空间用谐波减速器加速寿命试验方法研究
加速寿命试验与额定寿命的关系研究
加速寿命试验与额定寿命的关系研究摘要：本文介绍了加速寿命试验方法的分类和几种主要的加速寿命试验模型，以某接触器为研究对象，选取合理的加速寿命试验模型，制定了相应的加速寿命试验方案，对该产品的可靠性水平进行了快速评估，对于缩短产品的研制周期具有一定的参考价值。
关键词：加速寿命加速应力可靠性1 引言随着接触器寿命的提高，用正常寿命试验来估计其的可靠性特征量或鉴定产品的失效率等级，但是这种方法对于可靠性较高的产品来说，往往需要很长的试验周期和大量的样品，进行电寿命试验时，试验周期长，当抽样试品数量大时，试验将投入很大的人力、物力。
因此，采用加速电寿命试验，在不改变产品失效机理的条件下，用加大应力的方法进行寿命试验，使产品加速失效，从而缩短试验周期。
2 加速寿命试验分类按照试验应力的加载方式，加速寿命试验通常分为恒定应力试验、步进应力试验和序进应力试验三种基本类型。
（1）恒定应力试验其特点是对产品施加的“负荷”的水平保持不变，其水平高于产品在正常条件下所接受的“负荷”的水平。
试验是将产品分成若干个组后同时进行，每一组可相应的有不同的“负荷”水平，直到各组产品都有一定数量的产品失效时为止。
（2）步进应力试验该试验对产品所施加的“负荷”是在不同的时间段施加不同水平的“负荷”，其水平是阶梯上升的。
在每一时间段上的“负荷”水平，都高于正常条件下的“负荷”水平。
因此，在每一时间段上都会有某些产品失效，未失效的产品则继续承受下一个时间段上更高一级水平下的试验，如此继续下去，直到在最高应力水平下也检测到足够失效数 (或者达到一定的试验时间) 时为止。
（3）序进应力加速寿命试验序进应力试验方法与步进应力试验基本相似，区别在于序进应力试验加载的应力水平随时间连续上升。
3 加速寿命试验加速模型（1） Arrhenius 模型Arrhenius 模型广泛使用于加速的应力条件为温度，该模型表述如下：（4-1）其中，L 为某寿命特征；A 为一个正的常数；E 为活化能，单位为电子伏特；K 为 Boltzmann 常数，值为8.617×10-5eV/K ；T 为绝对温度。
加速寿命实验设计
加速寿命实验设计
实验设计关键因素
实验设计关键因素
实验目标定义
1.明确实验目的：确定实验目标，明确希望通过实验解决什么问题或验证什么假设。 2.量化实验指标：将实验目标量化，以便更准确地衡量实验结果。 3.考虑实验限制：考虑实验资源、时间和预算等方面的限制，确保实验设计具有可行性。
实验样本选择与处理
1.样本来源：确定样本来源，确保样本具有代表性和可靠性。 2.样本数量：根据实验需求和统计方法，确定所需的样本数量。 3.样本处理：确定样本处理方法，以消除干扰因素或确保实验条件的一致性。
实验设计关键因素
▪ 实验变量与控制
1.变量识别：识别实验中的所有变量，包括自变量、因变量和 潜在干扰变量。 2.变量控制：确定控制变量的方法，以减少干扰因素对实验结 果的影响。 3.变量测量：选择可靠的测量工具或方法，以确保变量测量的 准确性和客观性。
实验结果的可靠性评估
1.对实验过程进行回顾，确认是否存在可能影响实验结果可靠 性的因素。 2.对实验数据进行交叉验证，确保实验结果的稳定性和可重复 性。 3.对实验结果的不确定性进行评估，为后续决策提供可靠的依 据。
实验结果应用与探讨
▪ 实验结果的应用前景探讨
1.根据实验结果，探讨可能的应用场景和实际价值。 2.分析实验结果的应用前景，评估其推广潜力和市场前景。 3.针对实验结果的应用，提出改进和优化建议，提高其实用性和竞争力。
实验数据与结果分析
▪ 数据分析方法
1.掌握常用的数据分析方法，如回归分析、方差分析等。 2.根据实验目的选择合适的数据分析方法。 3.利用数据分析软件进行分析，得出结果。
▪ 实验结果展示
1.将实验结果以清晰、简明的方式展示出来。 2.对比不同实验条件下的结果，分析差异。 3.对实验结果进行解释和说明。
基于ANSYS的谐波齿轮减速器疲劳寿命仿真分析
