不同润滑状态下柔性轴承摩擦噪声研究

论文摘要

谐波减速器作为机器人关节的核心部件,一个重要的发展方向就是降低振动噪声,以达到提高加工质量、保护生产现场工作人员健康的目的。谐波减速器的柔性轴承是薄壁轴承,其作用是通过变形将波发生器凸轮的波动传递给柔轮,特别是高扭矩负载的情况下柔性轴承的润滑显得格外重要,如果球与滚道发生非正常接触则会导致有害的摩擦噪声出现。本论文针对不同润滑状态下柔性轴承摩擦噪声的影响因素进行研究,研究主要从以下几个方面开展:根据复模态分析的理论对点接触球-盘摩擦副摩擦噪声进行有限元仿真分析,得到耦合的模态频率;根据瞬态动力学理论对球-盘摩擦模型进行动力学仿真,通过傅里叶变化得出该模型运动振动频率。两种仿真方法综合起来可以对摩擦噪声的频率进行有效的预测。搭建点接触球-盘摩擦噪声测试环境,试验系统包括UMT-3摩擦磨损试验机、高精度麦克风和数采系统。加工GCr15钢盘试件,并对盘试件表面进行了形貌测试,对一些试件表面进行DLC以及四种氮化物（氮化钛、氮化铬、氮化锆、氮化铝钛）镀膜,对固体薄膜的硬度进行了测试。之后测试了不同线速度、不同载荷、不同粗糙度以及不同固体薄膜工况下的摩擦噪声,并分析了声压级和频率。对柔性轴承进行轴承球与套圈的接触应力以及相对滑动速度的接触参数计算,选取四种润滑脂作为脂润滑条件下摩擦噪声测量的润滑剂,对四种润滑脂的流变性以及触变性进行测试,并通过基础油的粘度参数对柔性轴承进行弹流润滑计算,最后使用UMT-3摩擦磨损试验机对两种较大载荷工况下润滑脂对摩擦噪声的影响进行测试。研制了柔性轴承以及谐波减速器整机试验台,并搭建了噪声、振动、扭矩采集条件。对一个柔性轴承和LHD-25-100-C-I型谐波减速器柔轮、刚轮、波发生器进行DLC镀膜。对柔性轴承在200N径向力负载下的不同润滑脂以及DLC和干摩擦进行多转速噪声测试。对三种型号谐波减速器在原装润滑脂进行不同输入转速、不同负载噪声测试,并对LHD-25-100-C-I型谐波减速器进行变转速、变负载噪声测试。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题来源及研究目的和意义
•     1.1.1 课题来源
•     1.1.2 课题研究目的和意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 摩擦振动噪声产生机理研究现状
•     1.2.2 摩擦振动噪声试验研究现状
•     1.2.3 摩擦振动噪声有限元分析仿真研究现状
•     1.2.4 减速器噪声研究现状
•   1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 点接触表面摩擦噪声仿真分析
•   2.1 引言
•   2.2 有限元分析摩擦噪声理论
•     2.2.1 复模态分析相关理论
•     2.2.2 瞬态动力学分析相关理论
•   2.3 摩擦噪声有限元预测过程与结果
•     2.3.1 球-盘摩擦噪声复模态分析
•     2.3.2 球-盘摩擦瞬态动力学仿真
•   2.4 本章小结
• 第3章 干摩擦及固体膜润滑状态下摩擦噪声测试研究
•   3.1 引言
•   3.2 试验仪器设备介绍
•     3.2.1 UMT-3 摩擦磨损试验机介绍
•     3.2.2 高精度麦克风传感器介绍
•     3.2.3 数据采集系统介绍与麦克风标定
•   3.3 不同工况球盘摩擦噪声测试
•     3.3.1 时频分析方法以及背景噪声分析
•     3.3.2 不同线速度摩擦噪声影响试验
•     3.3.3 不同载荷摩擦噪声影响试验
•     3.3.4 不同盘的粗糙度摩擦噪声影响试验
•     3.3.5 不同固体薄膜对摩擦噪声影响试验
•   3.4 本章小结
• 第4章 脂润滑状态下摩擦噪声测试研究
•   4.1 引言
•   4.2 润滑脂触变特性与剪切稀化特性测试
•   4.3 柔性轴承润滑状态计算
•     4.3.1 柔性轴承工况计算
•     4.3.2 弹流润滑计算结果与分析
•   4.4 脂润滑状态下摩擦噪声测试与磨痕分析
•     4.4.1 小载荷不同脂润滑摩擦噪声测试
•     4.4.2 大载荷不同脂润滑摩擦噪声测试
•   4.5 本章小结
• 第5章 柔性轴承与谐波减速器噪声测试与分析
•   5.1 引言
•   5.2 柔性轴承与谐波减速器试验台的设计与搭建
•     5.2.1 柔性轴承的试验平台设计
•     5.2.2 谐波减速器测试平台设计
•     5.2.3 数据采集系统介绍
•   5.3 试验方案设计
•     5.3.1 柔性轴承与谐波减速器的镀膜介绍
•     5.3.2 测试内容
•   5.4 测试结果与分析
•     5.4.1 数据处理方法简介
•     5.4.2 柔性轴承测试结果
•     5.4.3 谐波减速器测试结果
•   5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 齐兆悦

导师: 古乐

关键词: 摩擦噪声,固体薄膜,润滑脂,润滑分析,柔性轴承,噪声试验

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 力学,机械工业,自动化技术

单位: 哈尔滨工业大学

基金: “智能机器人”重点专项《机器人谐波减速器振动噪声抑制及失效机理研究》(编号:MB20170134)

分类号: TP242;TH133.3;O313.5

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.001514

总页数: 85

文件大小: 6653K

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