重载机器人用取力传动机构十字轴失效分析及改进设计

徐传胜 张延强

摘   要：针对某重载机器人系统的取力传动机构十字轴工作时发生断裂的问题，建立了故障树，并对故障树所列原因逐一排查分析，准确地定位了十字轴断裂问题产生的原因，为失效万向节端凸缘叉制造质量不满足设计要求，对十字轴造成附加载荷，同时十字轴设计强度裕度偏低，导致十字轴发生脆性断裂。分析了其失效机理，提出了有效的改进方案及验证措施，为后续的取力传动机构十字轴改进设计提供了一定的参考。

關键词：十字轴  失效机理  改进设计  验证措施

中图分类号：U463.2                                文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）06（a）-0118-04

1  故障现象

取力传动机构主要由凸缘叉、十字轴万向节叉等部分组成。在实际工作过程中取力传动机构中的十字轴突然发生断裂现象。经对失效十字轴宏观检查发现：（1）断裂部位为十字轴中间部位;（2）十字轴沿相互垂直交叉的四个夹角面开裂分成四部分;（3）轴承碗内油脂充分，润滑良好;（4）十字轴外圆未发现压痕;（5）凸缘叉装配滚针轴承套的叉臂发生明显扭转;（6）十字轴柱发生偏转。十字轴断裂宏观形貌，如图1所示。

2  故障分析

2.1 建立故障树

针对可能造成十字轴断裂的原因，根据故障发生过程的描述和对故障件的检查结果，以十字轴断裂为顶事件，结合十字轴损坏的可能原因列故障树，如图2所示，并对故障树所列原因逐一排查分析。

2.2 传动机构设计强度不足

系统实际工作时，使用负载对传动机构输入的扭矩：T实=880.4N.m，取力传动机构额定扭矩：T额=1200 N·m，1.25T实

十字轴材质为20Cr，该材料在渗碳淬火状态下屈服强度：σs=540MPa，抗拉强度：σb=835MPa。……