0 引言
谐波传动是 20 世纪 50 年代后期产生的一种新型 机械传动方式，由于其具有传动比大、体积小、重量轻、 同时啮合齿对数多、传动效率高等优点，广泛应用于航 天、机器人、高能加速器等领域中[1]。 由于其特定的应用 场合， 谐波传动的失效将导致较大的经济损失甚至威 胁人员的生命安全， 因此对谐波齿轮可靠性及寿命评 估的研究越来越受到人们的重视。 与常规齿轮不同，谐 波齿轮减速器由波发生器、 柔性轴承、 柔轮及刚轮组 成。 使用实践和实验研究表明，谐波齿轮传动的失效， 主要有柔轮的疲劳断裂、齿面磨损、轮齿或波发生器产 生滑移等形式，其中柔轮的疲劳断裂是最主要、最常见 的一种失效形式[2]。 因此柔轮的疲劳强度及疲劳寿命的
Simulation Analysis of Harmonic Gear Reducer Fatigue Life Based on Ansys
ZHANG Chao，WANG Shao-ping，SHAO Jing-yu
（School of Automation Science and Electrical Engineering，Beihang University，Beijing 100191，China）
在 ANSYS 中插入疲劳工具，设置载荷类型为 Fully Reversed，平 均 应 力 理 论 为 Goodman，最 终 得 到 的 疲 劳 寿命云图如图 9 所示。 可以得到在持续工作的情况下， 柔轮的疲劳寿命为 900h。
图 9 疲劳寿命云图
4 结论
本 文 利 用 三 维 实 体 建 模 软 件 和 ANSYS 软 件 实 现 了谐波齿轮减速器的疲劳寿命分析， 该方法也可以为 其他结构的疲劳寿命分析提供借鉴。 但实际情况下影 响结构件疲劳寿命的因素很多， 而且受计算能力的限 制，没有对柔轮进行考虑轮齿的精确的建模分析，所以 可以结合实际寿命试验结果来对该方法进行修正并提 高计算精度。
空间行波管长寿命加速评价法研究
-可靠性专辑•空间行波管长寿命加速评价法研究宋芳芳！王铁羊(工业和信息化部电子第五研究所，广东广州510610)摘要：本文开展了对高可靠长寿命空间行波管的长寿命评价技术的研究，提出了基于空间行波管电子枪短管的加速寿命试验及评价方法,对空间行波管短管试验样品开展了加速寿命试验，获得了相应的试验数据，并提出了短期无失效数据的寿命预估方法,基于上述加速寿命试验获得的数据，获得了在阴极支取电流密度为15A/cm2下某长寿命M型空间行波管的预估寿命为25.33年，从而实现了高可靠长寿命空间行波管的寿命评估。
关键词：行波管；阴极组件$加速试验；寿命评价中图分类号:TN124文献标识码:A文章编号:1002-8935(2020)06-0012-05doi：10.16540/11-2485/tn.2020.06.03Accelerated Test and Life Evaluation Method for Space Traveling Wave TubesSONG Fang-Cang#WANG Tie-yang(.China Electronic Produce Reliability and Environmental Testing Research Institute#Guangzhou510610,China) Abstract:Research on long-life evaluation technology of high reliability and long-life space traveling wavetubesiscarriedout.Anacceleratedlifetestandevaluation methodbasedontheshort-tubeelectron