[发明专利]考虑谐波减速器不确定性的接触载荷比代理模型构建方法

说明书

本发明公开一种考虑谐波减速器不确定性的接触载荷比代理模型构建方法，应用于谐波减速器结构设计领域，针对润滑状态下谐波减速器磨损的理论研究少，弹流体润滑数值仿真分析需要耗费大量时间，影响谐波减速器润滑情况的不确定性因素研究内容不足等问题，本发明将谐波减速器的制造与安装误差，环境温度，负载载荷以及输入转速的不确定性纳入到润滑条件下谐波减速器接触载荷比的代理模型的构建过程中；在构建神经网络代理模型时，利用没考虑不确定因素的精确度不高的接触载荷比拟合作为神经网络中的一个基础项，然后通过鲸鱼优化算法优化神经网络中的权重值和阈值以及基础项的相关待定指数；采用本发明的代理模型预测的接触载荷比精度明显提升。

技术领域

本发明属于谐波减速器结构设计领域，涉及一种考虑谐波减速器的不确定性的接触载荷比预测技术，及需要考虑谐波减速器润滑磨损时谐波减速器结构设计技术。

背景技术

谐波减速器主要由三部分组成，波发生器，柔轮和刚轮。自1955年第一台应用于火箭的谐波减速器问世以来，由于其结构简单，具有质量轻，传动比范围大，传动精度高，承载能力高，可向封闭空间传递运动和力等优点，因而被广泛应用在空间飞行器的各种实施展开、驱动、精密指向、扫描、空间机器人活动关节等运动机构上。

谐波齿轮传动技术是在1961由上海纺织科学研究院的孙伟工程师首次引入我国，经过几十年的研究发展，我国在谐波齿轮减速器的理论研究方面、制造和应用等领域取得了较大的成绩，除此之外，谐波齿轮传动研究室于1983年在我国正式成立，在1984年通过“谐波减速器标准系列产品”的鉴定，在1993年制定了国标GB/T14118-93标准。到现在为止，我国有很多部门在从事谐波齿轮减速器的研究工作和产品的生产工作，包括北京中技克美有限责任公司、北方精密机械研究所、北京谐波传动技术研究所、郑州机械研究所、燕山大学等部门，由于这些部门的先验工作，奠定了我国谐波齿轮传动技术研究和推广应用的基础。

随着谐波减速器的迅猛发展与广泛应用，对其润滑性能的研究也相继展开，已有多种润滑材料被应用于谐波减速器中。润滑方式根据其应用环境的不同，主要分为液体润滑、固体/液体混合润滑和固体润滑。由于谐波减速器处于真空、高低温和微重力等特殊环境中，要想使其正常工作，这就要求润滑材料必须具备良好的润滑与防真空冷焊性能、宽的温度使用范围、低蒸汽压、超低挥发、抗原子氧侵蚀以及高可靠和长寿命等特征。

由于空间应用环境与工况的特殊性，谐波减速器内部各接触副一般处于混合或边界润滑状态，因此其液体润滑通常采用润滑脂，且以PFPE(全氟聚醚)基润滑脂以及MACs(多烷基化环戊烷)基润滑脂为主。全氟聚醚(缩写PFPE)，是20世纪随航天工业而发展起来的合成润滑材料之一。

针对谐波减速器不同的润滑材料和润滑方式，国内外研究人员展开了一系列试验研究。对谐波减速器，Manfred等采用了MAPLUB PF润滑脂(属于PFPE基润滑脂)进行润滑，北京控制工程研究所李晓辉等采用美国Castrol公司生产的Braycote 601EF润滑脂对谐波减速器进行润滑。周晖等首先对谐波减速器刚轮、柔轮齿面进行TCP表面改性处理，以增加摩擦表面对油脂的浸润性和耐边界润滑性能，然后对齿面采用PFPE基润滑脂进行润滑。波发生器柔性轴承采用固体润滑方式，即在轴承内外圈滚道上沉积MoS₂基复合润滑薄膜，轴承保持器采用PTFE基增强型自润滑材料制造。Schafer等对谐波减速器分别采用MaplubSH050a和Maplub PF100a润滑脂润滑。Hans等采用PFPE基润滑脂Fomblin Z25作为润滑剂，并在柔性轴承轨道、柔轮及刚轮齿面镀有金膜，柔性轴承采用铜保持架。他们在不同的润滑方式下对谐波减速器进行热真空寿命试验，研究了不同的润滑剂类型以及不同润滑方式对于谐波减速器使用性能和寿命的影响。