根据RV减速器的结构特点,建立了主要承载部件的时变模糊可靠性分析模型,讨论了相关零件在服役期间内的可靠度变化规律,结果表明摆线轮是影响整机可靠性的最薄弱零件。根据最薄弱环节原则,以摆线轮的可靠度和整机的体积为优化目标,提出了RV减速器可靠性优化设计方法。对样机分别进行了常规优化和可靠性优化设计,对比优化结果,显示后者能在减少体积的同时保证高可靠度,优化效果显著,验证了该方法的有效性,为RV减速器的参数优化提供了一种新方法。

在分析大速比复合少齿差齿轮传动装置的传动原理和结构特点的基础上,从系统角度出发,考虑该传动装置的三级传动系统耦合变形、摆线轮、输出盘、行星架及各级箱体的具体结构,建立了大速比复合少齿差齿轮传动整机有限元啮合特性分析模型。对该传动装置中的摆线针齿啮合特性、各关键零部件受力和整机传动误差进行仿真分析,讨论了摆线针轮多齿啮合的动态过程。结果表明,减速器运转过程中,各零部件应力波动幅度较小,且均远低于其材料屈服极限;两片摆线轮总是一刚一柔同时承载,刚性区轮齿为主要承载区,柔性区轮齿受力较小,两片摆线轮啮合轮齿数量总和在9~11之间波动;传动误差曲线平稳,呈现周期性,无明显长波,整机传动误差峰峰值为46.719 5″。该研究结果为大速比复合少齿差传动装置的动态特性和啮合特性参数优化设计提供了理论依据。

行星滚柱丝杠副(Planetary roller screw mechanism,PRSM)是一种新型重载传动装置。额定静载荷是反映其承载能力的关键指标。针对目前PRSM额定静载荷计算方法不统一、计算结果差异大等问题,阐述了以滚珠丝杠、滚动轴承、屈服极限和弹塑性线性强化为基础的4种PRSM额定静载荷计算方法并建立相应计算模型,对比分析了结构参数对4种方法所得额定静载荷的影响规律;建立了PRSM弹塑性接触有限元分析模型,对4种计算方法的准确性进行了对比验证;提出了一种基于滚动轴承标准改进的PRSM额定静载荷计算方法。结果表明,以滚动轴承为基础的额定静载荷计算结果与有限元结果符合较好;所提出的改进计算方法,使其计算误差平均值从17.03%降至8.90%,能够较为精确地计算PRSM的额定静载荷,为行星滚柱丝杠副的设计、选型等提供了理论支撑。

强度退化和失效相关性对机械系统的可靠度有显著影响,目前尚无同时考虑上述因素的RV减速器动态可靠性分析方法。根据RV减速器的结构特点,建立了基于强度退化理论的RV减速器零件动态可靠度分析模型,分析了强度退化对RV减速器零件可靠度的影响规律;通过推导出的耦合两级传动子部件可靠度的Copula函数描述零部件间的失效相关性,建立了RV减速器系统动态可靠性分析模型,研究了失效相关性对系统可靠性的影响规律;对影响RV减速器可靠性的主要设计参数进行了灵敏度分析,获得了各参数的灵敏度排序,为RV减速器的可靠性优化设计奠定了基础。

由于大型设备(如液压机、拉伸机等)所使用的超大吨位预应力机架的连接螺纹受力非常大,是整个设备的薄弱环节。本文采用有限元方法模拟了某125 MN拉伸设备的螺纹受力状况,并提出四种卸载结构降低螺纹的应力,通过有限元分析软件Ansys对4种方案进行了模拟计算,结果表明:“腰状杆螺栓+螺栓倒斜角+环槽内斜角螺母”的卸载结构能大幅降低螺纹的牙根应力,是最优的卸载结构,该研究为同类设备提供重要参考。