gunispresented.Thesamplesaretestedandthecorrespondingtestdataareobtained.Ashort-termzero-ailure-datalifeestimationmethodisputforward.Basedonthemethodandtheacceleratedlifedata,theli-etime of one type of space traveling wave tube with cathode current density of1.5A/cm2isestimatedto be25.33years.Theresearchenablesthelifetimeevaluationofhighlyreliableandlong-lifespacetraveling wavetubes.Keywords'Traveling wave tube,Cathode assembly,Accelerated test,Life evaluation拥有微波功率放大作用的电真空微波器件是卫星通信系统、电子系统、数传系统、微波成像系统所必须的部件，其中，作为空间系统核心器件于空环境的空间行波管，是导、通信卫星、探测卫星和侦空间系统的主要有效载荷，它决定整机系标性能的部件&，由于空间行波管要恶劣环境、高可靠、长的特点，其产品研制过程涉及了电磁场理论、物理电子学、真空电子学材料与工学学科，器件机理复杂、结样且制造工大#于空间行波管的品种多且各型号需求量小，很难形成大化生产线#成为了真空电子器件中设计及制造的至高点&近年来，通讯系统和空间通信对器件长寿要求的，国内研究人员来注长寿行波管的价方法研究，的影响和退化机理开展研究，并对阴极加速寿命试验的数据完成了初步分析［1，］，但并未进行行波管的整管验评价技术研究，亦未形成对应的评价型&国内的各电真空器件研制单位展了大量的行管加速验，完成了计方法的评价，同时开展了1:1整管「试验，但未系统地对行波管整管寿命的评价方法进行研究，未提岀规范、统一的价方法，暂时无法基金项目：工业和信息化部电子第五研究所重点实验室基金项目(JAS192800150)—2020-06响应整机系统对行波管寿命考核指标的要求3&而国外的研究机上世纪的70年展了空间行波管的验模型和试验方法的研究&美国的NASA在1971年便已启动阴极寿命试验的研究工作，他们研制了电子枪短管，并形式的器件针的结展了加速验,经历30000h的验后，发现M型发射没有发生下降⑷。
减速器齿轮疲劳寿命预测研究
减速器齿轮疲劳寿命预测研究减速器是一种常见的机械传动装置，它主要由减速器壳体、传动齿轮、轴承等组成。
其中，齿轮是减速器中最重要的零部件之一，因为它承受着所有的传动负载。
然而，齿轮在长时间运行过程中会受到很大的载荷，容易出现疲劳现象。
疲劳齿轮在产生微裂纹后，很容易在高负荷和高频率条件下破裂，导致设备故障和事故。
因此，准确预测齿轮疲劳寿命非常重要。
一、减速器齿轮疲劳寿命的影响因素减速器齿轮的疲劳寿命受到多种因素的影响，这些因素可以分为外部因素和内部因素。
外部因素指的是机器工作条件，如温度、压力和湿度等；内部因素则是齿轮自身的设计和制造质量。
下面具体介绍几个影响齿轮疲劳寿命的因素。
1.载荷：齿轮的载荷是影响其疲劳寿命的关键因素之一。
载荷大的齿轮更容易产生疲劳裂纹，因此承受负荷的齿轮的疲劳寿命要比负载较小的齿轮短。
2.工作环境：齿轮长时间处于潮湿环境下，容易加快其多种腐蚀，例如：氢脆，干腐蚀，点蚀等，这些都会降低齿轮的疲劳寿命。
3.优质制造和适当维护：齿轮的疲劳寿命还受质量和维护的影响。
优质制造的齿轮具有均匀、紧密和高强度的齿面，而适当的维护可以延长其使用寿命。
二、减速器齿轮疲劳寿命预测方法在工程设计中，如何准确预测齿轮的疲劳寿命是十分重要的。
一般情况下,齿轮疲劳寿命预测方法有：基于经验公式法和受力分析法。
下面将对这两种方法分别进行介绍。
1.基于经验公式法：根据经验公式来预测齿轮的疲劳寿命。
这种方法不需要精确的计算，它可以提供一些用于初步设计和质量控制的技术指标。
经验公式法是一种基于经验、基于数据的方法，但是其普适性不强。
