谐波减速器加速寿命试验方法研究

doi:10.3969/j.issn.1004-132X.2022.19.005

摘要/Abstract

摘要： 目前，工程中亟需一种谐波减速器加速寿命试验方法来替代全寿命试验，以减少试验周期和成本。基于加速寿命试验原理，提出了一种基于谐波减速器失效特性的恒定应力加速寿命试验方案，以谐波减速器最易发生失效的柔轮为对象，给出了确定失效判定、加速应力、加速系数、加速模型的方法。在小样本试验数据处理中，通过采用极大似然法和马尔科夫蒙特卡洛法得到了更为准确的威布尔分布参数估计。样机的实验结果表明该方案能有效描述谐波减速器的寿命，其基本额定寿命的可靠度评价标准比中位寿命的评价标准高出62%，有效地评估了谐波减速器的寿命指标，研究结果具有一定的工程应用价值。

关键词: 谐波减速器, 加速寿命试验, 威布尔分布, 参数估计, 可靠性分析

Abstract: At present， there was an urgent need for an accelerated life test method of harmonic reducer in engineering to replace the full life test in order to reduce the test cycles and costs. Based on the principles of accelerated life test， a constant stress accelerated life test program was proposed based on the failure characteristics of the harmonic reducer. The flexible wheel that was most likely to fail in the harmonic reducers was taken as the object， and the definite failure judgment， acceleration stress， acceleration factor， method of accelerating model were pointed out. In the small sample test data processing， a more accurate Weibull distribution parameter estimation was obtained by using the maximum likelihood method and Markov Monte Carlo method. The experimental results of the prototype show that the scheme may effectively describe the life of the harmonic reducers. The reliability evaluation standard of the basic rated life is 62% higher than that of the evaluation standard of the median life. The life index of the harmonic reducers was effectively evaluated. The research results have certain engineering application values.

Key words: , harmonic reducer, accelerate life test, Weibull distribution, parameter estimation, reliability analysis

中图分类号:

TH132.43

王巧, 杜雪松, 宋朝省, 朱才朝, 孙健铨, 廖德林. 谐波减速器加速寿命试验方法研究[J]. 中国机械工程, 2022, 33(19): 2317-2324.

WANG Qiao, DU Xuesong, SONG Chaosheng, ZHU Caichao, SUN Jianquan, LIAO Delin. Research on Accelerated Life Test Method of Harmonic Reducers[J]. China Mechanical Engineering, 2022, 33(19): 2317-2324.

