摘 要 为了快速进行谐波减速器的可靠性寿命试验，制作了一套谐波减速器加速寿命测试系统。通过试验数据进行分析统计，从而得出输出转速、输出转矩对谐波减速器寿命的影响，验证试验系统的合理性与可行性。
主题词 机器人谐波减速器 加速寿命试验
1 引言
谐波减速器是由柔轮、刚轮和波发生器组件组成的减速器。谐波减速器与普通减速器相比，其使用材料要少50%，体积及重量至少减少30%以上。作为跨时代的高精尖产物，机器人谐波减速器广泛应用于航天航空以及各类工业领域。由于机器人谐波减速器寿命一般高达几千上万小时，进行普通的寿命测试往往需要花费数月或者数年的时间，所以加速寿命测试对机器人谐波减速器的研发具有重要的意义。
2 谐波减速器加速寿命试验
试验条件：本试验采用某款机器人谐波减速器作为试验载体。试验分组：整个试验分为7组，每组试验样本数为2个,为了保证所有谐波减速器的初始状态一致，所有样本都采用相同材料、工艺和热处理方式，并且为同一批次生产。试验方式参考GB/T 35089-2015《机器人用精密齿轮传动装置试验方法》,将7组试样工况进行如表1谐波减速器寿命测试工况：
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通过上述7组试验样本进行谐波减速器的加速寿命测试，试验终止条件为谐波减速器柔轮失效。
3 谐波减速器测试依据及原理
3.1测试依据
根据文献[1]，谐波减速器寿命测试采用立式试验装置。根据文献[1]记载谐波减速器寿命所需时间t根据试验负载和转速，寿命计算方法进行计算见式。
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3.2立式试验装置测试原理
伺服电机给谐波减速器提供相应的输入转速和输入转矩，谐波减速器的输出负载转矩由其负载臂加速或减速转动产生的转动惯量而获得。负载臂提供的转矩由谐波减速器输出端的角加速度、负载臂的质量和质心半径综合决定，其输出转矩与角加速度和转动惯量对应的关系式 。
4 立式试验装置
本测试装置通过模拟谐波减速器在机械臂上实际工况进行寿命测试。其输入端采用伺服电机对其输入的转速进行控制，通过改变输出转矩从而进行相关的寿命测试实验。通过设定输入转速、加减速大小、加减速时间和等待时间等相应参数对谐波减速器整个运转过程进行控制。
5 测试结果与分析
通过对谐波减速器进行7组不同的试验工况进行测试，表2为谐波减速器寿命测试结果。
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5.1输出转速对寿命分析的影响
根据试验数据可知，在转矩不变的情况下。随着输出转速的不断增大，谐波减速器的工作寿命不断降低。由于柔轮的疲劳应力循环次数有限，在加大循环频率的前提下，其寿命随转动频率的提升而降低[2-3]。在输出转矩相同的情况下，25rpm、37.5rpm、50rpm工况下的谐波减速器寿命与输出转速接近线性关系。在速度超过额定转速25rpm之后，转速越大其寿命下降的速率变化速度越快。这与柔轮零件的疲劳应力有关，疲劳应力一定时，循环循环速度越快，疲劳寿命越小。
5.2 输出转矩对寿命的影响
根据试验数据可知，随着输出转矩的不断增大，其谐波减速器的寿命急剧下降。其输出转矩与谐波减速器寿命的3次方成反比关系。可见输出转矩和谐波减速器寿命的关系与文献【1】的结论一致。进一步验证了寿命计算方式是可靠的。基于试验数据，不难发现谐波减速器的寿命与转矩的大小有着无比重要的影响。
5.3 输出速度、转矩对寿命影响
作为最后一项综合性试验，本组试验同时提升了谐波减速器的额定输出转速和输出转矩，去探知输出转速和输出转矩综合变化下谐波减速器的寿命变化情况。在本文初期可知这款谐波减速器的额定输出转速为25rpm，输出转矩为82N.m，本试验最大输出转速在50rpm，输出转矩在164N.m。所以本组试验的所有工况皆在此款谐波减速器可承受的极限范围之内。通过试验数据可知，随着输出转矩和输出转速的提升，谐波减速器的寿命下降速率变化的更加剧烈。通过与文献[1]进行比对，其试验的输出转速超过了文献[1]规定的范围之内，通过试验组6与试验组7的试验结果。我们发现输出转矩的大小对谐波减速器的寿命有着很大的影响，但在此工况下继续加大输出转速，谐波减速器寿命依旧在快速下降。
7 结论
通过本次探究，验证了谐波减速器的寿命与转矩存在着指数关系，但是谐波减速器的输出转速也一个非常关键的参数，通过试验可知输出转速在一定范围了与谐波减速器的寿命成反比的线性关系。谐波减速器进行寿命验证时，在谐波减速器输出工况承受的极限下使用超载超速的方式能够大大缩短试验周期。
参考文献
1、GB/T 35089-2015《机器人用精密齿轮传动装置试验方法》：
2、范又功、曹炳和。谐波齿轮传动技术手册[M]. 北京国防出版社， 1983；
3、沈允文、叶庆泰。谐波齿轮传动的理论和设计[M].机械工业出版社 1985；