CN107490447A - 转动轴系扰动力矩均匀性测量装置 - Google Patents

转动轴系扰动力矩均匀性测量装置 Download PDF

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李贤涛
刘玉章
赵华鹤
毛大鹏
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft

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Abstract

本发明公开一种转动轴系扰动力矩均匀性测量装置，该装置包括：伺服控制电路、电机驱动电路、力矩电机、信号采集电路以及显示单元；伺服控制电路通过电机驱动电路驱动力矩电机在恒定力矩输出模式下带动被检测的传动轴系转动，并通过信号采集电路采集到的被检测的传动轴系的转动数据，计算得到传动轴系的转动角加速度，并将转动角加速度发送至显示单元；显示单元用于显示转动角加速度；转动轴系的转动角加速度与转动轴系当前位置的扰动力矩大小成反比。本发明可直观定性分析转动轴系转动时在不同位置的扰动力矩大小，能够有效的提高机械安装人员对设备配平的工作效率，同时提高伺服系统对设备的控制精度。

Description

转动轴系扰动力矩均匀性测量装置
技术领域
本发明属于机械加工安装检测技术领域，特别涉及一种转动轴系扰动力矩测量装置。
背景技术
转动轴系是运动方式为旋转运动的设备的重要组成部分，转动轴系的扰动力矩(包括质量不平衡力矩、摩擦力矩、线绕力矩)是影响伺服控制系统对设备控制效果的主要因素。因此，对转动轴系扰动力矩的测量分析，能够有效的提高机械安装人员对设备配平的工作效率，同时提高伺服系统对设备的控制精度。
发明内容
本发明的目的是：为便于工作人员定性分析传动轴系扰动力矩均匀性，提供一种转动轴系扰动力矩均匀性测量装置。
本发明的技术方案是：转动轴系扰动力矩均匀性测量装置，包括：伺服控制电路、电机驱动电路、力矩电机、信号采集电路以及显示单元；
所述伺服控制电路通过所述电机驱动电路驱动所述力矩电机在恒定力矩输出模式下带动被检测的转动轴系转动；
所述信号采集电路用于采集被检测的转动轴系的转动数据，并发送给所述伺服控制电路，所述转动数据指转动角位置和/或转动角速度；
所述伺服控制电路依据接收到的转动数据计算得到转动轴系的转动角位置和转动角加速度，并发送给所述显示单元；
所述显示单元用于显示转动轴系转动过程中各个转动角位置对应的转动角加速度；
转动轴系的扰动力矩Ld为：
其中：LM为力矩电机输出力矩，J为转动轴系转动惯量，为转动轴系的转动角加速度；
由于力矩电机工作在恒定力矩模式下，电机输出力矩LM为定值；转动轴系转动惯量J为定量；所以转动轴系的转动角加速度越大，说明转动轴系当前位置的扰动力矩越小，转动轴系的转动角加速度越小，说明转动轴系当前位置的扰动力矩越大，由此通过转动角加速度反应转动轴系在转动过程中扰动力矩的均匀性(即波动大小)。
有益效果：本发明可直观定性分析转动轴系转动时在不同位置的扰动力矩大小，能够有效的提高机械安装人员对设备配平的工作效率，同时提高伺服系统对设备的控制精度。
附图说明
图1为本发明的结构组成框图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
参见附图1，转动轴系扰动力矩均匀性测量装置，它包括：伺服控制电路1、电机驱动电路2、力矩电机3、信号采集电路6、串口通信电路7以及PC计算机8；
伺服控制电路1通过电机驱动电路2驱动力矩电机3在恒定力矩输出模式下带动被检测的传动轴系转动，信号采集电路6采集被检测的传动轴系的转动数据，并将采集到的转动数据发送给伺服控制电路1，伺服控制电路1由此计算得到传动轴系的转动角加速度，并将转动角加速度通过串口通信电路7发送至PC计算机8；PC计算机8以二维曲线形式可视化显示转动角加速度随转动角度的变化，用于测量人员定性分析转动轴系的扰动力矩均匀性。
转动轴系的扰动力矩Ld的计算公式为：
其中：LM为力矩电机3的输出力矩，J为转动轴系的转动惯量，为计算得到的转动轴系的转动角加速度；
由于力矩电机3工作在恒定力矩模式下，电机输出力矩LM为定值；转动轴系转动惯量J为定量；所以转动轴系的转动角加速度越大，说明转动轴系当前位置的扰动力矩越小，转动轴系的转动角加速度越小，说明转动轴系当前位置的扰动力矩越大。上述转动轴系的扰动力矩Ld的计算公式中电机输出力矩LM是大小恒定已知的；轴系转动惯量J是恒定但大小未知的，因此只能通过转动角加速度定性分析扰动力矩的大小，而无法得到扰动力矩的准确值。转动轴系的位置与扰动力矩一一对应，当轴系转动360度(一周)后，可以得到转动轴系一周每一个角度位置对应的扰动力矩，配合PC计算机显示的二维曲线对轴系的扰动力矩在轴系转动一周过程中大小是否均匀进行分析(即扰动力矩在轴系转动一周过程中的波动大小)。
