CN109342052B - 基于圆光栅的传动试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于圆光栅的传动试验装置，包括光栅组件、驱动电机、扭矩传感器、轴系和负载组件；光栅组件包括水平固定在光栅固定盘上的圆光栅和两个读数头；轴系竖直设置，其转轴的顶端固定在光栅固定盘的底面中心处、底端与驱动电机的输出轴连接；扭矩传感器分别与转轴和驱动电机的输出轴连接；负载组件包括输出轴平行于转轴设置的负载电机，在负载电机的输出轴和驱动电机的输出轴上分别套装并固定有通过一条同步带连接的小同步带轮和大同步带轮；该基于圆光栅的传动试验装置适用于基于圆光栅的各类传动试验，有效提高了针对不同试验工况的试验验证效率。
Description
技术领域
本发明涉及机械传动技术领域，特别涉及一种基于圆光栅的传动试验装置。
背景技术
随着工业化进程的深入发展，高精度的元器件被越来越多地应用在工业领域，圆光栅作为典型高精度元件，在使用过程中，往往需要根据使用条件先对其进行试验研究，然而缺少一种较为通用的试验装置，为光栅传动试验提供便利，从而降低试验周期。
针对上述需求，有必要设计一台光栅传动试验装置，能够实现光栅的手动、自动的传动试验，并且转速可调。还有负载施加功能，实现光栅在负载下的传动试验，而且该负载大小可调。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够用于验证数据采集方法的可靠性的基于圆光栅的传动试验装置。
为此，本发明技术方案如下：
一种基于圆光栅的传动试验装置，包括光栅组件、驱动电机、扭矩传感器、轴系和负载组件；其中，
所述光栅组件包括水平设置并固定在光栅固定盘上的圆光栅和两个分别对称设置在所述圆光栅两侧的读数头；
所述轴系竖直设置，其转轴的顶端固定在光栅固定盘的底面中心处、底端与所述驱动电机的输出轴连接，使圆光栅与驱动电机的输出轴同步转动；所述扭矩传感器分别与所述转轴和所述驱动电机的输出轴连接；
所述负载组件包括负载电机、小同步带轮和大同步带轮；所述负载电机的输出轴平行于转轴设置，所述小同步带轮和大同步带轮分别套装并固定在所述负载电机的输出轴和所述驱动电机的输出轴上，且所述小同步带轮和所述大同步带轮之间通过一条同步带连接，使所述小同步带轮带动所述大同步带轮转动。
进一步地，该基于圆光栅的传动试验装置还包括一个装置护架，其包括自上而下依次水平且间隔设置的光栅护板、基准板和电机安装板，所述光栅护板和所述基准板之间通过四根分别设置在板面顶角处的连接柱连接固定为一体；所述基准板和所述电机安装板之间通过两块竖直且对称设置在板面边缘处连接板连接固定为一体；其中，在所述基准板和所述电机安装板的中心处上分别开设有用于安装所述驱动电机和所述轴系的安装孔，使所述圆光栅位于所述光栅护板的下方。
进一步地，两个所述读数头分别通过两个调节块设置在间隔的两根连接柱上；其中，所述调节块上开设有使其能够套装在所述连接柱外侧的中心孔，且在所述调节块的一组对侧侧壁上分别开设有两个与顶丝适配的径向通孔，使所述调节块通过插装在两个径向通孔内的顶丝可调节地固定在所述连接柱的任意位置上。
进一步地，所述轴系包括上轴承盖、轴套、转轴、下轴承盖、上轴承和下轴承；其中，所述转轴套装在所述轴套内且通过分别设置在所述轴套顶端内壁处的上轴承和底端内壁处的下轴承与所述轴套活动连接；所述上轴承盖盖装在所述轴套的顶端端面上并通过螺栓与所述轴套固定；所述轴套底端插装在开设于所述基准板上的第一安装孔内，所述下轴承盖盖装在所述轴套的底端端面和所述基准板的底面上并通过螺栓将所述基准板、所述下轴承盖与所述轴套固定；所述负载电机安装在所述基准板上开设的第二安装孔处。
进一步地，所述转轴底端设置有轴系法兰，所述驱动电机的输出轴轴端设置有电机法兰，使所述转轴和所述驱动电机的输出轴通过所述轴系法兰和所述电机法兰连接。
进一步地，所述驱动电机为步进电机、伺服电机或旋转电机。
进一步地，所述负载电机为力矩电机或步进电机。
该基于圆光栅的传动试验装置适用于基于圆光栅的各类传动试验，能够实现在不同的试验工况下，如不同转速、不同负载下的数据采集试验，人为设定角度、角加速度大小及数值的波动性试验，扭矩与转角的同步采集试验，以及电机齿槽效应的检测试验等，有效提高了针对不同试验工况的试验验证效率。
