机械工程学报

作者：王嘉, 葛曼哲, 王子铭, 张露予, 王崇帅

单位：1. 河北工业大学智能配用电装备与系统全国重点实验室 天津 300401;2. 河北工业大学电气工程学院 天津 300401

关键词：故障建模,电流信号,工业机器人,谐波减速器,变速变载；

基金：国家重点研发计划(2022YFB4702100)、国家自然科学基金(52405260)、京津冀基础研究合作专项(E2024202261)、河北省科技(23281805Z)和石家庄市科技(SJZZXC23008)资助项目

谐波减速器常用于工业机器人手臂、腕部等关节，通过伺服系统驱动实现动力传递。柔性薄壁轴承是谐波减速器的核心组件，在椭圆凸轮周期性挤压和交变载荷工况下易发生故障，并通过机电耦合作用使关节电机电流产生谐波。然而，机器人服役中转矩和转速随机性变化使得故障频率均存在动态非平稳特征，导致故障频率与柔性薄壁轴承形状变化(长短轴交替)产生的冲击频率相互耦合，使得故障对电流的调制效应不明晰。建立谐波减速器直连电机定子电流模型，同时考虑机器人变速变载工况、柔性轴承长短轴交替变化冲击和不同部位故障的影响，通过理论分析获得了服役工况下谐波减速器故障对直连电机电流的影响机理。分别对柔性轴承外圈、内圈故障，以及健康状态的谐波减速器开展恒速恒载、恒速变载、变速恒载和变速变载四种工况试验以及特定工况下外圈故障的仿真，结合时频域故障特征分析，验证了所建电流模型在柔性薄壁轴承不同位置故障下的适用性与准确性。

来源：2025年第18期

《机械工程学报》期刊编辑部

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