CN107228764A - 精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统，包括基座、加载单元、测量单元、安装总成以及测量软件模块，加载单元包括依次连接的驱动电机、第一加载减速器和第二加载减速器，安装总成包括安装盘I、锁紧机构以及输出轴，第二加载减速器输出端通过连接机构与输出轴连接，测量单元包括扭矩传感器和测角组件，所述扭矩传感器，测角组件包括正多面棱体、自准直仪以及底座，测量软件模块包括数据采集系统和控制系统，所述扭矩传感器、自准直仪与数据采集系统电连接。本发明可测量多种精密减速器在额定扭矩范围内的扭转刚度和回差，且具备连续稳定加载、仪器化程度高、测量精度高、操作简易、适用范围广。

Description

精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统

技术领域

本发明涉及精密检测计量技术以及精密传动领域，特别涉及一种精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统。

背景技术

精密行星减速器作为高精尖机械传动装备的核心机构，其传动性能是评价高精尖传动装备优劣的重要标志。随着我国科技创新技术水平和科研实力的不断提高，各个行业对精密减速器的性能提出了更高的要求。其中以RV减速器、摆线精密减速器为代表的精密传动以其高精度、大速比、大扭矩等优点，在工业机器人、航空航天、国防军事、工业自动化等领域中有良好的应用前景。扭转刚度和回差是减速器的两项重要性能指标，可以直接反映出整机的传动性能。因此，对减速器的扭转刚度和回差进行全面而精确的检测，不仅是生产环节中重要的一环，更是其产品质量和性能的有效监测和重要保证。

目前，对精密减速器的扭转刚度及回差测试还没有成熟的成套化专用设备。现有的扭转刚度与回差测试装置一般采用搭建或组合安装测试台，采取静态逐级施加外载荷方式，输出转角采用角度编码器测量。然而，采用该类试验台的缺陷是，在测试时通常需要多次调整来完成，扭矩加载不具有连续性，且角度编码器的测量精度很难满足高精密减速器的测试要求；同时现有的测试设备适用产品的型号比较单一，且自动化程度较低，测试效率低下，测试成本高，无法满足精密减速器制造领域对大批量、高效率的测试需求。同时现有精密减速器扭转刚度及回差测量的扭矩加载主要采用砝码杠杆加载、滑轮组加载以及力矩电机直驱加载，其中杠杆加载与滑轮组加载存在加载精度不高，无法连续加载的不足；力矩电机加载可实现连续加载，但成本高，经济性不足。

因此，需要提供一种可测量多种精密减速器在额定扭矩范围内的扭转刚度和回差，且具备连续稳定加载、仪器化程度高、测量精度高、操作简易、适用范围广的精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统，可测量多种精密减速器在额定扭矩范围内的扭转刚度和回差，且具备连续稳定加载、仪器化程度高、测量精度高、操作简易、适用范围广。

本发明的精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统，包括基座、加载单元、测量单元、用于安装被测减速器的安装总成以及测量软件模块，所述加载单元和安装总成分别设置在基座横向两侧，所述加载单元包括驱动电机、第一加载减速器和第二加载减速器，所述驱动电机输出端与第一加载减速器输入端连接，第一加载减速器输出端与第二加载减速器输入端连接，所述安装总成包括用于装入被测减速器的安装盘I、用于锁紧固定被测减速器的锁紧机构以及与被测减速器输出端连接的输出轴，所述第二加载减速器输出端通过连接机构与输出轴连接，所述测量单元包括用于测量被测减速器扭矩的扭矩传感器和用于测量被测减速器输出端角度的测角组件，所述扭矩传感器设置于第二加载减速器输出端，所述测角组件包括同轴安装于输出轴上的正多面棱体、用于读取正多面棱体角度数据的自准直仪以及用于安放自准直仪的底座，所述自准直仪放置在底座上，且正对正多面棱体，所述测量软件模块包括用于采集测量单元所测角度数据并对该数据进行处理的数据采集系统和用于控制加载单元和数据采集系统工作的控制系统，所述扭矩传感器、自准直仪与数据采集系统电连接。