附图说明
图1为本发明的基于圆光栅的传动试验装置的结构示意图；
图2为本发明的基于圆光栅的传动试验装置的轴系的结构示意图；
图3为本发明的基于圆光栅的传动试验装置的负载机构的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。
如图1所示，该基于圆光栅的传动试验装置包括设置在一装置护架上的光栅组件、驱动电机8、扭矩传感器10、轴系12和负载组件15。
装置护架包括自上而下依次水平且间隔设置的光栅护板1、基准板4和电机安装板6，光栅护板1和基准板4之间通过四根分别设置在板面顶角处的连接柱3连接固定为一体；基准板4和电机安装板6之间通过两块竖直且对称设置在板面边缘处连接板5连接固定为一体；其中，在基准板4和电机安装板6的中心处上分别开设有用于安装驱动电机8和轴系12的安装孔，使圆光栅14位于光栅护板1的下方。
光栅组件包括水平设置的光栅固定盘13、圆光栅14和两个读数头；其中，圆光栅14水平设置并固定在光栅固定盘13上，两个读数头分别通过两个调节块2对称设置在位于间隔位置的两根连接柱3上；调节块2为中心开设有轴向通孔的块体，使其能够穿装在连接柱3的外侧，且在调节块2的一组对侧侧壁中心处分别开设有两个与顶丝适配的径向螺孔，使调节块2能够通过调节插装在两个径向螺孔内的顶丝的位置可调节地固定在连接柱3的任意位置上。读数头固定在调节块2的一侧侧壁处，使其与圆光栅14形成对向设置，在进行试验前，首先调节两个调节块2，使其上的读数头对准圆光栅14。
驱动电机8具体采用伺服电机，其自电机安装板6下方固定在电机安装板6的安装孔处，使其传输轴竖直向上设置，并通过电机安装板6上的安装孔伸出。
如图2所示，轴系12包括上轴承盖1201、轴套1202、转轴1203、下轴承盖1204、上轴承1205和下轴承1206；其中，
转轴1203套装在轴套1202内且通过分别设置在轴套1202顶端内壁处的上轴承1205和底端内壁处的下轴承1206与轴套1202活动连接；上轴承1205和下轴承1206具体采用滚珠轴承；
上轴承盖1201盖装在轴套1202的顶端端面上并通过螺栓与轴套1202固定；
轴套竖直设置且底端插装在开设于基准板4中心处的第一安装孔内，下轴承盖1204盖装在轴套1202的底端端面和基准板4的底面上并通过螺栓将基准板4、下轴承盖1204与轴套1202固定；
转轴1203的顶端固定在光栅固定盘13的底面中心处，使圆光栅14与转轴1203同步转动；转轴1203的底端设置有轴系法兰9，对应地，驱动电机8的输出轴轴端设置有电机法兰7，实现转轴1203和驱动电机8的输出轴通过相连接的轴系法兰9和电机法兰7形成连接，使驱动电机8驱动轴系12的转轴1203转动，进而带动圆光栅14转动，即圆光栅14与驱动电机8的输出轴形成同步转动。
扭矩传感器10设置在驱动电机8与转轴1203之间，其一端与轴系法兰9通过螺栓连接、另一端与驱动电机8的输出轴通过螺栓连接，实现转轴1203上加载的扭矩可读。
如图3所示，负载组件15包括负载电机1504、小同步带轮1503和大同步带轮1501；负载电机1504的输出轴平行于转轴设置，小同步带轮1503和大同步带轮1501分别套装并固定在负载电机的输出轴和驱动电机8的输出轴上，且小同步带轮1503和大同步带轮1501之间通过一条同步带1502连接，使小同步带轮1503带动大同步带轮1501转动。其中，小同步带轮1503、大同步带轮1501和同步带1502构成该负载组件的减速机构，具体地，大同步带轮1501为该减速机构的低速端，小同步带轮1503为该减速机构的高速端，在实际应用中，通过调节小同步带轮1503和大同步带轮1501之间的直径比例，调节减速机构减速程度。
该基于圆光栅的传动试验装置适用于基于圆光栅的各类传动试验，能够实现在不同的试验工况下传动试验验证。具体地来说，当采用该基于圆光栅的传动试验装置验证角速度与角加速度的波动性的具体工作方法为：高频读取轴系的角速度与角加速度，绘制角速度与角加速度曲线，放大曲线查看波动状况；当采用该基于圆光栅的传动试验装置还验证同步采集轴系的角度值和扭矩值方法，其具体工作原理和方法为：通过软件同步采集轴系的角度值与扭矩值，获得当前角度下的扭矩值大小；同时同步追踪角度值与扭矩值，使得角度曲线与扭矩曲线在时间上呈对应关系；而当采用该基于圆光栅的传动试验装置用于电机齿槽效应检测的具体工作方法为：使伺服电机工作在转矩模式，扭矩传感器高频采集轴系受到的扭矩大小，通过程序绘制转矩曲线，观察转矩曲线波动情况，确定电机转矩波动百分比。
