CN103698126B - 减速器测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减速器测试设备，用于测试待测减速器的回差与弹性常数。该减速器测试设备包括支撑平台以及设置在支撑平台上的伺服电机、输入转轮、输出转轮、负载设备以及角度传感器，其中伺服电机的输出轴与输入转轮的相对设置的第一侧轴和第二侧轴中的一个连接，以驱动输入转轮绕由第一侧轴和第二侧轴定义的第一转轴转动，待测减速器与角度传感器分别连接输出转轮的相对设置的第三侧轴与第四侧轴，输出转轮与输入转轮啮合，进而绕由第三侧轴与第四侧轴所定义的且平行于第一转轴的第二转轴同步转动，角度传感器用于获得待测减速器的转矩角。通过上述方式，本发明的减速器测试设备提高了其对待测减速器的角度测量精度。

Description

减速器测试设备

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，特别是涉及一种减速器测试设备。

背景技术

高精密的摆线针轮减速器在工业机器人，精密加工设备，造纸印刷机械，医疗器械等领域都有广阔的应用，其性能的优劣直接影响了最终产品的性能指标。以工业机器人为例，中国目前是世界上工业机器人需求增长率最高的国家，2011年新增工业机器人约2万台，按每套配备减速器4台计算，则需要减速器8万台，并且这一数字预计以后每年将以5%的速度增长，因此研发和制造出能够满足要求的高性能的摆线减速器是十分必要和紧迫的。我国目前高精密的摆线针轮减速器技术一直被国外垄断，为了打破国外对该技术的长期垄断，自主研发该类减速器，相应的建立一套高精密摆线针轮减速器的测试系统，对其关键性能指标角度传递误差、回差与弹性常数等进行评估，对于及时反应减速器研发过程中出现的问题，使该类减速器研发更加快捷的向前推进，尽早摆脱国外对该类减速器的垄断，具有重要的意义。

现有的减速器测试设备，待测减速器的输出端与加载机构同轴连接，输入端通过角度编码器等设备与伺服电机输入轴同轴连接，角度编码器安装在一根与伺服电机输出轴同轴的连接轴上，因此该连接轴必然会受到伺服电机所传输过来的转动力矩的作用，会产生由连接轴自身转矩变形带来的误差，导致角度编码器测试到的转矩角与待测减速器的实际转矩角之间存在较大误差，从而降低了角度编码器的测量精度。以日本的高精密摆线减速器RV-320E3-219.46为例，其额定转矩3136Nm，弹性常数为980Nm/arcmin，当连接轴的直径为100mm，材料是45钢，施加3136Nm转矩时，连接轴本身的转矩角为1.37角分，而待测减速器18本身转矩角为3.35角分，由此可见，由于轴本身的转矩角已经引入了大约25%的误差。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种减速器测试设备，能够使角度编码器与待测减速器分别位于输出转轮的相对两侧，并不与待测减速器直接连接，因此不受到转动力矩的作用，消除了通过连接轴连接待测减速器时连接轴自身转矩变形带来的误差。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种减速器测试设备，用于测试待测减速器的回差与弹性常数。该减速器测试设备包括支撑平台以及设置在支撑平台上的伺服电机、输入转轮、输出转轮、负载设备以及角度传感器，其中伺服电机的输出轴与输入转轮的相对设置的第一侧轴和第二侧轴中的一个连接，以驱动输入转轮绕由第一侧轴和第二侧轴定义的第一转轴转动，待测减速器与角度传感器分别连接输出转轮的相对设置的第三侧轴与第四侧轴，输出转轮与输入转轮啮合，进而绕由第三侧轴与第四侧轴所定义的且平行于第一转轴的第二转轴同步转动，角度传感器用于获得待测减速器的转矩角。

其中，减速器测试设备还包括位于伺服电机与输入转轮之间的增加转矩减速器和转矩传感器，增加转矩减速器一端连接伺服电机，另一端连接转矩传感器，用于增加伺服电机的输出转矩，转矩传感器的另一端连接输入转轮的第一侧轴或者第二侧轴，用于检测输入转轮的输入转矩。

其中，减速器测试设备进一步包括设置在支撑平台上且能够沿支撑平台滑动的伺服电机支架、转矩传感器支架以及待测减速器支架，伺服电机、转矩传感器以及待测减速器分别设置于伺服电机支架、转矩传感器支架以及待测减速器支架上。

其中，负载设备为设置在待测减速器支架上的固定端盖，待测减速器的输入轴通过固定端盖固定于待测减速器支架上。

其中，减速器测试设备进一步包括固定于支撑平台上且位于输入转轮两侧的第一输入转轮支架以及第二输入转轮支架，输入转轮的第一侧轴和第二侧轴分别转动支撑于第一输入转轮支架以及第二输入转轮支架上。