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参考文献

［1］辛洪兵. 双圆弧谐波齿轮传动基本齿廓设计［J］. 中国机械工程， 2011， 22（6）：656-662.
XIN Hongbing. Basic Tooth Profile Design of Double Circular Arc Harmonic Gear Drive［J］. China Mechanical Engineering， 2011， 22（6）：656-662.
［2］LI Xinzi， SONG Chaosheng， YANG Yong， et al. Optimal Design of Wave Generator Profile for Harmonic Gear Drive Using Support Function［J］. Mechanism and Machine Theory， 2020， 152：103941.
［3］ZHANG Xian， JIANG Gedong， ZHANG Hao， et al. Time-dependent Reliability Analysis of Harmonic Drive Based on Transient FEA and Accelerated Life Test［J］. Engineering Computations， 2020， 37（7）：2293-2317.
［4］YURKOWSKY W， SCHAFTER R E， FINKELSTEIN J M. Accelerated Testing Technology［R］. Technological Report No. RADC TR 67420， 1967：1-2.
［5］陈循，陶俊勇，张春华. 可靠性强化试验与加速寿命试验综述［J］. 国防科技大学学报， 2002， 24（4）：29-32.
CHEN Xun， TAO Junyong， ZHANG Chunhua. Summary of Reliability Strengthening Test and Accelerated Life Test［J］. Journal of National University of Defense Technology， 2002， 24（4）：29-32.
［6］GOUNO E， SEN A， BALAKRISHNAN N. Optimal Step-Stress Test under Progressive Type-Ⅰ Censoring［J］. IEEE Trans Reliab， 2004， 53（3）：388-393.
［7］WATKINS A J， JOHN A M. On Constant Stress Accelerated Life Tests Terminated by Type Ii Censoring at One of the Stresslevels［J］. Journal of Statistical Planning and Inference， 2008， 138（3）：768-786.
［8］潘刚，梁玉英，吕萌，等. 步降加速寿命试验优化设计Monte-Carlo仿真［J］. 电光与控制， 2013， 20（4）：77-80.
PAN Gang， LIANG Yuying， LYU Meng， et al. Optimal Design of Step Down Accelerated Life Test Monte Carlo Simulation［J］. Electro Optic and Control， 2013， 20（4）：77-80.
［9］HASSAN A. S， ASSAR S M， SHELBAIA A. Optimum Step-Stress Accelerated Life Test Plan for Lomax Distribution with an Adaptive Type-Ⅱ Progressive Hybrid Censoring［J］. Journal of Advances in Mathematics and Computer Science， 2015， 13（2）：1-19.
［10］NOOSHIN H. Approximated Optimal Design for a Bivariate Step-stress Accelerated Life Test with Generalized Exponential Distribution under Type-Ⅰ Progressive Censoring［J］. The International Journal of Quality & Reliability Management， 2021， 38（5）：1090-1115.
［11］徐晓岭，费鹤良. 威布尔分布场合下步进应力加速寿命试验的统计分析［J］. 运筹学学报， 1999， 4（3）：73-84.
XU Xiaoling， FEI Heliang. Statistical Analysis of Step Stress Accelerated Life Test under Weibull Distribution［J］. Operations Research Transactions， 1999， 4（3）：73-84.
［12］MOHIE E M， ABU-YOUSSEF S， ALI N， et al. Optimal Plans of Constant-Stress Accelerated life Tests for the Lindley Distribution. Journal of Testing and Evaluation， 2016， 45（4）：1463-1475.
［13］龙兵，张忠占. 恒定应力部分加速寿命试验的统计分析［J］. 应用数学， 2019， 32（2）：302-310.
LONG Bing， ZHANG Chongzhan. Statistical Analysis of Constant Stress Partial Accelerated Life Test［J］. Applied Mathematics， 2019， 32（2）：302-310.
［14］MAHTO A K， TRIPATHI Y M， WU S. Statistical Inference Based on Progressively Type-I Censored Data from the Burr X distribution under Progressive-Stress Accelerated Life Test［J］. Journal of Statistical Computation and Simulation， 2021， 91（2）：368-382.
［15］zsoy S， Celik M， Kadogˇlu F S. An Accelerated Life Test Approach for Aerospace Structural Components［J］. Engineering Failure Analysis， 2008， 15（7）：946-957.
［16］徐东，徐永成，陈循，等. 滚动轴承加速寿命试验技术研究［J］. 国防科技大学学报， 2010， 32（6）：122-129.
XU Dong， XU Yongcheng， CHEN Xun， et al. Research on Accelerated Life Test Technology of Rolling Bearing［J］. Journal of National University of Defense Technology， 2010， 32（6）：122-129.
［17］LI Junyang， WANG Jiaxu， ZHOU Guangwu， et al. Accelerated Life Testing of Harmonic Driver in Space Lubrication［J］. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers， Part J：Journal of Engineering Tribology， 2015， 229（12）：1491-1502.
［18］ANDRIA G， DINISIO A， SCARANO V L， et al. Accelerated Life Tests of a New Optocoupler for Aerospace Application［C］∥2014 IEEE Metrology for Aerospace（MetroAeroSpace）. Beneveuto， Italy， 2014：510-514.
［19］卢秋红，董少峰，张亚. 弹药步进应力加速寿命试验数据处理方法探讨［J］. 探测与控制学报， 2000， 22（1）：47-50.
LU Qiuhong， DONG Shaofeng， ZHANG Ya. Discussion on Data Processing Method of Ammunition Step Stress Accelerated Life Test［J］. Journal of Detection and Control， 2000， 22（1）：47-50.
［20］张弦，姜歌东，梅雪松，等. 采用瞬态有限元及加速寿命试验的谐波减速器时变可靠度评估方法［J］. 西安交通大学学报， 2020， 54（4）：1-9.
ZHANG Xuan， JIANG Gedong， MEI Xuesong， et al. Time-dependent Reliability Analysis of Harmonic Drive Based on Transient FEA and Accelerated Life Test［J］. Journal of Xi′an Jiaotong University， 2020， 54（4）：1-9.
［21］李俊阳，王家序，范凯杰，等. 谐波减速器黏着磨损失效加速寿命模型研究［J］. 摩擦学学报， 2016， 36（3）：297-303.
LI Junyang， WANG Jiaxu， FAN Kaijie， et al. Study on Accelerated Life Model of Adhesive Wear Failure of Harmonic Reducer［J］. Journal of Tribology， 2016， 36（3）：297-303.
［22］崔俊宽. 谐波减速器用柔性薄壁轴承加速寿命试验研究［D］. 广州：华南理工大学， 2019.
CUI Junkuan. Experimental Study on Accelerated Life of Flexible Thin Wall Bearing for Harmonic Reducer［D］. Guangzhou：South China University of Technology， 2019.
［23］王静，陶孟仑，陈定方，等. 谐波减速器双应力步降加速寿命试验方法研究［J］. 机械传动， 2020， 44（10）：8-12.
WANG Jing， TAO Menglun， CHEN Dingfang， et al. Research on Accelerated Life Test Method of Double Stress Step-down for Harmonic Reducer［J］. Mechanical Drive， 2020， 44（10）：8-12.
［24］LIFanjie， LI Xiaopeng， GUO Yajing， et al. Analysis of Contact Mechanical Characteristics of Flexible Parts in Harmonic Gear Reducer［J］. Shock and Vibration， 2021， 2021：5521320.
［25］赵健印，刘芳，奚文骏. 退化失效与突发失效共存下产品可靠性模型与评估方法研究［J］. 兵工学报， 2011， 32（9）：1136-1139.
ZHAO Jiianyin， LIU Fang， XI Wenjun. Research on Product Reliability Model and Evaluation Method under the Coexistence of Degradation Failure and Sudden Failure［J］. Acta Armamentarii， 2011， 32（9）：1136-1139.
［26］QING Bintong， CHAO Qunjiao， TAO Ning， et al. Harmonic Gear Reducer Transmission Error Analysis and Detection［J］. Advanced Materials Research， 2013， 711：375-380.
［27］张详坡，尚建忠，陈循，等. 三参数Weibull分布竞争失效场合变应力加速寿命试验统计分析［J］. 机械工程学报， 2014， 50（14）：42-49.
ZHANG Xiangpo， SHANG Jianzhong， CHEN Xun， et al. Statistical Analysis of Variable Stress Accelerated Life Test under Competitive Failure of Three Parameter Weibull Distribution［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2014， 50（14）：42-49.
［28］TEIMOURI M， SEYED H M， NADARAJAH S. Comparison of Estimation Methods for the Weibull Distribution［J］. Statistics， 2013， 47（1）：93-109.