进一步，所述驱动电机设置有自动和手动驱动方式，驱动电机输出端通过联轴器I与第一加载减速器输入端连接，第一加载减速器输出端通过联轴器II与第二加载减速器输入端连接，所述连接机构包括连接法兰盘、法兰轴、联轴器III，所述连接法兰盘一端固定于第二加载减速器输出端侧，另一端与法兰轴一端连接，法兰轴另一端通过联轴器III与输出轴连接，所述第二加载减速器输出端穿过连接法兰盘与法兰轴周向固定连接，所述扭矩传感器设置在第二加载减速器输出端上，且固定于连接法兰盘与法兰轴之间。

进一步，所述驱动电机和第一加载减速器固定在基座一侧设置的安装支架上，所述第二加载减速器通过安装盘II固定于基座上设有的支撑板I上的安装孔I中，所述法兰轴通过轴承组件以可转动的方式设置于基座上设有的支撑板II上的安装孔II中，所述安装盘I通过安装衬套固定于基座上设有的支撑板III上的安装孔III中，所述锁紧机构固定在基座另一侧设置的安装平板上。

进一步，所述第一加载减速器为蜗轮蜗杆减速器，该蜗轮蜗杆减速器的输入端与输出端相垂直，所述第二加载减速器为RV减速器，所述驱动电机的输出端与蜗轮蜗杆减速器的输入端同轴设置，所述蜗轮蜗杆减速器的输出端、RV减速器的输入输出端、法兰轴、输出轴同轴设置。

进一步，所述安装孔I、安装孔II、安装孔III的中心位于同一水平轴线上，所述基座为一体铸造成型的整体式结构；所述锁紧机构为自定心台虎钳。

进一步，所述测量软件模块还包括用于消除测量过程中非被测减速器部分引入的角度测量的误差误差补偿系统和扭转刚度滞回曲线实时显示系统。

本发明的有益效果：本发明的精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统，首先，通过采用双加载减速器的加载方式，可实现正向扭矩放大和方向角度方法的功能，同时具备反向自锁特性，可实现大扭矩范围内正反向的连续加载，同时实际加载扭矩值由扭矩传感器直接测量获得，加载精度高，稳定性好；其次，针对测量时扭转角极小的特点，采用高精度自准直仪与正多面棱体相配合的测量方式，提高了测量分辨率和精度，角度测量精度可达±0.1″；同时采用自准直仪进行测量具有输出轴安装误差不敏感性，有效补偿了安装误差带来的测量误差。最后，本发明从仪器角度出发，对测量系统机械部分采用整体式铸造基座，同时对测量系统进行误差补偿修正，保证了测量时的系统刚度和重复测量精度，测量时，只需安装和拆卸被测减速器即可，有效提高了测量效率以及测量可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的工作原理图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为图2的右视图；

图4为图2的俯视图。

具体实施方式

如图1至图4所示：本实施例的精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统，包括基座1、加载单元、测量单元、用于安装被测减速器的安装总成以及测量软件模块，所述加载单元和安装总成分别设置在基座1横向两侧，所述加载单元包括驱动电机23、第一加载减速器18和第二加载减速器16，所述驱动电机23输出端与第一加载减速器18输入端连接，第一加载减速器18输出端与第二加载减速器16输入端连接，所述安装总成包括用于装入被测减速器3的安装盘I4、用于锁紧固定被测减速器3的锁紧机构2以及与被测减速器3输出端连接的输出轴6，所述第二加载减速器16输出端通过连接机构与输出轴6连接，所述测量单元包括用于测量被测减速器扭矩的扭矩传感器13和用于测量被测减速器输出端角度的测角组件，所述扭矩传感器13设置于第二加载减速器16输出端，所述测角组件包括同轴安装于输出轴6上的正多面棱体7、用于读取正多面棱体7角度数据的自准直仪19以及用于安放自准直仪19的底座20，所述自准直仪19放置在底座20上，且正对正多面棱体7，所述测量软件模块包括用于采集测量单元所测角度数据并对该数据进行处理的数据采集系统和用于控制加载单元和数据采集系统工作的控制系统，所述扭矩传感器13、自准直仪19与数据采集系统电连接，通过设置双加载减速器，实现了扭矩的连续平稳加载以及加载过程中的反向自锁；并通过设置扭矩传感器13，以实时获取加载的扭矩值，同时利用正多面棱体7和自准直仪19相互配合进行角度测量，实现了扭转角的高精度非接触式测量，通过设置安装盘I4，可实现对不同型号尺寸的被测减速器3快速安装和精确定位；通过数据采集系统采集测量数据并将采集到的数据传输至处理终端进行处理，实现扭转刚度及回差测量。本实施例中测角组件的测量精度为0.1角秒，正多面棱体7采用正十二面棱体，底座20为可调式大理石底座，测试时使自准直仪19的光管轴线对准正多面棱体7的一个面，保证光管轴线与正多面棱体7的回转中心轴线垂直，通过自准直仪19数显器上的调零按钮和对底座20同时调整使自准直仪19十字光标与分化板上零位重合，采用这种非接触式角度测量方式，避免了角度传感器安装带来的误差和光栅式角度编码器无法现场校准的缺陷，提高了角度测量的精确性。

