CN104568428A - Rv减速器综合性能测量仪 - Google Patents

Abstract

RV减速器综合性能测量仪，属于精密测试计量技术领域。它包括两大部分，机械部分主要是由RV减速器精密安装支架、输入轴系、输出轴系、力矩电机、联轴器、扭矩传感器、磁粉制动器、制动器安装支架组成；测控部分主要由力矩电机、控制器、驱动器、编码器、细分器、DSI卡、数据采集卡、工控机。本发明填补了国内外RV减速器综合性能试验台的空白，性能可靠、测量重复性好、所测参数准确。

Description

RV减速器综合性能测量仪

技术领域

本发明涉及一种RV减速器综合性能测量装置，属于精密测试计量技术、精密仪器及机械传动领域。

背景技术

RV减速器是采用摆线针轮行星传动和渐开线传动相结合的一种新型的两级行星齿轮传动—渐开线直齿轮传动和摆线针轮传动，其中第一级是由太阳轮和3个行星齿轮组成，太阳轮与行星轮的外啮合，将输入功率分三路传递，起到了减速与功率分流的作用；第二级是由与行星齿轮相连接的3个曲柄轴、曲柄轴上传递动力的两个摆线轮、针齿组成的针轮，以及在两侧支撑曲柄轴的行星架构成。

RV传动机构包含有众多的优势，通过曲柄轴连接两级减速装置，因而减速器整体体积小、质量轻、传动比范围大，且传动效率高达85％-92％，高速端的输入齿轮尺寸较小，从而降低了惯性，传动平稳，低速级的摆线针轮行星传动的公转速度小，且通过滚动轴承连接曲柄轴和摆线轮，缩小了传动的轴向尺寸，同时，RV减速器在传动过程中针齿和RV齿轮的齿面同时啮合的数量多，使得齿隙非常低，抗冲击载荷能力高。

RV减速器由于采用摆线针轮行星减速结构，系统结构复杂、制造加工要求高，齿轮传动系统由于存在齿隙、传动轴的弹性变形和摩擦效应产生的各种非线性参数，引起轮齿接触–脱离–接触周期性、强非线性耦合振动，严重制约着减速器的传动精度，影响了传动系统的平稳性和可靠性。

为了改进RV减速器设计，提高传动精度，其非线性参数的测量则显得尤为重要。RV减速器的非线性参数主要包括回差、摩擦力矩和传动误差。回差是指传动机构在单向传动过程中，当输入轴开始反向后，到输出轴跟随反向时，输出轴在转角上的滞后量。因此，在减速器反转情况下，由于回差的存在，会引起减速器短暂的速度损失现象，这种损失对传动的可靠性有很大的影响；而摩擦力矩包括静摩擦力矩和动摩擦力矩，静动摩擦力矩对减速器的 整体性能优劣有重大影响。从静态方面看,它相当于死区的影响,会增加稳态误差,降低系统的精度；从动态方面讲,其主要影响是造成系统低速运动时的平稳性,换向过程中的延迟和增强多余力；减速器的传动误差是指输入轴转过一定角度时，输出轴的实际旋转角度与理论输出旋转角度的差值角度，它是衡量减速器传动精度及运转平稳性的重要标准，影响传动误差的因素有许多，如零件的加工误差和装配误差等。

目前，关于各种非线性参数的测试主要采用手工加载力矩的方式完成，即测试人员通过手动加载砝码个数来控制加载力矩大小，这种测试方式需要借助测试人员的经验完成测量。而且，一台机械设备只能完成对某种非线性参数的测量，测量精度低，可靠性差。

国内外对RV减速器精度的研究仅限于对其建立静态或动态的理论模型，分析了RV减速器各零件的加工误差、安装误差、间隙及齿轮啮合刚度、轴承刚度等因素对传动精度的影响。但是，关于RV减速器综合性能测试方面的研究仍处于空白，这对RV减速器的广泛推广和应用十分不利。