[1]	彭才华, 李建华, 任丽娜, 贾世琳. 带测量误差的设备非线性退化建模与剩余寿命在线预测[J]. 中国机械工程, 2026, 37(1): 147-161.
[2]	郭万金, 田玉祥, 利乾辉, 曹雏清, 赵立军, 徐明坤, 刘孝恒, 侯旭栋. 未知环境下机器人打磨自适应变阻抗恒力控制[J]. 中国机械工程, 2026, 37(1): 92-104.
[3]	智鹏鹏, 刘雪琴, 官毅, 吴江, 汪忠来. 基于AMESim-PID-Kriging的通航发动机空燃比控制可靠性分析方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(10): 2433-2443.
[4]	田海龙1, 2, 孙雨治1, 2, 杨兆军1, 2, 刘志峰1, 2, 陈传海1, 2, 何佳龙1, 2. 数控机床可靠性的故障模式、影响及危害分析研究现状及发展趋势[J]. 中国机械工程, 2025, 36(07): 1430-1441.
[5]	杨雨1, 2, 李晓雷2, 陶友瑞1, 2, 郭祺雨1, 2, 叶楠1, 2. RV减速器服役工况加速载荷谱编制方法[J]. 中国机械工程, 2025, 36(06): 1170-1177.
[6]	张磊1, 2, 3, 孙学涛1, 2, 陈洁1, 2, 孙远波3, 郭佳佳1, 2, 郑杰1, 2. 汽车结构可靠性分析与优化设计研究进展[J]. 中国机械工程, 2024, 35(11): 1948-1962，1970.
[7]	屈小章, 张加贝, 翟方志. 非随机载荷不确定的机车侧墙过滤系统两相流可靠性分析[J]. 中国机械工程, 2023, 34(15): 1881-1889.
[8]	陈东宁, 胡彦龙, 姚成玉, 王宽通, 马雷, . 多维动态贝叶斯网络及其重要度分析方法[J]. 中国机械工程, 2022, 33(19): 2340-2346.
[9]	易茜, 李聪波, 潘建, 张友. 薄板类零件加工精度可靠性分析及工艺参数优化[J]. 中国机械工程, 2022, 33(11): 1269-1277.
[10]	宋庭新, 韩国晨. 基于预防性维修的舰船装备等级修理决策系统研究[J]. 中国机械工程, 2022, 33(04): 496-503.
[11]	王康, 齐金平, 周亚辉, 李少雄, 赵睿虎, 郭浩. [轨道交通运维技术]基于离散时间贝叶斯网络的列控中心可靠性分析[J]. 中国机械工程, 2021, 32(04): 390-398.
[12]	陈东宁1,2;侯安农3;姚成玉3;侯鑫1,2;邢然3. 一种新型动态贝叶斯网络分析方法[J]. 中国机械工程, 2020, 31(12): 1394-1406,1414.
[13]	陈文华, 贺青川, 潘骏, 钱萍, 钟立强. [学科发展]机械产品可靠性试验技术研究现状与展望[J]. 中国机械工程, 2020, 31(01): 72-82.
[14]	谢少军;潘柏松;罗路平;项涌涌. 一种耦合区间-随机混合可靠性分析方法[J]. 中国机械工程, 2019, 30(14): 1673-1678,1683.
[15]	郭锐1，2;张荣兵1，3;赵静一1，2，4;汪晋锋1，3. 单失效数据情形下蓄能器可靠性评估[J]. 中国机械工程, 2018, 29(16): 1891-1899.