摘要:本文通过对新颖的多圆弧行星减速机进行故障树分析,给出了影响多圆弧行星减速机正常工作的各失效因素及其逻辑关系;同时,依据对结构函数的简化,建立了与工程实际较为接近的多圆弧行星减速机可靠性模型,为对多圆弧行星减速机进行可靠性评价和设计奠定了理论基础。
一、概述
减速机是工业生产中必不可少的一种基础部件。其性能是否优良,质量是否可靠,反映出一个国家的机械工业水平。目前普遍采用的短幅外摆线行星减速机虽然有承载能力大、传动效率高等优点,但在使用中出现的三种主要失效形式—啮合副工作表面的疲劳点蚀或胶合、转臂
轴承的疲劳损坏、输出机构销轴的疲劳折断,无一不反映出其固有的弱点。而齿形为由三段内凹圆弧与两段齿顶直线组成的行星轮与针齿组成的啮合副,再配以新颖的浮动盘输出机构组成的多圆弧行星减速机(如图1所示),则可避免摆线针轮减速机的固有缺陷。在外形结构和使用方式与原摆线针轮减速机相同的情况下,经计算和试验表明,其承载能力可提高40%以上,空回误差下降80%以上,是一种理想的换代产品。为提高多圆弧行星减速机的可靠性水平,现采用直观性强、灵活性大、通用性好的故障树分析法对减速机进行全面的可靠性分析,以便找出零部件或功能的故障对减速机的故障有什么影响,影响的途径和程度,以及外部因素对减速机故障的影响。通过定性和定量的可靠性分析,从而找出减速机的薄弱环节及影响减速机正常工作的主要因素,为减速机的改进和可靠性设计提供依据。
二、建立故障树
减速机在工作中出现的失效情况可归纳为五种故障模式:零部件断裂、漏油、温升过高、传动件胶合、噪声过大。现据多圆弧行星减速机的结构和特点,以“减速机不能正常工作”为顶事件来建立其故障树(如图2所示)。共73个底事件(包括基本事件和未探明事件),用X,(i一1,2,…,73)表示;46个逻辑门,用q(j=z,2,…,46)表示。
三、故障树分析
故障树是由顶事件和构成它的全部底事件用逻辑关系联结而成的。因此,可用结构函数给出其数学表达式,以便对故障树作定性分析和定量计算。为此必须首先确定故障树的最小割集,从而找出减速机中最薄弱的环节,再由最小割集写出故障树的结构函数。本文采用下行法(Fussel一Vesely算法)从顶事件开始逐渐向下用输入事件置换输出事件,直到完全变成底事件为止。即自上而下分解求出全部最小割集,再搜索出非最小割集,从而得到全部53个最小割集。若令必表示系统的状态,K,表示第j个最小割集,那么,由最小割集可得该故障树的结构函数为:
若假定各底事件和未探明事件相互独立,则在各独立事件其寿命分布已知的条件下,即可按逻辑关系用数值方法求得系统(减速机)的寿命分布曲线,进而可求出其各种可靠性特征指标,并求出各底事件的重要度,以衡量底事件的发生对顶事件发生的影响程度。
四、建立可靠性模型
函数可建立其完整的可靠性框图模型,从而可以定量地评定出减速机整机的可靠性指标,但在实际操作中这既不可能也没有必要的,原因有二:其一是上述模型反映不出影响减速机寿命的主要失效因素,其二是在实际工作中无法得到足够的信息来估计各底事件的寿命分布。因此,根据减速机在实际使用和寿命试验中遇到的失效形式,以及各失效因素对减速机正常工作的影响程度和逻辑关系,对结构函数进行简化,得到简化后的故障树如图3所示。按逻辑关系可知,简化后的多圆弧行星减速机的可靠性框图模型为一串联系统(如图4所示)。
五、结论
1.通过对对多圆弧行星减速机进行故障树分析,可以使设计、生产和使用人员直观地了解多圆弧行星减速机的故障与哪些因素有关，有怎样的关系，以及影响的成都。
2.通过对多圆弧行星减速机的可靠性建模,可采用计算机对寿命分布类型不同的零部件按逻辑关系找出一种综合方法,进行整机的可靠性评定。同时找出对减速机寿命影响最大的薄弱环节,并建立多圆弧行星减速机的可靠性设计方法,以提高产品的可靠性指标。