因此，有必要开发一种针对RV减速器综合性能的测量装置，它结合机、光、电等先进测控技术，能快速、准确的测量RV减速器的摩擦力矩、回差及传动误差。

发明内容

本发明针对目前关于RV减速器非线性参数测量的空白，提出了一种针对RV减速器综合性能的测量装置。该装置能够快速测量RV减速器的摩擦力矩、回差及传动误差。

本发明采取了如下技术方案：

RV减速器综合性能测量装置,由机械部分和测控部分组成，机械部分主要包括有输入组件A、输出组件B、精密安装支架25、铸铁基座46、输入一维移动平台29、输入一维移动平台33、输出法兰7、输入法兰37、连接套筒5、第一联轴器10、第二联轴器12、输入扭矩传感器2、输出扭矩传感器11、磁粉制动器13，输入组件A和输出组件B分别安装在输入一维移动平台和输出一维移动平台上，一维移动平台可通过V-P导轨在水平面内沿X方向自由移动，两个 一维移动平台和精密安装支架25分别安装在基座46上，RV减速器6和输入法兰37通过一组螺钉固定到精密安装支架25上，RV减速器的输出轴采用输出法兰7和帐套结合的方式与输出组件相连，RV减速器6的输入轴采用输入套筒和帐套结合的方式与输入组件连接；

所述的输入组件包括精密输入主轴4、第一角接触球轴承41、第一圆螺母40、第一轴承端盖38、输入轴承基座26、输入扭矩传感器支架27、电机安装支架28、编码器3、输入扭矩传感器2和力矩电机1。力矩电机1、输入扭矩传感器2、编码器3依次从右向左同轴安装到精密输入主轴4上，精密输入主轴4安装到输入轴承基座26孔内，精密输入主轴4上安装有两个第一角接触球轴承41，第一角接触球轴承41的内圈用轴肩定位，外圈分别用两个第一圆螺母40和输入轴承基座26定位，精密输入主轴4一端安装第一轴承端盖38，另一端安装有输入编码器3，输入编码器3通过螺钉固定安装到输入轴承基座26上，输入扭矩传感器2固定安装到输入扭矩传感器支架27上，力矩电机1固定在电机安装支架28上，力矩电机安装支架28、输入扭矩传感器支架27、输入轴承基座26采用螺钉连接的方式固定到输入一维移动平台29上。

所述的精密输出组件包括精密输出主轴8、第二角接触球轴承44、第二圆螺母45、第二轴承端盖42、输出编码器9、输出轴承基座24、输出扭矩传感器支架23、第一联轴器10、第二联轴器12、磁粉制动器13、磁粉制动器支架22。磁粉制动器13、输出扭矩传感器11、精密输出主轴8依次采用第一联轴器10与第二联轴器12从左到右安装，精密输出主轴8安装到输出轴承基座24孔内，精密输出主轴8上安装有两个第二角接触球轴承44，第二角接触球轴承44的内圈用轴肩定位，外圈分别用两个第二圆螺母45和输出轴承基座24定位，精密输出主轴8一端安装第二轴承端盖42，另一端安装输出编码器9，输出编码器9通过螺钉固定安装到输出轴承基座24上，输出扭矩传感器11固定到输出扭矩传感器支架23上，磁粉制动器13通过螺栓和磁粉制动器支架22连接一起，磁粉制动器支架22、输出扭矩传感器支架23、输出轴承基座24采用螺钉连接的方式固定到输出一维移动平台33上。

测控系统主要包括工控机21、力矩电机1、控制器20、驱动器19、输入编码器3、输入编码器9、第一细分器16、第二细分器17、输入扭矩传感器2、输出扭矩传感器11、磁粉制动器13、程控电源14等组成，他们的连接关系是：工控机21和控制器20连接，驱动器19分别与控制器20和力矩电机1连接，驱动器19接收控制器20的指令驱动力矩电机1，编码器的信号通过细分器后接入控制器20，输入扭矩传感器2、输出扭矩传感器11和控制器20连接，磁粉制动器13和程控电源14连接。精密输入主轴4由力矩电机1驱动进而带动RV减速器6和精密输出主轴8旋转，控制器20采集输入编码器3、输出编码器9、输入扭矩传感器2和输出扭矩传感器11的信号，并传送到工控机21进行处理，得到测量结果。

