CN103472395B - 开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置 - Google Patents

Abstract

开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置，以解决现有旋转型行波超声电机预压力调节装置不方便拆卸，摩擦材料厚度改变后不能保证初始预压力条件下的重复加载、对超声电机内部的改动较大，不能真实的反映超声电机实际工况以及测试超声电机性能时，不具备精确调节预压力的问题，它包括测微头、轨道滑块、测力称重传感器、传感器压头、壳体、测速圆片、磁滞制动器、基座、接近开关、轨道和两个轨道滑块锁紧机构；轨道滑块上安装有测力称重传感器，行波超声电机与传感器压头之间设置有壳体，行波超声电机的输出轴上安装有测速圆片和磁滞制动器，测速圆片位于行波超声电机和磁滞制动器之间。本发明用于行波超声电机负载特性测试。

Description

开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置

技术领域

本发明涉及一种行波超声电机测试装置，具体涉及一种开放式预压力可控的旋转型行波超声电机负载特性测试装置，属于超声电机测试技术领域。

背景技术

旋转型行波超声电机是利用压电陶瓷的逆压电效应激发定子振动产生行波，形成定子表面质点的椭圆运动，在定、转子间预压力的作用下，通过定、转子间的摩擦把定子的微幅振动转换成转子的宏观转动，实现转速和力矩的输出。因此，预压力对行波超声电机的性能有至关重要的影响。

目前，国内外对超声电机预压力的研究多采用建模仿真的方法，由于所建立的模型忽略的较多因素，不能真实的反映超声电机运行阶段预压力的变化及这种变化对超声电机性能的影响。国外在对控制旋转型行波超声电机的预压力的试验装置介绍不明确，未见详细报道；国内东南大学、南京航天航空大学、浙江大学、哈尔滨工业大学等对旋转型行波超声波电机预压力进行了研究，也设计了一些预压力调节装置，但仍存在着一定缺点。首先，大多预压力调节装置采用封闭式加载，不方便拆卸，且当摩擦材料厚度改变时，拆卸重新加载不能保证初始的预压力不变，重复加载性不好。超声电机寿命试验长达3000小时以上，上述的预压力调节装置一旦组装就不能更改电机组件，不能进行人工加速摩擦材料的磨损。其次，许多预压力调节装置对超声电机内部的改动较大，不能真实的反映超声电机实际的工况。第三，有的预压力调节装置预压力加载的刚度不可控，不方便研究预压力加载刚度对超声电机性能的影响。

授权公告日为2009年10月7日，授权公告号为CN 201323536Y的实用新型专利公开一种超声电机预压力自动调整装置，但该装置采用封闭式加载方式，利用电磁电机、丝杠、固定套筒加载，实现预压力的自动调整和控制，

授权公告日为2010年3月10日，授权公告号为CN100593698C的发明专利公开了一种超声电机通用测试装置，能够测试旋转型及直线型超声电机，但不具备精确调节预压力的功能。

授权公告日为2011年10月19日，授权公告号为CN101753057B的发明专利公开了一种行波超声电机装配装置，该装置能够在装配过程中测量施加的预压力大小，实现对预压力的控制，确保电机正常运行。但，该装置主要用于电机的装配，而本发明用于超声电机的测试。

发明内容

本发明是为解决现有旋转型行波超声电机预压力调节装置不方便拆卸，摩擦材料厚度改变后不能保证初始预压力条件下的重复加载、对超声电机内部的改动较大，不能真实的反映超声电机实际工况以及测试超声电机性能时，不具备精确调节预压力的问题，进而提供一种开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置包括测微头、轨道滑块、测力称重传感器、传感器压头、壳体、测速圆片、磁滞制动器、基座、接近开关、轨道和两个轨道滑块锁紧机构；所述测速圆片为齿轮式测速圆片，测速圆片的外圆周面上均布加工有多个轮齿，基座上安装有轨道，测微头的安装套与轨道连接，测微头的测杆端顶靠轨道滑块，测微头的轴向与行波超声电机的轴向均沿基座的长度方向设置，轨道滑块安装在轨道上，轨道滑块能在轨道上滑动，轨道滑块的滑动方向与测微头的轴向一致，轨道的两侧各安装有轨道滑块锁紧机构，轨道滑块上安装有测力称重传感器，测力称重传感器的受力端顶靠在传感器压头上，行波超声电机与传感器压头之间设置有壳体，行波超声电机的输出轴上安装有测速圆片和磁滞制动器，测速圆片位于行波超声电机和磁滞制动器之间，测速圆片的端面处设置有接近开关。