其中，减速器测试设备进一步包括固定于支撑平台上的增加转矩减速器支架和角度传感器支架，增加转矩减速器和角度传感器分别设置于增加转矩减速器支架和角度传感器支架上。

其中，支撑平台上设置有两条平行的水平导轨，伺服电机支架、增加转矩减速器支架、转矩传感器支架、第一输入转轮支架和第二输入转轮支架设置于其中一条水平导轨上，角度传感器支架以及待测减速器支架设置于另外一条水平导轨上。

其中，水平导轨上设置有若干个滑轨凹槽，待测减速器支架、转矩传感器支架和伺服电机支架与水平导轨相对的一端设置有支架凹槽，每一对支架凹槽和滑轨凹槽内设置有一个定位块。

其中，减速器测试设备进一步包括工控机、数据采集卡以及计数卡，数据采集卡与工控机、伺服电机以及转矩传感器连接，工控机通过数据采集卡控制伺服电机，以及通过数据采集卡获得转矩传感器的数据，计数卡与工控机以及角度传感器连接，用于对角度传感器进行计数以及将该计数发送至工控机。

其中，减速器测试设备进一步包括驱动器，驱动器连接于数据采集卡与伺服电机之间，数据采集卡发送控制信号至驱动器，由驱动器驱动伺服电机。

本发明的有益效果是：伺服电机的动力通过输入转轮和输出转轮的啮合传递给与伺服电机不同轴的待测减速器。输出转轮一端连接待测减速器，待测减速器的另一端连接有负载设备，因此连接输出转轮和待测减速器的第三侧轴必然会受到转动力矩的作用，输出转轮的另一侧连接角度编码器，角度编码器的另一端没有连接负载设备，因此连接角度编码器和输出转轮的第四侧轴不会受到转动力矩的作用，也不会扭曲变形，自然也不会给与其连接的角度编码器的测试带来误差，因而提高了减速器测试设备的角度测量精度。

附图说明

图1是本发明第一实施例的减速器测试设备的正视结构示意图；

图2是图1中的减速器测试设备的俯视结构示意图；

图3是图1中的减速器测试设备的电气结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明进行详细说明。

参阅图1与图2，图1是本发明第一实施例的减速器测试设备的正视结构示意图；图2是图1中的减速器测试设备的俯视结构示意图。减速器测试设备的主要部件包括支撑平台24以及设置在支撑平台24上的伺服电机1、增加转矩减速器5、转矩传感器8、输入转轮12、输出转轮17以及角度传感器15。另外，减速器测试设备还包括辅助部件，例如伺服电机支架2、第一连接轴3、增加转矩减速器支架4、第二连接轴6、第一联轴器7、转矩传感器支架9、第二联轴器10、角度传感器支架14、第三连接轴16、待测减速器支架19、固定端盖20、第一定位块21、第二定位块22以及第三定位块23。伺服电机1、增加转矩减速器5和角度传感器15分别设置于伺服电机支架2、增加转矩减速器支架4和角度传感器支架14上。

其中，伺服电机1与增加转矩减速器5通过第一连接轴3连接，增加转矩减速器5与转矩传感器8通过第二连接轴6及第一联轴器7连接，转矩传感器8与输入转轮12通过第二联轴器10连接。即伺服电机1的输出轴经第一连接轴3、增加转矩减速器5、第二连接轴6、第一联轴器7、转矩传感器8以及第二联轴器10与输入转轮12的相对设置的第一侧轴和第二侧轴（第一侧轴和第二侧轴可任意定义，并不进行具体限定）中的一个连接。具体来说，是与输入转轮12朝向伺服电机1一侧的侧轴连接。在本实施例中，上述各部件均为同轴，由伺服电机1带动转动，并驱动输入转轮12绕由第一侧轴和第二侧轴定义的第一转轴转动。同理，输出转轮17上相对设置有第三侧轴与第四侧轴，输入转轮12与输出转轮17啮合，进而绕由第三侧轴与第四侧轴所定义的且平行于第一转轴的第二转轴同步转动。待测减速器18与角度传感器15分别连接输出转轮17的相对设置的第三侧轴与第四侧轴。其中，待测减速器18与输出转轮17直接连接，角度传感器15与输出转轮17通过第三连接轴16连接。或者，在其他实施例中，角度传感器15可以设置于第三连接轴16上。

