CN109632289B - 一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置，包括基座、驱动电机、负载电机、减速器及传感器模组，基座上安装有工作环境模拟箱，工作环境模拟箱包括前箱体与后箱体，前箱体与后箱体分别安装于减速器的前端与后端；基座上纵向设置有前滑轨与后滑轨，前箱体安装在前滑轨上，后箱体安装在后滑轨上，前箱体与后箱体相互拼合后包围减速器；前箱体内安装有加热器、冷却器、温度传感器及模拟控制面板，加热器、冷却器与温度传感器均连接模拟控制面板。本发明在现有的减速器疲劳寿命分析装置的基础上增设了工作环境模拟箱，能够根据采集到的减速器工作环境进行模拟，使得疲劳寿命分析试验在减速器的工作环境下进行，提高试验结果的精确性。

Description

一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置

技术领域

本发明属于减速器的测试领域，涉及了一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置。

背景技术

谐波齿轮减速器是一种由固定的内齿刚轮、柔轮、和使柔轮发生径向变形的波发生器组成，谐波齿轮减速机是齿轮减速机中的一种新型传动结构，它是利用柔性齿轮产生可控制的弹性变形波，引起刚轮与柔轮的齿间相对错齿来传递动力和运动。这种传动与一般的齿轮传递具有本质上的差别，在啮合理论、集合计算和结构设计方面具有特殊性。谐波齿轮减速器具有高精度、高承载力等优点，和普通减速器相比，由于使用的材料要少50％，其体积及重量至少减少1/3。相比较其他减速器，谐波减速器具有传动速比大、承载能力高、传动精度高、传动效率高、结构简单、零件数少、安装方便、体积小等优点。

但是谐波减速器的柔轮存在周期性地发生变形的问题，因而产生交变应力，使之易于产生疲劳破坏。因而，需要对谐波减速器的疲劳寿命进行分析，以便掌握谐波减速器的工作工况，使工作人员能够按时、规律的更换谐波减速器，以满足生产制造的要求。

目前，多借助一定的试验设备进行加速寿命试验方法，能够有效缩短试验周期，减少试验成本。但是在实际试验过程中，发现现有的试验设备存在一定的缺陷：

1、谐波减速器在实际工作中，会形成相对特定的工作环境，主要体现于工作温度；而在试验过程中，谐波减速器外置，散热速度快，无法模拟工作环境温度，试验结果存在一定的偏差。

2、减速器安装不便，费时费力。

3、在试验过程中无法滤掉明显存在问题的样本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置，针对现有技术中的缺陷，在现有的减速器疲劳寿命分析装置的基础上增设了工作环境模拟箱，能够根据采集到的减速器工作环境进行模拟，使得疲劳寿命分析试验在减速器的工作环境下进行，提高试验结果的精确性。

为了解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置，包括基座、驱动电机、负载电机、减速器及传感器模组，其特征在于：传感器模组包括第一传感器模组与第二传感器模组，驱动电机连接第一传感器模组，负载电机连接第二传感器模组，第一传感器模组与第二传感器模组之间连接减速器；基座上安装有工作环境模拟箱，工作环境模拟箱包括前箱体与后箱体，前箱体与后箱体分别安装于减速器的前端与后端；基座上纵向设置有前滑轨与后滑轨，前箱体安装在前滑轨上，后箱体安装在后滑轨上，前箱体与后箱体相互拼合后包围减速器；前箱体内安装有加热器、冷却器、温度传感器及模拟控制面板，加热器、冷却器与温度传感器均连接模拟控制面板。

进一步，疲劳寿命分析装置还包括有减速器支架，减速器支架安装减速器，减速器支架包括上架、下架与支座，上架与下架之间形成有减速器安装口，减速器安装口安装减速器，上架与下架的连接处均设有螺孔，借助螺栓固定上架与下架，支座连接于下架上，并固定于基座。本发明的减速器支架由可拆卸的上架与下架组成，在安装减速器时，首先将减速器固定于上架上，然后由上架带着减速器固定在下架上，再通过螺栓固定即可实现安装减速器；在拆卸减速器时，首先拧开螺栓，将上架与下架分离，再拆卸减速器安装在下架的部分，取出后将减速器从上架上分离出即可，由此可见，本发明通过设置减速器支架能够方便的拆装、更换、检修减速器，省时省力，提高试验效率，能够及时检修减速器的非试验故障。