因为这种方法主要是基于试验数据的规律，只能预测一定条件下的疲劳寿命。
2.受力分析法：这种方法基于受力分析，通过数学模型来计算齿轮受到的载荷、应力和应变，然后获取其疲劳寿命。
这种方法比经验公式法更加准确和精确，但是需要高度的科学技术，分析齿轮的动力学和强度问题。
三、结语减速器齿轮的疲劳寿命预测是机械传动领域中一个重要的研究方向，它直接关系到减速器的使用寿命和安全性。
空间谐波减速器性能退化与寿命分析研究
(2)润滑油粘度和润滑方式对传动效率的影响较大。在所选的范围内，随着润 滑油粘度的增加，传动效率先增加后减小；喷油润滑的传动效率高于压力润滑。
结论根据正交试验的结果和分析，我们可以得出以下结论：
1、在所考察的因素中，传动轴直径和齿轮模数对空间润滑谐波减速器的输入 轴扭矩和输出轴扭矩影响较大，而齿宽的影响较小。因此，在优化设计时，可 以根据实际应用需求优先调整传动轴直径和齿轮模数。
参考内容
引言：
谐波减速器是一种广泛应用于机械传动领域的精密减速装置，具有高精度、高 刚度和高稳定性等优点。然而，随着科技的不断进步和实际应用需求的提高， 对谐波减速器的性能和寿命要求也不断增加。其中，空间润滑被认为是影响谐 波减速器性能和寿命的重要因素之一。
因此，本次演示旨在研究谐波减速器的空间润滑及性能，以期为提高谐波减速 器的性能和寿命提供理论指导和技术支持。
针对这些问题，国内外学者和企业进行了广泛的研究，提出了诸多改进措施。 例如，采用高强度材料制造关键零部件、优化结构设计、引入润滑冷却系统等。 这些方法在一定程度上提高了空间谐波减速器的性能和寿命，但仍然存在一定 局限性。因此，进一步深入研究空间谐波减速器的性能退化和寿命预测方法具 有重要意义。
空间谐波减速器性能退化分析
实验
1、试验设计
在本次正交试验中，我们选取了影响空间润滑谐波减速器传动性能的主要因素： 传动轴的直径、齿轮的模数、齿宽、润滑油粘度、润滑方式等。为了简化试验， 我们假定其他因素为固定值，只考察这五个因素对减速器性能的影响。
2、实验过程
实验过程中，我们按照正交表的安排，对每个因素的不同水平进行试验。在每 一轮试验后，测量并记录输入轴、输出轴的扭矩以及传动效率。为了减小误差， 每个因素的水平重复进行三次试验。
基于VC的小型谐波减速器测试装置的研制
基于VC的小型谐波减速器测试装置的研制基于VC的小型谐波减速器测试装置的研制摘要：谐波减速器是一种结构简洁、传动效率高、精度高的新型减速器。
在其应用过程中，机械设计师们首先要了解谐波减速器的特点和性能指标。
然后对其相关参数进行测试和研究。
本文设计了一套基于VC的小型谐波减速器测试装置，能有效地测试谐波减速器的动态性能、静态性能以及控制性能等各项指标。
通过测试，可以快速准确地得出谐波减速器的性能参数，为机械设计师们提供有效的参考依据。
关键词：谐波减速器；性能测试；控制性能；VC1、引言谐波减速器是一种新型的减速器，具有传动效率高、减速比大、重量轻等优点。
在现代机械设备设计中得到广泛的应用。
为满足机械设计师对谐波减速器性能测试的需求，本文设计并研制了一套基于VC的小型谐波减速器测试装置，通过测试各项性能指标，为机械设计师提供参考。
2、谐波减速器的性能谐波减速器是一种利用弹性变形的原理实现减速的机构。
其性能指标包括动态性能、静态性能和控制性能等。
动态性能包括输出扭矩、速度调节性能和启动性能等；静态性能包括传动误差、负载扭矩流失、台架振动等；控制性能包括速度响应、抗干扰能力和网络通信等。
为了更好地了解谐波减速器的性能，需要对其性能指标进行测试和分析。
3、测试装置的设计为了测试谐波减速器的各项性能指标，本文设计了一套基于VC的小型谐波减速器测试装置。
该装置由电机、谐波减速器、负载电机、数据采集卡和计算机控制系统等组成。
4、测试装置的测试方法在测试装置中，采用速度闭环控制方式，通过控制电机的加速和减速来测试谐波减速器的动态性能。
同时，利用数据采集卡采集谐波减速器输出信号，分析其静态性能。
控制系统的响应速度、抗干扰能力和网络通信等指标也进行了测定。
