谐波减速器柔轮破裂失效原因分析.docxVIP

谐波减速器柔轮破裂失效原因分析.docx

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谐波减速器柔轮破裂失效原因分析

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摘要:对柔轮台架试验出现早期破坏的原因进行了失效分析,开展了微观组织及断口的特征分析:失效柔轮微观组织性能满足使用要求,但在应力集中程度最大的齿根位置依然存在加工痕迹,沿着这些加工痕迹断裂的特征较为明显。因此柔轮的失效主要源于机加工过程中残留的刀痕,这些刀痕在服役过程中成为应力集中源,导致沿加工刀痕萌生裂纹。通过适当的喷丸处理能解决这些残留的刀痕,有效缓解早期断裂。

关键词:谐波减速器,柔轮,失效分析,喷丸

Fracturefailureanalysisofflexiblegearforharmonicreducer

ZouAnbing

(1.GuizhouQunjianPrecisionMachineryCo.,Ltd.,Zunyi563000,China)

Abstract:Thefracturefailurereasonofflexiblegearduringbenchtestisanalyzed.Accordingtothecharacteristicanalysisofmicrostructureandappearanceoffracture,

Theflexiblegearhasgoodmicrostructureuniformityandmechanicalproperties.However,intherootposition,whereundertakethegreateststressconcentrationduringoperation,hasobviousmachiningtraces.Andthefracturealongthesemachiningtracesisobvious.Therefore,thefailureoftheflexiblegearstemsfromtheremainingknifemarksinthemachiningprocessmainly,thesemarksbecomethesourceofstressconcentrationduringtheoperating,andleadingtotheinitiationofcracksalongthemachiningtraces.Thesetracescanbesolvedbyproperpeeningtreatment,andpreventearlyfailureoftheflexiblegear.

Keywords:Harmonicreducer,flexiblegear,failureanalysis,shotpeening

0前言:

谐波减速器是现代工业机器人所需的关键零部件,其价值约占工业机器人总成本的35%左右,我国仅工业机器人减速器市场就达30.8亿/年,具有极大的市场空间。目前国产减速器服役可靠性与寿命具有明显短板,其平均寿命只有国外同类产品的1/3~1/4,导致我国包括工业机器人行业在内的高端应用减速器市场主要依靠进口,较高的成本严重制约产业发展。谐波减速器是一种依靠柔性齿轮所产生的可控弹性变形来传递运动和力的新型机械传动。其组成包括凸轮(波发生器)、柔轮、输入轴和刚轮四个主要部件所构成。当波发生器转动时,迫使柔轮产生弹性变形,使它的齿与刚轮的齿相互作用,从而实现传动的目的。其中最特殊的是柔轮,其在服役过程中,每转发生两次椭圆变形,为满足这种服役特点,一般柔轮的壁厚设计都较薄,在0.5mm左右。这种薄壁的尺寸特点,以及服役过程中反复的变形交变应力非常容易导致这个构件发生破坏。国产化谐波减速器产品测试发现,在谐波减速器中,柔轮构件的破坏占这个减速器破坏的99%以上。因此针对柔轮的破坏问题,有较多的原因集中在柔轮应力条件分析[1,2],通过柔轮设计与装配控制的应力条件来实现服役条件优化[3-5],包括对柔轮材料的组织优化[6,7]等,针对谐波减速器的失效分析,目前相对报道较少,主要认为是材料中的夹杂物[8]与设计缺陷[9],相关失效原因缺乏大量可用数据,因此较难进行系统分析。

在解柔轮产品国产化过程,研究团队从设计,材料成分要求,微观组织调控等开展了系列工作,在其组织性能方面已经取得了较为系统的突破,并对台架试验过程中发生破坏失效的柔轮进行了系统的分析。并以此在制造工艺上进行针对性的优化来改善柔轮产品的服役寿命与可靠性。

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