信号采集电路6可通过角位置传感器4和角速度传感器5获取被检测的传动轴系的转动数据(角位置和角速度)，其中角位置传感器4采用同轴安装方式安装在转动轴系上，用于测量转动轴系的角位置信息；角速度传感器5采用合适的方式安装在转动轴系上，能够采集到转动轴系的角速度信息即可。
伺服控制电路1通过进一步计算即可得到转动角加速度；在被检测轴系不方便同时安装角位置传感器4和角速度传感器5的情况下，可根据实际情况选择只安装一种传感器，提高转动轴系扰动力矩均匀性测量装置的环境适应能力。
当只采用角位置传感器4时：
信号采集电路6通过角位置传感器4采集被检测的传动轴系的角位置，伺服控制电路1通过角位置进一步计算即可得到转动角加速度：
转动角速度的计算公式为：
其中，θ1为当前时刻转动轴系的角位置；θ2为上一时刻转动轴系的角位置；ts为采样时间；
转动角加速度计算公式为：
其中，为当前时刻计算得到的转动轴系的角速度；为上一时刻计算得到的转动轴系的角速度；ts为采样时间。
当只采用角速度传感器5时：
信号采集电路6通过角速度传感器5采集被检测的传动轴系的转动角速度，伺服控制电路1通过角位置进一步计算即可得到传动轴系的转动角位置和转动角加速度：
转动角加速度计算公式为：
其中，为当前时刻采集得到的转动轴系的角速度；为上一时刻采集得到的转动轴系的角速度；ts为采样时间；
所述转动轴系的转动角位置θ计算公式为：
其中，θ1为上一时刻计算得到的角位置，为当前时刻采集得到的转动轴系的角速度，系统初始角位置默认为0°。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.转动轴系扰动力矩均匀性测量装置，其特征在于：包括：伺服控制电路(1)、电机驱动电路(2)、力矩电机(3)、信号采集电路(6)以及显示单元；
所述伺服控制电路(1)通过所述电机驱动电路(2)驱动所述力矩电机(3)在恒定力矩输出模式下带动被检测的转动轴系转动；
所述信号采集电路(6)用于采集被检测的转动轴系的转动数据，并发送给所述伺服控制电路(1)，所述转动数据指转动角位置和/或转动角速度；
所述伺服控制电路(1)依据接收到的转动数据计算得到转动轴系的转动角位置和转动角加速度，并发送给所述显示单元；
所述显示单元用于显示转动轴系转动过程中各个转动角位置对应的转动角加速度；
转动轴系的扰动力矩Ld为：
其中：LM为力矩电机输出力矩，J为转动轴系转动惯量，为转动轴系的转动角加速度；
转动轴系的转动角加速度越大，说明转动轴系当前角度位置的扰动力矩越小；转动轴系的转动角加速度越小，说明转动轴系当前角度位置的扰动力矩越大；由此通过转动角加速度反应转动轴系在转动过程中扰动力矩的均匀性。
2.如权利要求1所述的转动轴系扰动力矩均匀性测量装置，其特征在于：当所述信号采集电路(6)采集的转动轴系的转动数据为转动角位置和转动角速度时：
通过同轴安装在所述转动轴系上的角位置传感器(4)直接获得转动轴系的转动角位置；
通过安装在转动轴系上的角速度传感器(5)测量转动轴系的转动角速度，所述伺服控制电路(1)依据接收到的转动角速度计算得到转动轴系转动角加速度：
所述转动角加速度计算公式为：
其中，为当前时刻计算得到的转动轴系的角速度；为上一时刻计算得到的转动轴系的角速度；ts为采样时间。
3.如权利要求1所述的转动轴系扰动力矩均匀性测量装置，其特征在于：
当所述信号采集电路(6)采集的转动轴系的转动数据为转动角位置时：
通过同轴安装在所述转动轴系上的角位置传感器(4)直接获得转动轴系的转动角位置；
所述伺服控制电路(1)依据接收到的转动角位置计算得到转动轴系转动角加速度：
所述转动角加速度计算公式为：
其中，为当前时刻计算得到的转动轴系的角速度；为上一时刻计算得到的转动轴系的角速度；ts为采样时间；
上述公式中转动角速度的计算公式为：
其中，θ1为当前时刻转动轴系的角位置；θ2为上一时刻转动轴系的角位置；ts为采样时间。
4.如权利要求1所述的转动轴系扰动力矩均匀性测量装置，其特征在于：
当所述信号采集电路(6)采集的转动轴系的转动数据为转动角速度时：
通过安装在转动轴系上的角速度传感器(5)测量转动轴系的转动角速度，
所述伺服控制电路(1)依据接收到的转动角速度分别计算转动轴系的转动角位置和转动角加速度：
所述转动轴系的转动角加速度计算公式为：
其中，为当前时刻采集得到的转动轴系的角速度；为上一时刻采集得到的转动轴系的角速度；ts为采样时间；
所述转动轴系的转动角位置θ计算公式为：
其中，θ1为上一时刻计算得到的角位置，为当前时刻采集得到的转动轴系的角速度，系统初始角位置默认为0°。
5.如权利要求1、2、3或4所述的转动轴系扰动力矩均匀性测量装置，其特征在于：所述伺服控制电路(1)将转动角位置和转动角加速度通过串口通信电路(7)发送至显示单元。
6.如权利要求5所述的转动轴系扰动力矩均匀性测量装置，其特征在于：所述显示单元将转动角位置和转动角加速度以二维曲线形式可视化显示。
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