本发明的有益效果是：本发明采用开放式加载方式，在能够真实模拟超声电机实机工况(预压力加载方式、结构固定方式、负载等)的同时，通过测微头进行精确调节预压力，预压力的调节范围可达0-500牛顿，精确调节的精度为5-10牛顿；摩擦材料厚度改变后能保证初始预压力条件下的重复加载，实现更换转子后的重复加载，无需对超声电机内部进行改动，能便捷的模拟随着摩擦材料的磨损超声波电机预压力的变化规律。

本发明所述开放式是相对现有的超声电机是通过外壳加载，外壳与电机是封闭的，测速圆片上的两相邻轮齿之间的空间具有齿槽，本发明通过接近开关检测测速圆片上的多个轮齿的一段时间内信号的数量，并将信号传输到上位机进而计算出转速，经过处理转化为超声电机的转速。磁粉制动器的电流与力矩在一定范围内存在线性关系，标定后通过检测磁滞制动器的电流就可以测量出超声电机的负载力矩。本装置适合检测不同预压力下超声电机的负载特性，以及测试超声电机摩擦材料、寿命等性能。

附图说明

图1是本发明的整体结构主剖视示意图，图2是壳体的整体结构示意图，图3是具体实施方式五中轨道与轨道滑块的连接结构示意图，图4是具体实施方式六中锁紧机构的支架的主视结构示意图，图5是图4的左视图，图6是图4的俯视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图6说明本实施方式，本实施方式的开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置包括测微头1、轨道滑块2、测力称重传感器4、传感器压头5、壳体6、测速圆片9、磁滞制动器10、基座11、接近开关12、轨道14和两个轨道滑块锁紧机构3；所述测速圆片9为齿轮式测速圆片，测速圆片9的外圆周面上均布加工有多个轮齿，基座11上安装有轨道14，测微头1的安装套与轨道14连接，测微头1的测杆端顶靠轨道滑块2，测微头1的轴向与行波超声电机7的轴向均沿基座11的长度方向设置，轨道滑块2安装在轨道14上，轨道滑块2能在轨道14上滑动，轨道滑块2的滑动方向与测微头1的轴向一致，轨道14的两侧各安装有轨道滑块锁紧机构3，轨道滑块2上安装有测力称重传感器4，测力称重传感器4的受力端顶靠在传感器压头5上，行波超声电机7与传感器压头5之间设置有壳体6，行波超声电机7的输出轴上安装有测速圆片9和磁滞制动器10，测速圆片9位于行波超声电机7和磁滞制动器10之间，测速圆片9的端面处设置有接近开关12。

本实施方式的超声电机的轴承的三分之一至三分之二的露出部分与壳体配合连接。

本实施方式的测微头为螺旋测微器。本实施方式的轨道滑块通过轨道滑块锁紧机构锁紧。本实施方式的测速圆片上的两相邻轮齿之间的空间具有齿槽。

具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述测力称重传感器为轮辐式传感器。轮辐式传感器由上海聚人电子科技有限公司生产，型号可为LF-11，如此设置，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述测速圆片9为金属测速圆片，测速圆片9的外圆周面上均布加工有24个齿。如此设置，便于接近开关测定超声电机的转速。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述接近开关12为电感式接近开关。如此设置，抗干扰性能好，开关频率高。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图3说明本实施方式，本实施方式的轨道14的上表面上设置有凸起14-1，轨道滑块2的下表面上设置有燕尾槽2-1，凸起14-1安装在燕尾槽2-1内且凸起14-1能在燕尾槽2-1内滑动。如此设置，能满足轨道滑块滑动的需要。其它与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：结合图1、图4、图5和图6说明本实施方式，本实施方式的每个所述轨道滑块锁紧机构3包括支架3-1和螺栓3-2，支架3-1安装在轨道14的侧面，支架3-1的上端旋拧有螺栓3-2，轨道滑块2通过螺栓3-2锁紧。如此设置，轨道滑块移动到一定位置后，支架上旋拧有的螺栓顶靠在轨道滑块的侧面，实现对轨道滑块的锁紧，以实现不同预压力下的超声电机的机械性能的测试。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述装置还包括联轴器8，行波超声电机7的输出轴上安装有联轴器8，测速圆片9位于联轴器8和磁滞制动器10之间。本实施方式采用弹性联轴器，便于测速圆片安装连接，满足实际需要。其它与具体实施方式一、二、四或六相同。

具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述装置还包括第一支架13，第一支架13安装在基座11上，传感器压头5通过第一支架13支撑，且传感器压头5能在第一支架13上沿行波超声电机7的轴向滑动。如此设置，能有效保证测微头、测力称重传感器和超声电机的同轴度，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式七相同。

具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述装置还包括第二支架15，第二支架15安装在基座11上，行波超声电机7通过第二支架15支撑。如此设置，能有效保证测微头、测力称重传感器和超声电机的同轴度，也能保证超声电机牢靠稳定。其它与具体实施方式一、二、四、六或八相同。