本实施例中，所述驱动电机23设置有自动和手动驱动方式，驱动电机23输出端通过联轴器I22与第一加载减速器18输入端连接，第一加载减速器18输出端通过联轴器II17与第二加载减速器16输入端连接，本实施例的驱动电机23为伺服电机，通过自动与手动驱动方式的选择，可实现大扭矩范围的连续平稳双向加载以及加载过程中的反向自锁；所述连接机构包括连接法兰盘14、法兰轴12、联轴器III8，所述连接法兰盘14一端固定于第二加载减速器16输出端侧，另一端与法兰轴12一端连接，法兰轴12另一端通过联轴器III8与输出轴6连接，所述第二加载减速器16输出端穿过连接法兰盘14与法兰轴12周向固定连接，所述扭矩传感器13设置在第二加载减速器16输出端上，且固定于连接法兰盘14与法兰轴12之间，以实现从驱动端到被测减速器输出端具备扭矩放大的功能，从被测减速器输出端到驱动端具备角度放大的功能。本实施例中，扭矩传感器13轴向两端分别通过螺钉与连接法兰盘14和法兰轴12固定连接；法兰轴14轴端与联轴器III采用花键配合连接；联轴器I22为膜片式弹性联轴器，联轴器II17为刚性法兰盘式联轴器，联轴器III8为可分离式弹性联轴器，以提高同轴度和保证测量稳定性。

本实施例中，所述驱动电机23和第一加载减速器18固定在基座1一侧设置的安装支架21上，所述第二加载减速器16通过安装盘II15固定于基座1上设有的支撑板I上的安装孔I中，所述法兰轴12通过轴承组件以可转动的方式设置于基座1上设有的支撑板II上的安装孔II中，所述安装盘I4通过安装衬套5固定于基座1上设有的支撑板III上的安装孔III中，所述锁紧机构2固定在基座1另一侧设置的安装平板24上。本实施例中驱动电机23和第一加载减速器18分别通过螺钉固定在安装支架21上；第二加载减速器16通过螺钉固定在安装盘II15中；安装盘II15通过螺钉固定在安装孔I中；轴承组件包括用于支撑法兰轴12的深沟球轴承10、用于对深沟球轴承10轴向定位的轴承支撑套11以及对深沟球轴承10端面定位的圆螺母9，轴承支撑套11设置于深沟球轴承10与安装孔II之间，且通过螺钉固定于安装孔II侧面；安装衬套5内孔为分段圆弧，安装衬套5沿径向开有一个螺纹通孔，且圆弧直径大于与之安装配合的安装盘I4的外径，测试时通过安装衬套5内壁下端的两段圆弧和顶部的锁紧螺钉，可以实现对被测减速器3快速定位。

本实施例中，所述第一加载减速器18为蜗轮蜗杆减速器，该蜗轮蜗杆减速器的输入端与输出端相垂直，所述第二加载减速器16为RV减速器，所述驱动电机23的输出端与蜗轮蜗杆减速器的输入端同轴设置，所述蜗轮蜗杆减速器的输出端、RV减速器的输入输出端、法兰轴12、输出轴6同轴设置，大大节省测试空间，利用蜗轮蜗杆减速器大速比、大扭矩的特性，更容易实现扭矩的加载，利用RV减速器自身大速比、高刚性、耐过载和轻量化的特点，实现测试加载过程的平稳性。

