CN105987816A - 一种柔性轴测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种柔性轴测试平台，包括固定于台面上的输入端设备，其包括在同一输入端轴线上依次连接的伺服电机、电机连接套、减速器、减速器连接套、传感器连接套、输入端传感器以及输入端柔性轴连接套；固定于平台板上的输出端设备，其包括在同一输出端轴线上依次连接的磁粉耦合器、磁粉耦合器连接套、传感器连接套、输出端传感器以及输出端柔性轴连接套；以及计算机控制柜，其分别与所述输入端设备和所述输出端设备电连接且通信连接。本发明可准确地测量柔性轴的传动效率、扭转角度、最小弯曲半径、强度极限和寿命等参数，确定柔性轴的适用范围和选型依据，为柔性轴的设计人员、检查人员以及使用方提供便利。

Description

一种柔性轴测试平台

技术领域

本发明涉及柔性轴的性能测试装置，更具体地涉及一种柔性轴测试平台。

背景技术

在工程领域，刚性轴是指工作转速低于其一阶临界转速的轴，柔性轴是指工作转速高于一阶临界转速的轴，其中，轴在第一次出现强烈振动的转速称为轴的一阶临界转速。通常，转子的轴越是短和粗，其刚性越大，临界转速越高，工作状态不可能达到临界转速，比如，处理物料量大、转速不高(分离因数小于1500)的推料式、刮刀式、振动式离心机及其它旋转机械(如泵、通风机等)一般设计成刚性轴；而离心压缩机、增速机等使用的都是柔性轴。柔性轴的应用范围十分广泛，比如扭矩传递路径复杂的工况，空间狭窄的工况，有毒有害、易燃易爆区域阀门的安全操作问题，以及高空、地下、水中等人力不方便到达的区域工况中。

柔性轴的综合性能指标通常包括：传递效率、传动滞后(扭转角度)、最小弯曲半径、极限强度以及使用寿命。比如，对于通过在一根轴芯上正反交替的缠绕若干层钢丝而制成的柔性轴，其性能要求是能够在相当大的范围内向任意方向弯曲，并传递扭矩，其中传递效率、最大传输扭矩、最小弯曲半径、极限强度和使用寿命等性能参数都是柔性轴的重要性能参数。然而，目前还没有任何单位或个人开发出能够对柔性轴的综合性能进行测试的装置，因此也无法对各种柔性轴的性能进行量化测试。这给柔性轴的设计人员、检查人员以及使用方带来了诸多不便，既限制了柔性轴的设计、选型和改进，也不利于柔性轴的推广应用。有鉴于此，确有必要发明一种能够对柔性轴的性能进行量化测试的设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种柔性轴测试平台，从而提供可测量柔性轴的综合性能的装置。

本发明提供的柔性轴测试平台，包括：固定于台面上的输入端设备，输入端设备包括在同一输入端轴线上依次连接的伺服电机、电机连接套、减速器、减速器连接套、传感器连接套、输入端传感器以及输入端柔性轴连接套，其中，该输入端轴线与伺服电机的输出轴的延伸方向一致；固定于独立的平台板上的输出端设备，平台板沿着两个相互垂直的方向可移动，输出端设备包括在同一输出端轴线上依次连接的磁粉耦合器、磁粉耦合器连接套、传感器连接套、输出端传感器以及输出端柔性轴连接套，其中，该输出端轴线与磁粉耦合器的输出轴的延伸方向一致，且与输入端轴线平行；以及计算机控制柜，计算机控制柜分别与伺服电机和磁粉耦合器电连接；输入端传感器和输出端传感器还分别与计算机控制柜通信连接。

伺服电机通过伺服电机固定座固定；减速器的一侧通过电机连接套与伺服电机的输出轴连接，减速器与电机连接套相对的另一侧设置有减速器连接套；减速器连接套、传感器连接套以及输入端柔性轴连接套同时通过输入端轴承座固定；输入端轴承座内设置有深沟球轴承。

柔性轴测试平台还包括平台架，伺服电机、电机连接套、减速器、减速器连接套、传感器连接套、输入端传感器以及输入端柔性轴连接套均固定于平台架上。

平台架包括支腿和水平设置的台面，台面通过支腿固定于地面上，输入端设备固定于台面上。

柔性轴测试平台还包括若干个柔性轴支架，柔性轴支架位于输入端设备和输出端设备之间，柔性轴支架包括两根套筒和U型支架，两根套筒沿竖向固定于底面上，U型支架可活动地安装入两根套筒内。