具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述装置还包括第三支架16，第三支架16安装在基座11上，磁滞制动器10通过第三支架16支撑。如此设置，能有效保证测力称重传感器和行波超声电机的同轴度。其它与具体实施方式九相同。

工作原理

预压力加载部分采用开放式加载，轨道滑块通过测微头调节位移，经由测力称重传感器、传感器压头和壳体将预压力传递给行波超声电机的轴承，进而传递给超声电机的轴，利用螺旋测微头推动轨道滑块移动，带动测力称重传感器和传感器压头，经由一定刚度的壳体实现旋转型行波超声电机定、转子之间预压力的调节，轨道滑块锁紧机构可锁紧轨道滑块。行波超声电机的轴与测速圆片连接，通过接近开关测定测速圆片的转速，进而可测试超声电机的转速，接近开关检测测速旋片发出的信号并传输到上位机，经过处理转化为超声电机的转速。通过调节磁滞制动器可改变行波超声电机的负载。磁滞制动器的电流与力矩在一定范围内存在线性关系，标定后通过检测磁滞制动器的电流就可以测量出行波超声电机的负载力矩。基座上加工有定位槽可实现装置的对中。

Claims (10)

1.开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置，所述装置包括测微头(1)、测力称重传感器(4)、传感器压头(5)和基座(11)；

其特征在于：所述装置还包括轨道滑块(2)、壳体(6)、测速圆片(9)、磁滞制动器(10)、接近开关(12)、轨道(14)和两个轨道滑块锁紧机构(3)；所述测速圆片(9)为齿轮式测速圆片，测速圆片(9)的外圆周面上均布加工有多个轮齿，基座(11)上安装有轨道(14)，测微头(1)的安装套与轨道(14)连接，测微头(1)的测杆端顶靠轨道滑块(2)，测微头(1)的轴向与行波超声电机(7)的轴向均沿基座(11)的长度方向设置，轨道滑块(2)安装在轨道(14)上，轨道滑块(2)能在轨道(14)上滑动，轨道滑块(2)的滑动方向与测微头(1)的轴向一致，轨道(14)的两侧各安装有轨道滑块锁紧机构(3)，轨道滑块(2)上安装有测力称重传感器(4)，测力称重传感器(4)的受力端顶靠在传感器压头(5)上，行波超声电机(7)与传感器压头(5)之间设置有壳体(6)，行波超声电机(7)的输出轴上安装有测速圆片(9)和磁滞制动器(10)，测速圆片(9)位于行波超声电机(7)和磁滞制动器(10)之间，测速圆片(9)的端面处设置有接近开关(12)。

2.根据权利要求1所述的开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置，其特征在于：所述的测力称重传感器(4)为轮辐式传感器。

3.根据权利要求1或2所述的开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置，其特征在于：所述测速圆片(9)为金属测速圆片，测速圆片(9)的外圆周面上均布加工有24个轮齿。

4.根据权利要求3所述的开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置，其特征在于：所述接近开关(12)为电感式接近开关。

5.根据权利要求1、2或4所述的开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置，其特征在于：轨道(14)的上表面上设置有凸起(14-1)，轨道滑块(2)的下表面上设置有燕尾槽(2-1)，凸起(14-1)安装在燕尾槽(2-1)内且凸起(14-1)在燕尾槽(2-1)内滑动。

6.根据权利要求5所述的开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置，其特征在于：每个所述轨道滑块锁紧机构(3)包括支架(3-1)和螺栓(3-2)，支架(3-1)安装在轨道(14)的侧面，支架(3-1)的上端旋拧有螺栓(3-2)，轨道滑块(2)通过螺栓(3-2)锁紧。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置，其特征在于：所述装置还包括联轴器(8)，行波超声电机(7)的输出轴上安装有联轴器(8)，测速圆片(9)位于联轴器(8)和磁滞制动器(10)之间。

8.根据权利要求7所述的开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置，其特征在于：所述装置还包括第一支架(13)，第一支架(13)安装在基座(11)上，传感器压头(5)通过第一支架(13)支撑，且传感器压头(5)能在第一支架(13)上沿行波超声电机(7)的轴向滑动。

9.根据权利要求1、2、4、6或8所述的开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置，其特征在于：所述装置还包括第二支架(15)，第二支架(15)安装在基座(11)上，行波超声电机(7)通过第二支架(15)支撑。

10.根据权利要求9所述的开放式预压力可控的行波超声电机负载特性测试装置，其特征在于：所述装置还包括第三支架(16)，第三支架(16)安装在基座(11)上，磁滞制动器(10)通过第三支架(16)支撑。