5、测试结果分析通过测试，得出了谐波减速器的各项性能指标。
发现，在较高负载下，谐波减速器的传动误差增大，且抗干扰能力有所下降。
此外，在控制系统的响应速度和网络通信方面，测试结果也体现了装置的良好性能。
工业机器人用谐波减速机性能试验方法的制作技术
本技术涉及工业机器人减速机技术领域，尤其是一种工业机器人用谐波减速机性能试验方法，其方法步骤包括：加载运行前，应检查减速器的润滑和加载器的冷却是否正常；启动电机，在额定转速和额定负载下连续运转500h；在运行过程中，每0.5h检查一次样机温度，温升不得超过45℃；进一步分别进行空载跑合试验、负载跑合试验和超载性能试验。
本技术有益效果：本技术的减速器回转传动精度误差测量方法计算简单，测量参数少，求得其回转传动误差较为简便；试验台具有测量精度高，结构简单，操作简易的特点。
技术要求1.一种工业机器人用谐波减速机性能试验方法，其特征在于：其方法步骤包括：加载运行前，应检查减速器的润滑和加载器的冷却是否正常；启动电机，在额定转速和额定负载下连续运转500h；在运行过程中，每0.5h检查一次样机温度，温升不得超过45℃；进一步分别进行空载跑合试验、负载跑合试验和超载性能试验；其中，超载性能试验，超载50％时，能正常运转30min，超载150％时，能正常运转1min，超载性能试验必须在空载跑合试验和负载跑合试验的基础上进行；所述空载跑合试验将调试好的减速器，在额定转速下正、反转空载跑合各2h，检查接合处不得漏油，联接件不得松动，运转平稳，无异常响声；所述负载跑合试验将空载跑合完的减速器在额定转速下，施加额定负载的50％，75％，100％，均正反转各2h，检查项目同空载跑合试验。
2.如权利要求1所述的一种工业机器人用谐波减速机性能试验方法，其特征在于：所述超载性能试验将负载跑合完的减速器，在额定转速下，超载50％，正、反转各30min；超载150％，正、反转各1min，检查启动时不允许有滑齿现象，启动后应能正常运转。
3.如权利要求1所述的一种工业机器人用谐波减速机性能试验方法，其特征在于：所述减速器在超载运行时，不允许有异常的振动、噪声和零件的损坏。
4.如权利要求3所述的一种工业机器人用谐波减速机性能试验方法，其特征在于：进一步的试验后，将减速器拆洗干净，换油重新装配;检查启动转矩、刚度和传动精度应符合规定。
谐波减速器测试技术
VS
3. 对测试过程中记录的数据进行分析和处理，得出谐波减速器在不同工况下的动态性能指标。
测试结果分析：通过对测试数据的分析，可以得出该型号谐波减速器在不同动态条件下的性能表现，如响应速度、稳定性、可靠性等是否满足设计要求，从而对其性能进行评估。
03
谐波减速器主要部件
02
01
谐波减速器是工业机器人中常用的减速器之一，用于实现机器人的精准运动。
工业机器人
谐波减速器可用于数控机床的进给系统和主轴系统中，提高机床的传动精度和平稳性。
数控机床
谐波减速器在航空航天领域也有广泛的应用，如用于飞机的起飞和降落系统、导弹的发射和制导系统等。
航空航天
01
02
动态测试方法
动态效率测试
测量谐波减速器在动态状态下的传动效率，即在输入一定功率时，输出功率与输入功率的比值。
动态误差测试
测量谐波减速器在动态状态下的传动误差，即输出转速与输入转速之间的差异。
动态扭矩测试
测量谐波减速器在动态状态下的扭矩性能，包括动态扭矩、峰值扭矩和谷值扭矩等。
综合评价谐波减速器的静态和动态性能，包括扭矩、效率、误差等多个方面。
案例一：某型号谐波减速器静态测试
案例二：某型号谐波减速器动态测试
通过对某型号谐波减速器进行动态测试，评估其在动态条件下的性能表现。
测试目的
振动测试仪、转速计、扭矩计等。
测试设备
测试步骤
案例二：某型号谐波减速器动态测试
2. 在不同转速和负载条件下，对谐波减速器进行启停、变速和制动等操作，记录各个参数的变化情况。
建立测试数据库
组织技术交流会议与培训活动，促进不同单位之间的技术合作与经验分享。
空间机械臂关节中谐波减速器的研制