磁粉耦合器通过磁粉耦合器连接套以及传感器连接套与输出端传感器的一侧连接；输出端传感器与磁粉耦合器相对的另一侧也通过传感器连接套与输出端柔性轴连接套连接。

磁粉耦合器固定于平台板上，输出端传感器通过输出端传感器支架固定于平台板上，传感器连接套与磁粉耦合器连接套之间、传感器连接套与输出端柔性轴连接套之间分别通过输出端轴承座固定于平台板上。

平台板的两侧下方设置有滚轮支架，滚轮支架通过滚轮轴固定滚轮；平台板的两端还设置有刹车支架，刹车支架与同侧的滚轮分别卡于两根相互平行的横向导轨上；平台板的下方还设置有与磁粉耦合器连接的冷却水箱。

横向导轨对应的两端之间分别通过轨道平台板固定，轨道平台板分别通过滚轮和刹车支架卡入两根相互平行的竖向导轨上。

竖向导轨的末端还设置有防脱轨挡板。

本发明的柔性轴测试平台，通过测量输入端设备和输出端设备两端的传感器信号可准确地测量计算出柔性轴的传动效率、扭转角度、最小弯曲半径、强度极限和寿命等性能特征，确定柔性轴的适用范围和选型依据，从而为柔性轴的设计人员、检查人员以及使用方在设计和使用时提供便利，保障工程使用的安全。

附图说明

图1是本发明的柔性轴测试平台的流程示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的柔性轴测试平台的立体示意图，其中示出了输入端设备、输出端设备和辅助设备；

图3是根据图2的柔性轴测试平台的输入设备的立体示意图，其中示出了部分辅助设备；

图4是根据图2的柔性轴测试平台的输出设备的立体示意图；

图5是本发明的柔性轴测试平台的设备功能示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。

图1为根据本发明一个实施例的柔性轴测试平台的流程示意图，由图1可知，本发明的柔性轴测试平台包括：计算机控制柜80、输入端设备10以及输出端设备20，其中，计算机控制柜80分别与输入端设备10和输出端设备20电连接，计算机控制柜80通过控制伺服电机而驱动输入端设备10，计算机控制柜80通过磁粉耦合器控制输出端设备20；输入端设备10和输出端设备20之间连接待测试的柔性轴90，从而使得输入端设备10与柔性轴90之间、柔性轴90与输出端设备20之间可进行机械传动，比如扭矩等；输入端设备10和输出端设备20还分别与计算机控制柜80之间建立通信连接，输入端设备10和输出端设备20分别可将采集的信号传送至计算机控制柜80进行读取识别。

图2是根据本发明的一个实施例的柔性轴测试平台的立体示意图，其中示出了输入端设备10、输出端设备20和辅助设备；图3是根据图2的柔性轴测试平台的输入设备10的立体示意图。由图2结合图3可知，本发明的柔性轴测试平台的输入设备10包括在同一轴线上依次设置的伺服电机11、电机连接套13、减速器14、减速器连接套15、传感器连接套17、输入端传感器18以及输入端柔性轴连接套110，其中，该轴线与伺服电机11的输出轴的延伸方向一致。伺服电机11通过伺服电机固定座12固定于台面32上，伺服电机11的输出轴上套设电机连接套13；减速器14的一侧通过电机连接套13与伺服电机11的输出轴连接；减速器14与电机连接套13相对的另一侧设置有减速器连接套15；减速器连接套15同时与传感器连接套17连接，减速器连接套15和传感器连接套17同时通过输入端轴承座16固定于台面32上；输入端传感器18通过输入端传感器支架111固定于台面32上，输入端传感器18的两侧分别设置传感器连接套17并且分别与减速器连接套15以及输入端柔性轴连接套110连接；输入端柔性轴连接套110还通过输入端轴承座16固定于台面32上，输入端轴承座16内设置有深沟球轴承19从而为输入端柔性轴连接套110和伺服电机11之间的机械传动提供保证；输入端柔性轴连接套110在测试时与柔性轴90(如图1所示)连接。

图3还示出了本发明的辅助设备，其包括平台架30，平台架30包括支腿31和水平设置的台面32，台面32通过支腿31固定于地面上。结合图2和图3还可知，辅助设备还包括若干个柔性轴支架40，在图2和图3中示出为一个。柔性轴支架40包括两根套筒41和U型支架42，两根套筒41沿竖向固定于地面上，U型支架42可活动的安装入两根套筒41内并可以根据需要伸缩至不同高度，从而在测试过程中支撑柔性轴90。需要注意的是，本领域技术人员可根据待测柔性轴的不同长度而选择不同数量的柔性轴支架40。

