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工业机器人作为高端制造装备的重要组成部分,广泛应用于汽车装配制造、电子电器和食品加工等行业。国产工业机器人普遍存在平均故障间隔时间(Mean Time Between Failure,MTBF)短、死机、精度保持性不好等问题。谐波减速器是工业机器人的关键零部件之一,通过与伺服电机联接,起到减速增扭的作用,并直接承受复杂工况下的扭矩载荷,其可靠性直接影响着工业机器人的性能与安全。因此,对工业机器人谐波减速器开展可靠性研究有着十分重要的意义。目前,关于谐波减速器可靠性的研究多是针对单一失效模式的静态可靠性分析,没有考虑多失效模式相关下的系统可靠性及可靠度随时间变化的问题。因此,有必要开展工业机器人谐波减速器在多失效模式相关下的时变可靠性研究,从而科学地评估其可靠性,为优化设计指明方向。针对上述不足,本文以工业机器人常用的短筒谐波减速器为研究对象,主要开展了以下研究工作:(1)应用失效模式、影响及危害性分析(Failure Mode,Effects and Criticality Analysis,FMECA)方法,对工业机器人谐波减速器的失效模式进行分析,通过风险优先数(Risk Priority Number,RPN)确定系统的薄弱环节和主要失效模式。并基于失效物理分析,建立主要失效模式的功能函数。(2)基于Vine Copula函数开展多失效模式相关下的静态可靠性分析方法研究,将多失效模式相关下的静态可靠性问题转化为单失效模式下的静态可靠性和失效模式之间关联性的求解问题。确定了工业机器人谐波减速器各功能函数中随机变量的分布类型和参数,采用Copula函数刻画失效模式间的相关关系。通过与蒙特卡洛仿真(Monte Carlo Simulation,MCS)结果对比,验证了该方法的有效性和考虑多失效模式相关的必要性。(3)在多失效模式相关下的静态可靠性分析方法的基础上,提出了一种用于多失效模式相关下时变可靠性的分析方法,将多失效模式相关下的时变可靠性问题转化为单失效模式下的时变可靠性和失效模式之间的时变相关关系的求解问题。考虑工业机器人谐波减速器中载荷的时变特征和材料性能的退化特征,建立了各主要失效模式的时变功能函数,采用时变Copula函数描述了失效模式间的时变相关关系。通过与MCS结果进行比较,验证了该方法的有效性。