空间机械臂关节中谐波减速器的研制随着人类对太空探索的不断深入，空间机械臂在各种太空任务中扮演着越来越重要的角色。
机械臂关节作为空间机械臂的核心部件，其性能直接影响机械臂的整体运动精度和稳定性。
其中，谐波减速器是机械臂关节中的一个重要组成部分，具有高精度、高刚度、轻量化和长寿命等优点，对于提高机械臂的整体性能具有重要意义。
空间机械臂关节是连接机械臂和其他太空设备的关键部件，主要承受空间环境中的复杂载荷，因此对其性能要求十分严格。
在空间机械臂关节的设计中，需要重点考虑以下几个方面：刚度和精度：空间机械臂关节需要具有高刚度和高精度，以保证机械臂的稳定性和运动精度。
承载能力：空间机械臂关节需要承受一定的重量和冲击载荷，因此需要选择具有足够承载能力的材料和结构形式。
寿命和可靠性：在空间环境中，机械臂关节需要长时间稳定工作，因此需要选择具有长寿命和可靠性的零部件。
谐波减速器作为空间机械臂关节中的核心部件，其研制的关键技术主要包括以下几个部分：柔轮材料和结构设计：柔轮是谐波减速器中的关键零部件之一，其材料和结构设计直接影响到减速器的性能。
在材料方面，需要选择具有高强度、耐腐蚀、轻质等优点的材料；在结构设计方面，需要充分考虑柔轮的形状、尺寸和结构形式，以提高减速器的传动精度和稳定性。
刚度增强技术：由于空间机械臂关节需要承受复杂的载荷，因此需要采用一系列刚度增强技术来提高谐波减速器的整体刚度。
例如，可以通过采用高强度钢、铝合金等材料来增加减速器的强度和稳定性；同时，可以采用一体化结构设计、有限元分析等技术手段来优化减速器的结构形式，提高其刚度和承载能力。
润滑和密封技术：在空间环境中，润滑和密封是谐波减速器正常工作的关键因素之一。
因此，需要采用一系列润滑和密封技术，以保证减速器的正常运转。
例如，可以采用润滑脂或润滑油等润滑剂来减少零部件之间的摩擦和磨损；同时，可以采用密封圈、密封环等密封元件来防止润滑剂泄漏或外部杂质进入减速器内部。
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课题研究内容
1. 空间用谐波减速器失效模式分析 2. 加速应力选择
3. 加速寿命试验模型建立
4. 制定载荷谱 5. 真空下加速寿命试验
6. 外推正常应力下谐波减速器寿命
1.空间用谐波减速器失效模式分析
地面应用工况下，柔轮的疲劳断裂是谐波减速器失效的主要 原因。空间应用中，由于空间用谐波减速器负载都较小，不会出 现柔轮断裂的情况。空间工程应用中一般选择效率作为谐波减速 器是否失效的判定准则，精度作为参考判据。主要失效模式： a.固体润滑柔性轴承磨损失效导致谐波减速器效率降低；
驱动 电机 力矩传感 器 减速器
力矩传感 器
负载
驱动控制 器
转矩 测试仪
转矩 测试仪
图4 减速器传动效率测试框图
拟采取的研究方法——精度测试方法
err
驱动 电机 角度传感 器
i
i
o
角度传感 器
减速器
负载
驱动控制 器
转矩 测试仪
转矩 测试仪
图5 减速器传动精度测试框图
拟采取的研究方法——加速寿命试验数据处理
——
——
国内外航天产品加速寿命试验特点
航天产品的加速寿命试验具有以下特点： 目前开展的加速寿命试验，主要是针对元器件级和材料级，针对 整机级、系统级的加速寿命试验研究较少； 加速寿命试验统计分析方法和优化设计方法很复杂，而工程研究 和可用的数据又不够，这些方法距离工程应用还有一定差距； 航天机构产品开展的加速寿命试验较少，一般都进行的是针对空 间具体应用工况的寿命试验（提高速度和缩短时间间隔），以满 足使用寿命为主，而产品最终的寿命缺乏关注； 航天机构产品的加速寿命试验模型建立和应力选择基本上时基于 以往的研究经验，缺乏理论依据。
课题的创新性 计划进度、预期进展和预期成果
拟采取的研究方法——试验方法
驱动 电机
减速器 真空环模设备
力矩电机
驱动控制 器
力矩控制 器
图3 空间用谐波减速器真空试验框图
拟采取的研究方法——效率测试方法
Po no To no To To 100% 100% Pi ni Ti no i Ti i Ti