图4是根据图2的柔性轴测试平台的输出设备20的立体示意图。由图2结合图4可知，本发明的柔性轴测试平台的输出设备20包括在同一轴线上依次连接的磁粉耦合器24、磁粉耦合器连接套25、传感器连接套27、输出端传感器28以及输出端柔性轴连接套210，其中，该轴线与磁粉耦合器24的输出轴以及轴承的延伸方向一致。磁粉耦合器24通过磁粉耦合器连接套25以及传感器连接套27与输出端传感器28的一侧连接；输出端传感器28与磁粉耦合器24相对的另一侧也通过传感器连接套27与输出端柔性轴连接套210连接，从而使得待测的柔性轴90可以在测试过程中传送机械传动；传感器连接套27与磁粉耦合器连接套25之间、传感器连接套27与输出端柔性轴连接套210之间分别通过输出端轴承座固定于平台板21上。

另外，由图4结合图2还可知，本发明的辅助设备还包括平台板21、磁粉耦合器24固定于平台板21上，输出端传感器28通过输出端传感器支架22固定于平台板21上。平台板21的两侧下方设置有相互平行的两组滚轮212，平台板21下方连接有滚轮支架213，滚轮212分别通过滚轮轴211固定于滚轮支架213上。平台板21的两端还设置有刹车支架23，刹车支架23与同侧的两个滚轮212分别卡于两根相互平行的横向导轨50上，使得平台板21以及其上的输出设备20不仅可沿着横向导轨50运动，运动方向垂直于输出设备20的轴线的方向，而且刹车支架23可使输出设备20固定于所需的测试位置。平台板21的下方还设置有与磁粉耦合器24连接的冷却水箱26，冷却水箱26位于两组滚轮212之间，用于对磁粉耦合器24进行冷却。再如图2所示，两根横向导轨50对应的两端之间分别通过轨道平台板70固定，轨道平台板70分别通过另一滚轮212和另一刹车支架23卡入两根相互平行的竖向导轨60上，使得两根横向导轨50可整体的在轨道平台板70的带动下沿着平行于输出设备轴线的方向运动，从而使得连接于输入设备10和输出设备20之间的待测柔性轴90可以根据需要设置为不同的测试工位。另外，竖向导轨60的末端还设置有防脱轨挡板61，用于防止轨道平台板70滑出竖向导轨60之外。

图5示出了本发明的计算机控制柜80与输入端设备10和输出端设备20之间的连接关系，其中，计算机控制柜80中设置有工控机81、伺服电机控制器82、传感器信号接收器83、电流控制器84以及水泵开关86，这些部件均为市场可以买到的常用部件，在此不再详述，下文仅描述其连接关系。工控机81与伺服电机控制器82连接，从而可以将工控机81的控制信号发送至伺服电机控制器82，伺服电机控制器82与输入设备10的伺服电机11连接，从而可将控制信号传送至伺服电机11以控制伺服电机11的工作，同时伺服电机11可将工作的反馈信号再经过伺服电机控制器82反馈至工控机81，从而监视伺服电机11的工作状态；输入端传感器18、输出端传感器28分别通过单独的传感器信号接收器83与工控机81连接，从而可以将采集到的机械传动信号反馈至工控机81；电流控制器84与输出设备20的磁粉耦合器24连接，从而可控制磁粉耦合器24的工作；水泵开关86与磁粉耦合器24中的磁粉耦合器水泵241连接，从而控制水泵启动以冷却磁粉耦合器24。本发明的计算机控制柜便于操作人员实现对所有设备的控制，如电机的转速、磁粉耦合器的扭矩大小、磁粉耦合器冷却水泵的开关等等。输入端传感器18和输出端传感器28可以将采集到的数据传输到工控机，在工控机的显示屏上可以读取各种实时数据，如输入端的扭矩和旋转角度、输出端的扭矩和旋转角度。软件根据这些数据可以自动计算出效率和滞后角度，并绘制成曲线图，还可以导出原始数据和曲线图。

本发明在使用时，通过工控机81控制伺服电机11转动，伺服电机11连接减速器14后可以增大输出力矩，降低输出速度。减速器14进一步把力矩传递给输入端传感器18，输入端传感器18把实时力矩和转角以模拟信号形式传送给传感器信号接收器83。输入端传感器18的力矩最终传递给输入端柔性轴连接套10，输入端柔性轴连接套10再将力矩传递至与其连接的各种柔性轴以进行测试。使用时伺服电机11的最大转速为3000转/分，最大扭矩为10N.m，减速器14的减速比为1:130，因此，理论上输出的最大转速为13转/分，最大扭矩为1300N.m。传感器信号接收器83的扭矩范围为0-1000N.m。