本实施例中，所述安装孔I、安装孔II、安装孔III的中心位于同一水平轴线上，且一次加工成型，有效减少加工带来的误差，保证了各安装孔的同轴度，提高了测量精度，所述基座1为一体铸造成型的整体式结构，本实施例中各支撑板垂直于基座1，且与基座1一体铸造成型，基座1为截面为H型结构，结构增强了整体刚性，同时基座1按静强度校核设计，以满足测量系统对基座1的强度和刚度要求；所述锁紧机构2为自定心台虎钳，用于对被测减速器3输入端进行锁紧定位。

本实施例中，所述测量软件模块还包括用于消除测量过程中非被测减速器部分引入的角度测量的误差误差补偿系统和扭转刚度滞回曲线实时显示系统，能够根据输出轴6的尺寸，建立误差补偿函数，对所测量的角度数据进行误差修正。

本实施例中，当对不同型号尺寸的精密行星减速器进行测试时，仅需更换与被测减速器3配套的安装盘I4，即可启动测试系统进行下一型号精密行星减速器的测试。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.一种精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统，其特征在于：包括基座、加载单元、测量单元、用于安装被测减速器的安装总成以及测量软件模块，所述加载单元和安装总成分别设置在基座横向两侧，所述加载单元包括驱动电机、第一加载减速器和第二加载减速器，所述驱动电机输出端与第一加载减速器输入端连接，第一加载减速器输出端与第二加载减速器输入端连接，所述安装总成包括用于装入被测减速器的安装盘I、用于锁紧固定被测减速器的锁紧机构以及与被测减速器输出端连接的输出轴，所述第二加载减速器输出端通过连接机构与输出轴连接，所述测量单元包括用于测量被测减速器扭矩的扭矩传感器和用于测量被测减速器输出端角度的测角组件，所述扭矩传感器设置于第二加载减速器输出端，所述测角组件包括同轴安装于输出轴上的正多面棱体、用于读取正多面棱体角度数据的自准直仪以及用于安放自准直仪的底座，所述自准直仪放置在底座上，且正对正多面棱体，所述测量软件模块包括用于采集测量单元所测角度数据并对该数据进行处理的数据采集系统和用于控制加载单元和数据采集系统工作的控制系统，所述扭矩传感器、自准直仪与数据采集系统电连接。

2.根据权利要求1所述的精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统，其特征在于：所述驱动电机设置有自动和手动驱动方式，驱动电机输出端通过联轴器I与第一加载减速器输入端连接，第一加载减速器输出端通过联轴器II与第二加载减速器输入端连接，所述连接机构包括连接法兰盘、法兰轴、联轴器III，所述连接法兰盘一端固定于第二加载减速器输出端侧，另一端与法兰轴一端连接，法兰轴另一端通过联轴器III与输出轴连接，所述第二加载减速器输出端穿过连接法兰盘与法兰轴周向固定连接，所述扭矩传感器设置在第二加载减速器输出端上，且固定于连接法兰盘与法兰轴之间。

3.根据权利要求2所述的精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统，其特征在于：所述驱动电机和第一加载减速器固定在基座一侧设置的安装支架上，所述第二加载减速器通过安装盘II固定于基座上设有的支撑板I上的安装孔I中，所述法兰轴通过轴承组件以可转动的方式设置于基座上设有的支撑板II上的安装孔II中，所述安装盘I通过安装衬套固定于基座上设有的支撑板III上的安装孔III中，所述锁紧机构固定在基座另一侧设置的安装平板上。

4.根据权利要求3所述的精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统，其特征在于：所述第一加载减速器为蜗轮蜗杆减速器，该蜗轮蜗杆减速器的输入端与输出端相垂直，所述第二加载减速器为RV减速器，所述驱动电机的输出端与蜗轮蜗杆减速器的输入端同轴设置，所述蜗轮蜗杆减速器的输出端、RV减速器的输入输出端、法兰轴、输出轴同轴设置。

5.根据权利要求3所述的精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统，其特征在于：所述安装孔I、安装孔II、安装孔III的中心位于同一水平轴线上，所述基座为一体铸造成型的整体式结构；所述锁紧机构为自定心台虎钳。

6.根据权利要求1所述的精密行星减速器扭转刚度及回差测量系统，其特征在于：所述测量软件模块还包括用于消除测量过程中非被测减速器部分引入的角度测量的误差误差补偿系统和扭转刚度滞回曲线实时显示系统。