3.2.2 柔性机构动态性能可靠性分析
柔性机构动态性能可靠性是动态可靠性研究的重点,原因之一是柔性机构运动学参数的动态响应过程为非平稳随机过程,同时,运动学参数的安全区域也是一个非平稳随机过程;原因之二是柔性机构的负载通常较小,在太空工作的机构处于微重力或者无重力环境,机构受力主要为运动和变形产生的惯性力;原因之三是柔性机构大部分为低循环机构,可以不必考虑磨损和疲劳寿命可靠性问题。
柔性机构动态性能的失效模式主要有以下几种:运动过程失效、运动轨迹失效、运动参数失效和运动精度失效,这些失效模式的原因是多因素的。有的失效模式是单独出现,有些是相互关联的,其中几种失效模式往往一起出现。
(1)运动过程失效 柔性机构不能完成规定的运动过程,例如无法启动、卡滞、干涉等,是一种后果严重的失效模式。
(2)运动轨迹失效 柔性机构没有按照规定轨迹完成规定的运动,例如机构对接位置偏离等。
(3)运动参数失效 柔性机构的运动参数不满足规定的要求,例如运动参数偏离正常范围等,是柔性机构运动失效模式中最常见的一种模式。
(4)运动精度失效 柔性机构的运动精度不满足规定的要求,例如由于变形、磨损引起的运动参数劣化。
一般情况下,柔性机构的动态性能是指在不发生强度破坏的前提下,柔性机构的运动学和动力学参数保持在规定范围内的能力。柔性机构的动态性能(运动)可靠性是指柔性机构在启动过程、运动过程、定位过程以及分离过程中完成动作的可靠性,包括机构运动轨迹符合机构功能要求;时间、位移(角位移)、速度(角速度)、加速度(角加速度)、力和力矩等运动学和动力学参数在规定范围内的可靠性。动态性能可靠性的实质是获得动态性能参数X(t)的随机过程在时刻t的时间截口分布特性。
在柔性机构运动时域T内,柔性机构的广义动态性能可靠度Rm(t)可以描述为
Rm(t)=P{X(t)∈Ω(t),t∈T} (3-18)
式中 X(t)——t时刻的广义动态性能参数;
Ω(t)——t时刻的许用区域。
通常情况下,广义动态性能的安全许用区域Ω(t)为非平稳随机过程,其均值μΩ(t)和方差σΩ(t)是时变的。因此,柔性机构的广义动态性能可靠度Rs(t)的分析模型也可以表达为
Rs(t)=P{X(t)＜μΩ,t∈T} (3-19)