上述实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。
Claims (7)
1.一种基于圆光栅的传动试验装置，其特征在于，包括光栅组件、驱动电机(8)、扭矩传感器(10)、轴系(12)和负载组件(15)；其中，
所述光栅组件包括水平设置并固定在光栅固定盘(13)上的圆光栅(14)和两个分别对称设置在所述圆光栅(14)两侧的读数头；
所述轴系(12)竖直设置，其转轴(1203)的顶端固定在光栅固定盘(13)的底面中心处、底端与所述驱动电机(8)的输出轴连接，使圆光栅(14)与驱动电机(8)的输出轴同步转动；所述扭矩传感器(10)分别与所述转轴(1203)和所述驱动电机(8)的输出轴连接；
所述负载组件(15)包括负载电机(1504)、小同步带轮(1503)和大同步带轮(1501)；所述负载电机(1504)的输出轴平行于转轴设置，所述小同步带轮(1503)和大同步带轮(1501)分别套装并固定在所述负载电机的输出轴和所述驱动电机(8)的输出轴上，且所述小同步带轮(1503)和所述大同步带轮(1501)之间通过一条同步带(1502)连接，使所述小同步带轮(1503)带动所述大同步带轮(1501)转动。
2.根据权利要求1所述的基于圆光栅的传动试验装置，其特征在于，还包括一个装置护架，其包括自上而下依次水平且间隔设置的光栅护板(1)、基准板(4)和电机安装板(6)，所述光栅护板(1)和所述基准板(4)之间通过四根分别设置在板面顶角处的连接柱(3)连接固定为一体；所述基准板(4)和所述电机安装板(6)之间通过两块竖直且对称设置在板面边缘处连接板(5)连接固定为一体；其中，在所述基准板(4)和所述电机安装板(6)的中心处上分别开设有用于安装所述驱动电机(8)和所述轴系(12)的安装孔，使所述圆光栅(14)位于所述光栅护板(1)的下方。
3.根据权利要求2所述的基于圆光栅的传动试验装置，其特征在于，两个所述读数头分别通过两个调节块(2)设置在间隔的两根连接柱(3)上；其中，所述调节块(2)上开设有使其能够套装在所述连接柱(3)外侧的中心孔，且在所述调节块(2)的一组对侧侧壁上分别开设有两个与顶丝适配的径向通孔，使所述调节块通过插装在两个径向通孔内的顶丝可调节地固定在所述连接柱(3)的任意位置上。
4.根据权利要求2所述的基于圆光栅的传动试验装置，其特征在于，所述轴系(12)包括上轴承盖(1201)、轴套(1202)、转轴(1203)、下轴承盖(1204)、上轴承(1205)和下轴承(1206)；其中，所述转轴(1203)套装在所述轴套(1202)内且通过分别设置在所述轴套(1202)顶端内壁处的上轴承(1205)和底端内壁处的下轴承(1206)与所述轴套(1202)活动连接；所述上轴承盖(1201)盖装在所述轴套(1202)的顶端端面上并通过螺栓与所述轴套(1202)固定；所述轴套底端插装在开设于所述基准板(4)上的第一安装孔内，所述下轴承盖(1204)盖装在所述轴套(1202)的底端端面和所述基准板(4)的底面上并通过螺栓将所述基准板(4)、所述下轴承盖(1204)与所述轴套(1202)固定；所述负载电机(1504)安装在所述基准板(4)上开设的第二安装孔处。
5.根据权利要求2所述的基于圆光栅的传动试验装置，其特征在于，所述转轴(1203)底端设置有轴系法兰(9)，所述驱动电机(8)输出轴的轴端设置有电机法兰(7)，使所述转轴(1203)和所述驱动电机(8)的输出轴通过所述轴系法兰(9)和所述电机法兰(7)形成连接。
6.根据权利要求1或2所述的基于圆光栅的传动试验装置，其特征在于，所述驱动电机(8)为步进电机、伺服电机或旋转电机。
7.根据权利要求1或2所述的基于圆光栅的传动试验装置，其特征在于，所述负载电机(1504)为力矩电机或步进电机。
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