苛刻空间环境下固体润滑涂层在谐波齿轮减速器表面的服役性能评价

随着航天技术和深空探测的发展,传统的脂润滑材料已难以满足谐波减速器在真空宽温区的润滑需求,固体润滑涂层是一种非常理想的空间润滑方式,具有较宽的温度使用范围,且润滑性能受工况的影响也较小,广泛应用于空间运动机构。目前固体润滑谐波减速器在苛刻空间环境下的使役性能（传动精度和传动效率）还鲜有报道,通过物理气相沉积技术分别在XBS-40-100型和XBS-60-120型谐波减速器制备MOSTP&MOSTP和DLC&MOSTP两种固体润滑涂层,并对润滑前后的谐波齿轮减速器的传动精度、传动效率及真空高、低温适应性进行对比研究。研究结果表明：谐波减速器的传动误差不仅没受到润滑涂层的影响,其传动精度还远优于脂润滑的同型号谐波减速器;固体润滑谐波减速器具有优异的温度适应性,XBS-40-100型和XBS-60-120型谐波减速器在-90℃～100℃温度范围内,传动效率分别为69.4%～82.8%和66.2%～86.7%,远高于全氟聚醚（-90℃,效率在30%左右）和多烷基化环戊烷（-90℃,效率基本在15%左右）润滑的同型号谐波减速。系统研究了固体润滑谐波减速器的使役性能和温度适应性,可...     

铝-铝-钢与铝-钛-钢复合板疲劳性能对比研究

针对船体结构对铝-钢复合板的选材与节点设计需求,对铝-铝-钢与铝-钛-钢复合板开展了轴向拉-压疲劳试验,测试了材料的条件疲劳强度与S-N曲线,对比分析了两种铝-钢复合板的疲劳断裂行为与断裂位置。结果表明,在应力比为-1,轴向拉-压载荷条件下,铝-铝-钢复合板的条件疲劳强度为28.8 MPa,铝-钛-钢复合板的条件疲劳强度为55.0 MPa。在疲劳寿命接近的条件下,后者比前者能够承受更大的应力,抵抗疲劳扩展能力更强。铝-铝-钢复合板疲劳断裂主要发生于1060纯铝层,铝-钛-钢复合板疲劳断裂发生于3003铝合金层,疲劳断裂位置与铝-钢接头组成材料的抗拉强度大小密切相关。      

材质对谐波减速器刚轮的耐磨性能影响

采用3种谐波减速器用刚轮材料——2Cr13不锈钢、40Cr中碳合金钢、45钢,通过对其显微组织、硬度、三维及二维形貌的显微磨损、摩擦因数的分析,探究不同材料耐磨性能的差异。结果表明,2Cr13、40Cr的显微组织为回火索氏体,45钢的显微组织为铁素体与珠光体。2Cr13、40Cr硬度相近且远大于45钢。2Cr13磨损形貌为黏着与剥落,磨损机制为黏着磨损;40Cr、45钢磨损形貌为犁沟与剥落、犁沟与黏着,磨损机制为磨粒磨损。3种材料的摩擦因数相差可忽略不计。2Cr13、40Cr、45钢截面的磨损面积分别为5 008、1 645、6 535μm2。硬度相近下,40Cr表现出比2Cr13更优异的耐磨性能。45钢与摩擦副材料的硬度值相差最大,耐磨性能最差。     

一种渐变式壁厚外翻边谐波柔轮设计及分析

外翻边柔轮谐波减速器以其独特的优点日渐成为机器人的核心零/部件。针对目前国内对外翻边柔轮结构的设计和研究尚未完善,基于传统设计理论、经验以及工艺水平,设计一款渐变式壁厚外翻边谐波柔轮,并利用有限元法进行分析。基于分析结果、试验结果以及拓扑优化思想对结构进行改进,得到一种优选的渐变式壁厚结构,为外翻边柔轮的设计和优化提供了一种新的设计理念和方法。     

谐波减速器柔轮模态分析与优化方法

针对柔轮小型化、轻量化、高谐振频率的设计需求,以柔轮内径、长径比、厚径比和齿宽系数为研究变量,基于有限元软件Ansys,采用响应面法参数优化分析探究了各参数变化对柔轮固有频率的影响.结果 表明,在柔轮小型化的设计过程中,柔轮内径和长径比的减小会引起其固有频率的增加,厚径比和齿宽系数的减小会导致其固有频率增大;但其固有频率都大于减速器工作的激励频率,因此,不会发生共振,不影响正常工作.     

谐波减速器服役过程中柔轮断裂失效原因分析与工艺改进

通过显微组织的观察分析、断口形貌的观察和硬度测定,分析造成柔轮疲劳断裂失效的原因。结果表明,失效柔轮的显微组织为回火屈氏体,柔轮上存在较严重的3级带状组织。虽然存在MnS和Al2O3夹杂物引起的4.42μm微孔,但由于其尺寸和数量较小,不是导致其断裂的主要原因。样品的晶粒整体上较粗大,断口裂纹处晶粒更粗大且更不均匀,断口裂纹处的晶粒尺寸是远离断口晶粒的1.4倍。晶粒粗大使晶界面积减小,导致塑性变形不均匀,易产生应力集中,从而产生初生裂纹,同时也不利于阻碍裂纹的扩展,导致样品发生断裂失效。因此,原奥氏体晶粒粗大是导致柔轮疲劳断裂主要原因。可通过循环热处理或增加正火预处理,达到细化晶粒的作用。     

加热温度对10CrNiCuSi钢氧化铁皮的影响

为改善10CrNiCuSi船板钢表面质量粗糙的问题,采用电阻炉开展了1100~1300 ℃高温氧化试验,利用弯曲试验评价了氧化铁皮的剥离性,并研究了不同温度下氧化铁皮的演变规律。结果表明,随着加热温度的升高,氧化速率增大,氧化层厚度明显增加。氧化铁皮主要由Fe₂O₃、Fe₃O₄、FeO和内氧化层组成,而内氧化层主要由FeNiCu、Fe₂SiO₄和FeO相组成。加热过程中Fe₂SiO₄/FeO共晶液相的产生对氧化铁皮的剥离性具有重要影响。在1100 ℃和1150 ℃条件下,内氧化层中的Fe₂SiO₄呈现颗粒状或块状弥散分布,氧化铁皮与基体之间界面平直,氧化铁皮易于剥离;在1200、1250和1300 ℃条件下,Fe₂SiO₄-FeO或Fe₂SiO₄发生熔化形成液相渗入基体和氧化铁皮中,造成界面粗糙,而锚状FeNiCu相与基体及氧化铁皮具有较好的结合力,两者的协同作用造成氧化铁皮难于剥离。因此在1100 ~1150 ℃条件下去除氧化铁皮较为合适。     

谐波减速器柔轮与柔性轴承断裂失效分析

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。