课题研究可行性分析
图7 某预研产品真空试验
课题研究可行性分析
图8 大气试验
课题研究可行性分析
图9 真空试验
课题研究可行性分析
图10
试验设备
主要内容
课题意义及国内外研究现状综述 课题研究目标、研究内容和拟解决的关键性问题 拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及其可行性分析
课题的创新性
工程硕士学位论文开题报告
论文题目：空间用谐波减速器加速寿命试 验方法研究
主要内容
课题意义及国内外研究现状综述
课题研究目标、研究内容和拟解决的关键性问题 拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及其可行性分析
课题的创新性
计划进度、预期进展和预期成果
课题研究意义——谐波减速器简介
a 柔轮输出型
2
3
月球车驱动系统 密封副
测频接收机(航 天电子对抗设备) 固体火箭发动机 推进剂
混合Weibull 分布
指数分布 ——
综合应力 加速模型
—— Arrhenius 模型
4 5
6
无刷直流电机
Weibull分布， 指数分布
载荷－寿命曲线 Arrhenius模型
7
电容器
Weibull 分布
逆幂律模型
8
扫描机构
目前国内外关于空间用机构产品的加速寿命试验一般都是通
过折算加速条件下产品的转数或工作次数来折算在轨工作寿命， 特别是谐波减速器，没有文献报道进行加速寿命试验，在这方面 是个尝试。
主要内容
课题意义及国内外研究现状综述 课题研究目标、研究内容和拟解决的关键性问题
拟采取的研究方法、技术路线、试验方案及其可 行性分析
拟采取பைடு நூலகம்技术路线
开题 谐波减速器失 效模式分析 加速应力选择 确定加速寿命 试验模型 确定加速应力 载荷谱 效率下降 ≥20% 试验结束
谐波减速器润 滑、装配
真空下谐波减 速器测试装置 搭建
按制定载荷谱 进行真空加速 寿命试验
减速器精度、 效率测试
效率下降 <20%
最小二乘法确 定待定系数
外推正常应力 下寿命水平
b.柔轮内壁和柔性轴承外圈之间磨损导致谐波减速器效率降
低； c.刚轮-柔轮传动副磨损导致谐波减速器效率降低和精度下降。 谐波减速器的失效模式都是是相互运动的部件磨损导致的失 效。
2.加速应力选择
a．温度：由于谐波减速器传动副间采用脂润滑，温度的变 化会影响润滑剂的粘度，进而影响润滑状态，另外，还会影响润 滑剂的蠕动、蒸发、流失和蜕化，这些影响会导致谐波减速器的 失效模式发生改变，例如，温度高时，润滑脂粘度降低，润滑状 态会变好。因此，不选择温度作为加速应力； b．转速：与地面用谐波减速器不同，空间用谐波减速器传 动副间的润滑脂量很少，传动副之间长期处于边界润滑状态中， 如果寿命试验速度太高，会影响传动副间的润滑状态，进而影响 减速器失效模式。寿命试验转速选择范围不好确定，不作为加速 应力； c．负载：提高负载对谐波减速器寿命影响比较大，已经在 前期的试验中得到证实。拟选择负载作为加速应力； d．润滑脂添加量：减少润滑脂添加量，可以加速减速器磨 损，在国外文献报道中，将润滑脂添加量作为加速应力之一。但 文献中没有具体的添加量选取方法描述，工程中也没有这样的经 验，本课题中不选择润滑脂添加量作为加速应力。
3. 加速寿命试验模型建立
目前常用的加速寿命试验模型有：适用于电子产品的 Arrhenius 模型﹑适应于机械产品和电工产品的逆幂律（IPL）模 型 ﹑ Eyring 模型。 在本课题中，选取负载为加速应力，拟建立加速寿命试验模 型如下：
L AP
式中，L为平均寿命，A、α均为待定系数，P为负载。
导得出相关系数，最终外推得出正常应力下的谐波减速器寿命。
拟解决的关键问题
加速寿命试验模型的建立，是本课题的关键性问题。2.2.3中 建立的加速寿命试验模型是根据前期的工程经验及文献调研所得， 应用于空间谐波减速器加速寿命试验，其准确性有待验证。在试 验完成后，根据本次试验所得数据，外推出正常应力下的谐波减 速器寿命，与之前积累的研究试验结果进行对比，得到较为准确 的加速试验模型。