进一步地，柔性轴把力矩传递到输出设备20的输出端柔性轴连接套210上，输出端柔性轴连接套210把力矩传递给输出端传感器28，输出端传感器28可以把实时力矩和转角以模拟信号形式传送给相应的传感器信号接收器83。输出端传感器28的力矩最终传递给磁粉耦合器24。磁粉耦合器24通过调节电流大小，可以增加和减小磁粉耦合器的阻力，最终抵消柔性轴传导过来的力矩。磁粉耦合器的阻力范围为0-1000N.m。输出端传感器测得的输出扭矩与输入端传感器测得的输入扭矩的比值即为柔性轴的传动效率，输入端传感器测得的输入角度与输出端传感器测得的输出角度之差即为柔性轴的扭转角度度。本发明的柔性轴测试平台还可用于测试柔性轴的最小弯曲半径、强度极限和寿命等性能特性。

本发明采用的软件。仅需满足柔性轴传动效率采集计算和柔性轴扭转角度采集计算即可，例如可通过Microsoft Visual Basic编写而成，在此不再详述。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种柔性轴测试平台，其特征在于，所述柔性轴测试平台包括：

固定于台面上的输入端设备，所述输入端设备包括在同一输入端轴线上依次连接的伺服电机、电机连接套、减速器、减速器连接套、传感器连接套、输入端传感器以及输入端柔性轴连接套，其中，该输入端轴线与所述伺服电机的输出轴的延伸方向一致；

固定于独立的平台板上的输出端设备，所述平台板沿着两个相互垂直的方向可移动，所述输出端设备包括在同一输出端轴线上依次连接的磁粉耦合器、磁粉耦合器连接套、传感器连接套、输出端传感器以及输出端柔性轴连接套，其中，该输出端轴线与所述磁粉耦合器的输出轴的延伸方向一致，且与所述输入端轴线平行；以及

计算机控制柜，所述计算机控制柜分别与所述伺服电机和所述磁粉耦合器电连接；所述输入端传感器和所述输出端传感器还分别与所述计算机控制柜通信连接。

2.根据权利要求1所述的柔性轴测试平台，其特征在于，所述伺服电机通过伺服电机固定座固定；所述减速器的一侧通过所述电机连接套与所述伺服电机的输出轴连接，所述减速器与所述电机连接套相对的另一侧设置有减速器连接套；所述减速器连接套、传感器连接套以及所述输入端柔性轴连接套同时通过输入端轴承座固定；输入端轴承座内设置有深沟球轴承。

3.根据权利要求2所述的柔性轴测试平台，其特征在于，所述柔性轴测试平台还包括平台架，所述伺服电机、电机连接套、减速器、减速器连接套、传感器连接套、输入端传感器以及输入端柔性轴连接套均固定于所述平台架上。

4.根据权利要求3所述的柔性轴测试平台，其特征在于，所述平台架包括支腿和水平设置的所述台面，所述台面通过支腿固定于地面上，所述输入端设备固定于所述台面上。

5.根据权利要求1所述的柔性轴测试平台，其特征在于，所述柔性轴测试平台还包括若干个柔性轴支架，所述柔性轴支架位于所述输入端设备和所述输出端设备之间，所述柔性轴支架包括两根套筒和U型支架，两根套筒沿竖向固定于底面上，U型支架可活动地安装入两根套筒内。

6.根据权利要求1所述的柔性轴测试平台，其特征在于，所述磁粉耦合器通过磁粉耦合器连接套以及传感器连接套与输出端传感器的一侧连接；输出端传感器与磁粉耦合器相对的另一侧也通过传感器连接套与输出端柔性轴连接套连接。

7.根据权利要求6所述的柔性轴测试平台，其特征在于，所述磁粉耦合器固定于所述平台板上，所述输出端传感器通过输出端传感器支架固定于平台板上，传感器连接套与磁粉耦合器连接套之间、传感器连接套与输出端柔性轴连接套之间分别通过输出端轴承座固定于所述平台板上。

8.根据权利要求7所述的柔性轴测试平台，其特征在于，所述平台板的两侧下方设置有滚轮支架，所述滚轮支架通过滚轮轴固定滚轮；所述平台板的两端还设置有刹车支架，所述刹车支架与同侧的滚轮分别卡于两根相互平行的横向导轨上；平台板的下方还设置有与磁粉耦合器连接的冷却水箱。

9.根据权利要求8所述的柔性轴测试平台，其特征在于，所述横向导轨对应的两端之间分别通过轨道平台板固定，所述轨道平台板分别通过滚轮和刹车支架卡入两根相互平行的竖向导轨上。

10.根据权利要求9所述的柔性轴测试平台，其特征在于，所述竖向导轨的末端还设置有防脱轨挡板。