其中，增加转矩减速器5用于增加将伺服电机1提供的输出转矩，常用的伺服电机输出转矩大约在200Nm，经过增加转矩减速器5后可以达到5000Nm。这样用最大输出转矩为200Nm的伺服电机就可以测试200Nm～5000Nm范围内的减速器。角度编码器15用于获得待测减速器18的转矩角，由于角度编码器与待测减速器的输出端连接，而待测减速器输出端的转速很低，特别是对于摆线针轮减速器的输出端来说，因此需要采用高精度的角度编码器，本实施例采用的角度编码器是36000线，1vpp的正弦波信号，并且通过所选择的技数卡41，可以进行最高4096倍的新号细分，其系统精度达到±1角秒。转矩传感器8用于检测经增加转矩减速器5增加后的输出转矩。所述输出转轮和输出转轮为能在两个平行的转轴之间实现力矩传递的机构，比如可以采用齿轮组、皮带轮组。本实施例采用的是齿轮组，因为齿轮组传动更为平稳一些。为使得转矩传感器测得的转矩就是待测减速器的输入转矩，本实施例将输入转轮和输出转轮尺寸等参数设置成一致，避免因这些参数的变化引起输入转轮和输出转轮转速的变化，进而导致输入齿轮处的转矩传感器测得的转矩和输入齿轮输出给待测减速器的转矩不同。

第一输入转轮支架11以及第二输入转轮支架13固定于支撑平台24上且位于输入转轮12两侧，输入转轮12的第一侧轴和第二侧轴分别转动支撑于第一输入转轮支架11以及第二输入转轮支架13上。在其他实施例中，也可省略输入转轮12连接第二联轴器10一侧的第一输入转轮支架11。

伺服电机支架2、转矩传感器支架9以及待测减速器支架19设置在支撑平台24上且能够沿支撑平台24滑动。具体来说，支撑平台24上设置有两条平行的滑轨（未标示），滑轨中设置有滑轨凹槽，伺服电机支架2、转矩传感器支架9以及待测减速器支架19上设置有支架凹槽，第一定位块21、第二定位块22以及第三定位块23设置于滑轨凹槽与支架凹槽中。待测减速器支架19通过第一定位块21固定于支撑平台24上，转矩传感器支架9通过第二定位块22固定于支撑平台24上，伺服电机支架2通过第三定位块23固定于支撑平台24上。采用定位块与支架凹槽、滑轨凹槽相配合的方式，可以将上述支架的中心轴线控制在垂直于所述导轨且沿所述导轨长度方向延伸的平面上，并且与所述导轨平行，只是在高度方向上不同。这样在安装上述支架时，只需要调整它们中心轴线的高度就行，大大加快了减速器测试设备的装配速度，节省该测试设备在测试待测减速器的准备时间，且可以将测试系统各零件的同轴度调整到很高的精度，本实施例已经能将测试系统各零件的同轴度控制在0.01mm以下。

伺服电机1、转矩传感器8以及待测减速器18分别设置于伺服电机支架2、转矩传感器支架9以及待测减速器支架19上。在本实施例中，有固定端盖20设置在待测减速器支架19上，待测减速器18的输入轴通过固定端盖20固定于待测减速器支架19上，待测减速器18的输出轴与输出转轮17的第三侧轴连接。另外，固定端盖20即为待测减速器18的负载设备。也就是说，待测减速器18的输入端固定，输出端连接输出转轮17。或者，在其他实施例中，待测减速器18的输入端固定，输出端通过一连接轴连接输出转轮17的第三侧轴。

由图2可以看出，支撑平台24上设置有两条平行的水平导轨，伺服电机支架2、增加转矩减速器支架4、转矩传感器支架9、第一输入转轮支架11和第二输入转轮12支架设置于其中一条水平导轨上，角度传感器支架14以及待测减速器支架19设置于另外一条水平导轨上。

参阅图3，图3是图1中的减速器测试设备的电气结构示意图。在本实施例中，减速器测试设备进一步包括用于驱动伺服电机1的驱动器31以及电气结构部分的计数卡41、数据采集卡42以及工控机43。

如图所示，驱动器31连接于数据采集卡42与伺服电机1之间，数据采集卡42发送控制信号至驱动器31，由驱动器31驱动伺服电机1。计数卡41与工控机43以及角度传感器15连接，用于对角度传感器15进行计数以及将该计数发送至工控机43。在本实施例中，数据采集卡42与计数卡41通过PCI（Peripheral Component Interconnection，周边元件扩展接口）总线51连接工控机43。本发明的电气部分器件少，数据采集方便，只需要数据采集卡42和计数卡41。这是因为对于本测试系统中伺服电机1的控制而言，主要是转矩和转速控制，故可以通过带有模拟量（电压）输出端口的数据采集卡42，通过调整电压的大小来实现转矩和转速自动控制，不需要运动控制卡。转矩传感器8的信息通过数据采集卡42的记数端口来实现转矩采集。

在其他实施例中，也可如图3所示，省略各连接轴，伺服电机1依次通过增加转矩减速器5、第一联轴器7、转矩传感器8、第二联轴器10连接输入转轮12，输入转轮12与输出转轮17啮合，输出转轮12两侧轴分别连接待测减速器18与角度编码器15。或者，在其他实施例中，也可省略第一联轴器7、第二联轴器10。