按前表所示的加速应力进行真空常温下的加速寿命试验，子 样数6，要求真空度优于1.3×10-3Pa。 在加速寿命试验过程中，定期对谐波减速器的效率和进度指 标进行测试（拟定100h测试一次），当效率指标降低20%时，则 认为减速器失效。
6.外推正常应力下谐波减速器寿命
加速寿命试验完成后，根据得到的试验数据，按式（2-4）推
恒定应力加速寿命试验数据处理方法较多，目前较常用的方法有 图估法、线性回归估计法、最小二乘法、极大似然估计法、线性无偏 估计法等，各有优缺点。 对加速寿命试验公式两边求对数得：
ln L ln A ln P
式中，lnL与lnP呈线性关系，拟采用最小二乘法进行数据的 统计分析，确定加速寿命试验模型中的待定系数A和α 。
课题研究意义——谐波减速器空间应用
图2 火星探测器上的高增益天线
课题研究意义——必要性
a.应用日益广泛，寿命试验评价需求越来越迫切；
b.空间用谐波减速器应用需求特点之一便是精度要求越来越 高，寿命要求越来越长。在轨寿命8年~12年; c. 研制周期和成本限制， 1:1 寿命试验不现实，迫切需要开 展空间用谐波减速器加速寿命试验研究，以支持谐波减速器在
4. 制定载荷谱
调研国内外资料，结合加速寿命理论，合理制定如表所示的 应力载荷谱，在制定载荷谱时，应根据实际使用工况，确定应力 的最大值。 加速寿命试验载荷谱
组件编号 1 转速（rpm） 100 负载（N· m） 10 寿命
2
3 4 5
100
100 100 100
10
15 15 20
6
100
20
5. 真空下加速寿命试验
计划进度、预期进展和预期成果
课题的创新性
目前针对空间用机构产品的加速寿命试验，国内外文献报道 较少。一般空间用机构产品从工程实际应用出发，都是按照1：1的 模式进行寿命试验，投入子样1~2台。但是随着型号和预研任务的 增长，产品研制周期越来越紧张，进行1：1试验不现实。本课题首 次将通用的加速寿命试验模式（失效分析 加速模型 加速寿命试
空间飞行器上越来越广泛的应用。
国外加速寿命试验现状
a.美国波音公司已于1994年在波音-777研制中应用加速寿命试 验方法。 b.美国空军ROME实验室对412L飞行器的警报与控制系统进行 了装配级的加速寿命试验。 c.美国把加速寿命试验当作导弹武器装备的一种寿命预测技术， 利用加速老化技术提供了48个月使用寿命预报。 d.俄罗斯研制“C-300”、 “朵尔”等多种防空导弹系统的火炬 设计局， 开发并运用“加速贮存寿命试验”和“加速运输试验”等 技术取得了卓著成效。 用6个月的加速贮存试验，即可获得贮存寿 命为10年的结论，
国内加速寿命试验现状
序号 1 航天产品 红外地平仪滚动 轴承 陀螺电机 寿命分布 —— —— 加速模型 —— Arrhenius 模型 试验方法和试验应力 60~300rpm，真空常 温下持续3.5个月 恒定应力；温度 变载荷谱，综合应 力(温度变化率和 驱动转速) 温度 高温，加速老化高 低温交变循环温度 1)提高环境温度， 恒温箱70℃，2)增 加电机负载， 恒 温箱30℃， 1.2 倍 额定负载 恒定-步进应力组 合，电压 1.5°/min~14°/mi n，真空常温下工 作5个月，测电流、 摩擦力矩等 试验数据评估结果 固体润滑状况良好，轴承几乎无 磨损 80℃的加速因子为21.2；获得正常 应力寿命 1692h。 ALT 得到的寿命最大值48h，加速 因子为568.3；正常应力下 的寿命 为 1.96a。 80℃时整机加速因子3.2；基本可 靠性水平MTBF 为 1050h。 高温 65℃， 贮存加速因子 18；使 用寿命15a 以上。 1）加速因子： 1.327，27， 1.57； 2）加速因子： 1.798， 9.96，1.235。 中位寿命：3.638×106h； 平均失效率：.2×10-6/h。 试验结束时，机构摆动次数相当 于在轨工作5年的次数，无失效。