有限元模型的正确性。结果表明,裂纹扩展路径与有限元结果吻合;柔轮齿根部及筒体与凸缘交界处应力集中,最易出现疲劳裂纹;裂纹扩展路径受增量步与应力分布影响;应力分布随裂纹扩展程度变化,易引起扩展路径出现偏折现象。

谐波减速器是工业机器人中重要的零部件之一,其性能直接关系到工业机器人的运转状态。谐波减速器的疲劳失效分为柔轮失效和柔性轴承失效两类。利用谐波减速器综合测试平台,实时监测和记录谐波减速器传动效率、温度和振动信号,并提取出信号特征,对两种失效模式的特征进行分析。验证了传动效率、温度和振动信号表征谐波减速器失效的一致性,在柔轮失效模式下,谐波减速器传动效率退化量约为7%;在柔性轴承失效模式下,谐波减速器传动效率退化量约为15%。失效模式特征的分析对于谐波减速器的失效和疲劳研究有着重要的意义。