本发明的有益效果是：伺服电机的动力通过输入转轮和输出转轮的啮合传递给与伺服电机不同轴的待测减速器。输出转轮一端连接待测减速器，待测减速器的另一端连接有负载设备，因此连接输出转轮和待测减速器的第三侧轴必然会受到转动力矩的作用，输出转轮的另一侧连接角度编码器，角度编码器的另一端没有连接负载设备，因此连接角度编码器和输出转轮的第四侧轴不会受到转动力矩的作用，也不会扭曲变形，自然也不会给与其连接的角度编码器的测试带来误差，因而角度编码器反映了待测减速器的真实角度。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种减速器测试设备，用于测试待测减速器的回差与弹性常数，其特征在于，所述减速器测试设备包括支撑平台以及设置在所述支撑平台上的伺服电机、输入转轮、输出转轮、负载设备以及角度传感器，其中所述伺服电机的输出轴与所述输入转轮的相对设置的第一侧轴和第二侧轴中的一个连接，以驱动所述输入转轮绕由所述第一侧轴和所述第二侧轴定义的第一转轴转动，所述待测减速器与所述角度传感器分别连接所述输出转轮的相对设置的第三侧轴与第四侧轴，所述负载设备与所述待测减速器远离所述输出转轮的一端相连，所述输出转轮与所述输入转轮啮合，进而绕由所述第三侧轴与所述第四侧轴所定义的且平行于所述第一转轴的第二转轴同步转动，所述角度传感器用于获得所述待测减速器的转矩角。

2.根据权利要求1所述的减速器测试设备，其特征在于，所述减速器测试设备还包括位于伺服电机与输入转轮之间的增加转矩减速器和转矩传感器，所述增加转矩减速器一端连接所述伺服电机，另一端连接所述转矩传感器，用于增加所述伺服电机的输出转矩，所述转矩传感器的另一端连接所述输入转轮的第一侧轴或者第二侧轴，用于检测输入转轮的输入转矩。

3.根据权利要求2所述的减速器测试设备，其特征在于，所述减速器测试设备进一步包括设置在所述支撑平台上且能够沿所述支撑平台滑动的伺服电机支架、转矩传感器支架以及待测减速器支架，所述伺服电机、所述转矩传感器以及所述待测减速器分别设置于所述伺服电机支架、所述转矩传感器支架以及所述待测减速器支架上。

4.根据权利要求3所述的减速器测试设备，其特征在于，所述负载设备为设置在所述待测减速器支架上的固定端盖，所述待测减速器的输入轴通过所述固定端盖固定于所述待测减速器支架上。

5.根据权利要求3所述的减速器测试设备，其特征在于，所述减速器测试设备进一步包括固定于所述支撑平台上且位于所述输入转轮两侧的第一输入转轮支架以及第二输入转轮支架，所述输入转轮的第一侧轴和第二侧轴分别转动支撑于所述第一输入转轮支架以及所述第二输入转轮支架上。

6.根据权利要求5所述的减速器测试设备，其特征在于，所述减速器测试设备进一步包括固定于所述支撑平台上的增加转矩减速器支架和角度传感器支架，所述增加转矩减速器和所述角度传感器分别设置于所述增加转矩减速器支架和所述角度传感器支架上。

7.根据权利要求6所述的减速器测试设备，其特征在于，所述支撑平台上设置有两条平行的水平导轨，所述伺服电机支架、所述增加转矩减速器支架、所述转矩传感器支架、所述第一输入转轮支架和所述第二输入转轮支架设置于其中一条水平导轨上，所述角度传感器支架以及所述待测减速器支架设置于另外一条水平导轨上。

8.根据权利要求7所述的减速器测试设备，其特征在于，所述水平导轨上设置有若干个滑轨凹槽，所述待测减速器支架、所述转矩传感器支架和所述伺服电机支架与水平导轨相对的一端设置有支架凹槽，每一对支架凹槽和滑轨凹槽内设置有一个定位块。

9.根据权利要求2所述的减速器测试设备，其特征在于，所述减速器测试设备进一步包括工控机、数据采集卡以及计数卡，所述数据采集卡与所述工控机、所述伺服电机以及所述转矩传感器连接，所述工控机通过所述数据采集卡控制所述伺服电机，以及通过所述数据采集卡获得所述转矩传感器的数据，所述计数卡与所述工控机以及所述角度传感器连接，用于对所述角度传感器进行计数以及将该计数发送至所述工控机。

10.根据权利要求9所述的减速器测试设备，其特征在于，所述减速器测试设备进一步包括驱动器，所述驱动器连接于所述数据采集卡与所述伺服电机之间，所述数据采集卡发送控制信号至所述驱动器，由所述驱动器驱动所述伺服电机。