附图说明

图1为RV减速器综合性能测量仪的测量原理图

图2为RV减速器综合性能测量仪的机械结构总图

图3为RV减速器综合性能测量仪的俯视图

图4为输入组件结构视图

图5为输出组件结构视图

图中：1、力矩电机，2、输入扭矩传感器，3、输入编码器，4、精密输入主轴，5、连接套筒，6、RV减速器，7、输出法兰，8、精密输出主轴，9、输出编码器，10、第一联轴器，11、输出扭矩传感器，12、第二联轴器，13、磁粉制动器，14、程控电源，15、第一数据采集卡，16、第一细分器，17、第二细分器，18、第二数据采集卡，19、驱动器，20、控制器，21、工控机，22、磁粉制动器支架，23、输出扭矩传感器支架，24、输出轴承基座，25、精密安装支架，26、输入轴承基座，27、输入扭矩传感器支架，28、电机安装支架，29、输入一维移动平台，30、第一滚珠丝杠，31、第一丝杆固定座，32、第一手轮，33、输出一维移动平台，34、第二滚珠丝杠，35、第二丝杆固定座，36、第二手轮，37、输入法兰，38、第一轴承端盖，39、第一毛毡密封圈，40、第一圆螺母(2个)，41、第一角接触球轴承，42、第二轴承端 盖，43、第二毛毡密封圈，44、第二角接触球轴承，45、第二圆螺母(2个)，46、基座

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

本发明的测量原理如图1所示，可以实现对RV减速器的传动误差、回差和摩擦力矩的测量。

(a)测量传动误差时先将RV减速器(6)用螺栓连接到精密安装支架(25)上，采用输入连接套筒(5)和帐套结合的方式连接RV减速器(6)的输入轴和精密输入主轴(4)，采用输出法兰(7)和帐套连接的方式连接RV减速器(6)的输出轴和精密输出主轴(8)，调整好输入组件、RV减速器(6)和输出组件之间的位置，控制器(20)和工控机(21)相连，用于控制磁粉制动器(13)和力矩电机(1)的运动，同时可以采集输入编码器(3)、输出编码器(9)、输入扭矩传感器(2)、输出扭矩传感器(11)的信号，工控机(21)发送指令到控制器(20)，驱动器(19)接收控制器(20)的指令后驱动力矩电机(1)转动，通过输入组件将动力传递到RV减速器(6)，使RV减速器(6)正常运转，通过与输出轴相连的输出法兰(7)进而将动力传递到输出组件，采集同轴安装的编码器的脉冲信号，得到两轴系的转角信息，编码器的脉冲信号经过第一细分器(16)、第二细分器(17)后直接送入控制器(20)中，比较两轴端编码器产生的脉冲个数获得RV减速器的传动误差信息，用公式表示第k次采样时刻的传动误差为：

${\mathrm{\δ}}_{\mathrm{TE}}^{\left(k\right)}=P_2{N}_2^{\left(k\right)}-P_1{N}_1^{\left(k\right)}/i$

RV减速器的整体传动误差为：

δ_TE＝δ_TEmax-δ_TEmin

其中，P₁、P₂分别为精密输入主轴(4)和精密输出主轴(8)端安装的编码器脉冲当量，分别为第K次两轴的输出脉冲个数，i为RV减速器的传动比，δ_TEmax和δ_TEmin分别为中的最大值与最小值。

(b)回差测量时，启动磁粉制动器(13)将精密输出主轴(8)锁定，力矩电机(1)对精密输入主轴(4)施加正、反向加载力矩，实时采集输入扭 矩传感器(2)和输入编码器(3)的信号，将信号送入工控机(21)进行分析处理得到机械特性曲线。

(c)摩擦力矩测试时,驱动器(19)驱动力矩电机(1)在一段位移(该位移大于传动机构反向间隙)内以非常慢的速度匀速转动,带动RV减速器运动,以创造静摩擦力产生的条件,工控机(21)同时实时采集输入扭矩传感器(2)值并进行A/D转换、滤波、补偿等处理,在软件界面上显示出静摩擦力矩特性曲线。该段位移运行完成后,力矩电机(1)以较快的速度匀速转动,带动RV减速器运动,以创造动摩擦力产生的条件,最后得到传动机构动摩擦力矩特性曲线。

本发明的机械结构总图如图2所示，各个结构件如图4-5所示：包括RV减速器(6)、精密安装支架(25)、输入法兰(37)、输出法兰(7)、连接套筒(5)、输入组件、输出组件、基座(46)、输入一维移动平台(29)、输出一维移动平台(33)、滚珠丝杠(30、34)等。整个安装过程为：RV减速器(6)和输入法兰(37)通过一组螺钉正确安装到精密安装支架(25)上，精密安装支架(25)固定安装在基座(46)上，输出一维移动平台(33)和输入一维移动平台(29)分别采用两个手摇式滚珠丝杠(30、34)进行驱动，可实现在水平面上沿X方向的移动。

输入组件如图4所示，主要由力矩电机(1)、输入扭矩传感器(2)、输入编码器(3)、第一角接触球轴承(41)、精密输入主轴(4)、第一轴承端盖(38)、第一圆螺母(40)等组成，力矩电机(1)、输入扭矩传感器(2)、输入编码器(3)同轴安装在精密输入主轴(4)上，两个第一角接触球轴承(41)安装到输入主轴的前端起支撑作用，在安装过程中要严格保证各部件之间的同轴度。

输出组件如图5所示，结构同输入组件类似，磁粉制动器(13)、输出扭矩传感器(11)、输出编码器(9)分别用第一联轴器(10)与精密输出主轴(8)连接，输出编码器(9)同轴安装在输出主轴的一侧。

本发明可以取得如下有益效果：

1)本发明采用两个移动平台，简化了测量不同减速器时的安装步骤，只需在首次安装时找正输入组件、输出组件和RV减速器精密安装支架的相对位置，即可对不同型号的RV减速器进行测量。

2)本发明采用单个力矩电机驱动的方式，一维平台的线性移动均采用手动驱动的方式，简化了仪器的零部件数量，增加了系统的稳定性。

3)本发明能实现RV减速器在连续运转情况下的动态测量，为RV减速器综合性能的检测开辟了一条新途径；

4)本发明能够提高测量效率,RV减速器通过一次装夹，能够同时测量获得传动误差、回差、静动摩擦力矩；

5)本发明克服了之前常用的手动加载，采用电机自动加载技术，操作方便，加载准确，能有效的提高测量精度；

6)本发明能够适应现场RV减速器测量需求：采用高精度编码器和扭矩传感器采集信号，测量原理简单，对测量环境无严格要求，能够适应生产现场环境；

7)本发明通用性强，可以用于其他行星系列减速器的传动误差、回差、摩擦力矩的测量，应用范围广泛。

Claims (1)

1.一种RV减速器综合性能测量仪，其特征在于，包括以下两部分组成：

机械部分主要有输入组件、输出组件、精密安装支架(25)、铸铁基座(46)、两个一维移动平台、输出法兰(7)、输入法兰(37)、连接套筒(5)、两个联轴器、扭矩传感器和磁粉制动器(13)；输入组件和输出组件分别安装在两个一维移动平台上，一维移动平台通过V-P导轨在水平面内沿X方向自由移动，两个一维移动平台和精密安装支架(25)分别安装在铸铁基座(46)上，RV减速器(6)和输入法兰(37)通过一组螺钉固定到精密安装支架(25)上，RV减速器的输出轴采用输出法兰(7)和帐套结合的方式与输出组件相连，RV减速器(6)的输入轴采用连接套筒(5)和帐套结合的方式与输入组件连接；

测控部分主要有：工控机(21)、力矩电机(1)、控制器(20)、驱动器(19)、两个编码器、两个细分器、两个扭矩传感器、磁粉制动器(13)、程控电源(14)，他们的连接关系是：工控机(21)和控制器(20)连接，驱动器(19)分别与控制器(20)和力矩电机(1)连接，驱动器(19)接收控制器(20)的指令驱动力矩电机(1)，两个编码器的信号分别通过两个细分器后接入控制器(20)，两个扭矩传感器和控制器(20)连接，磁粉制动器(13)和程控电源(14)连接；

输入轴系组件采用一根精密输入主轴(4)从右向左依次同轴安装力矩电机(1)、输入扭矩传感器(2)和编码器(3)，在精密输入主轴(4)的一端采用两个角接触球轴承支撑，力矩电机支架(28)、扭矩传感器支架(27)、输入主轴基座(26)采用螺钉连接的方式固定到一维移动平台(29)上，一维平台(29)在水平面内沿X向移动；

输出轴系组件安装在一维移动平台(33)上，通过铸铁基座(46)上的V-P导轨在水平面沿X向移动，磁粉制动器(13)、输出扭矩传感器(11)和精密输出主轴之间通过联轴器(12)连接，精密输出主轴一端安装编码器(9)，另一端采用两个角接触球轴承(44)支撑，采用双螺母(40)锁紧，轴承端盖(38)通过一组螺钉固定在输出主轴基座(26)上，磁粉制动器支架(26)、扭矩传感器支架(27)、输出主轴基座(26)采用螺钉连接的方式固定到一维移动平台(33)上。