进一步，疲劳寿命分析装置还包括有参照分析组，参照分析组包括输入端主动齿轮、输入端从动齿轮、第三传感器模组、参考分析组减速器、第四传感器模组、输出端主动齿轮与输出端从动齿轮，输入端主动齿轮连接于驱动电机的电机轴上，输入端主动齿轮与输入端从动齿轮通过输入端链轮连接，输入端从动齿轮连接至第三传感器模组，第三传感器模组连接至参考分析组减速器，参考分析组减速器连接至第四传感器模组，第四传感器模组连接至输出端从动齿轮，输出端主动齿轮连接于负载电机的电机轴上，输出端主动齿轮与输出端从动齿轮通过输出端链轮连接；参考分析组减速器被工作环境模拟箱包围。本发明在疲劳寿命分析装置上增加了参照分析组，该参照分析组由齿轮与链轮的传动组合进行传动，能够与试验组进行同步的运动，在试验过程中试验组和参照组同步运动，同时采集两组试验数据，可进行针对性的比较，在试验组发生试验故障或失误时，能够及时识别错误样本，并提醒测试人员对装置进行检查。

进一步，第一传感器模组与第三传感器模组均包括有输入端扭矩传感器、输入端转速传感器，第二传感器模组与第四传感器模组均包括有输出端扭矩传感器、输出端转速传感器。能够检测与计算得到减速器的传动精度与传动效率，给予分析预测根据的数据样本，提高寿命分析的精度。

进一步，前箱体的拼合处设有电磁铁，电磁铁由模拟控制面板控制，后箱体的拼合处设有磁铁，电磁铁与磁铁相互匹配。电磁铁通电后能够产生巨大的磁力，牢牢吸附磁铁，从而将前箱体与后箱体牢固拼合，拼合方便，形成相对密闭的环境，一方面便于模拟工作环境，另一方面防止外物碰撞减速器而造成损坏。

进一步，疲劳寿命分析装置还包括有第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器及第四联轴器，第一传感器模组通过第一联轴器连接驱动电机，第一传感器模组通过第二联轴器连接减速器，第二传感器模组通过第三联轴器连接减速器，第二传感器模组通过第四联轴器连接负载电机。第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器与第四联轴器用于连接前后的轴，具有补偿安装误差与偏移的作用，能够缓和冲击和减振，结构简单，实用性强。

进一步，第一传感器模组、第二传感器模组、第三传感器模组与第四传感器模组均设有传感器支架，传感器支架固定于基座上。传感器支架用于安装上述四个传感器模组，结构简单，实用性强。

进一步，模拟控制面板内设有加热电路、冷却电路及逻辑控制模块，加热电路连接加热器，冷却电路连接冷却器，加热电路与冷却电路均由逻辑控制模块控制；模拟控制面板还包括有温度信号识别模块、温度设定模块及显示模块，温度信号识别模块与温度设定模块均连接逻辑控制模块，显示模块连接温度信号识别模块；模拟控制面板的表面设有显示屏，显示屏显示显示模块的温度数据。模拟控制面板通过加热电路、冷却电路及逻辑控制模块实现对加热器与冷却器的控制；再由温度信号识别模块与温度设定模块采集温度信号，为逻辑控制模块提供温度数据，从而实现自动模拟工作环境，结构简单，设计巧妙。

进一步，基座上设有拱形保护盖，靠近驱动电机的输入端与靠近负载电机的输出端均设有拱形保护盖，拱形保护盖的一端与基座铰接，拱形保护盖相对于该端可翻折，拱形保护盖的另一端设有外扩的扣条，基座上设有扣槽，扣条与扣槽相互匹配。拱形保护盖基于铰接的结构实现可旋转翻折，盖合状态下，将输出端与输入端的部件置于其内部，避免其受外物撞击而损坏，即便在不慎掉落时，也能够保证输出端与输入端的部件不被摔坏；打开状态下便于检修、清理内置部件。

由于采用上述技术方案，具有以下有益效果：

本发明为一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置，针对现有技术中的缺陷，在现有的减速器疲劳寿命分析装置的基础上增设了工作环境模拟箱，能够根据采集到的减速器工作环境进行模拟，使得疲劳寿命分析试验在减速器的工作环境下进行，提高试验结果的精确性。具体表现为以下几点：

1、谐波减速器在实际工作中，会形成相对特定的工作环境，主要体现于工作温度；本发明在减速器区域加装了一个工作环境模拟箱，试验之前预先采集该减速器的工作温度；根据该工作温度，工作环境模拟箱通过加热器与冷却器，在相对封闭的环境将温度稳定在工作温度的范围内。使得整个实验过程在该工作温度下进行，减速器的退化速率、单位时间的退化量、传动精度与传动效率能够与实际工作中相吻合，从提高试验结果的精确性。

2、将工作环境模拟箱拆分成前箱体与后箱体，两个箱体之间能够相互拼合与拆开，拼合能够相差相对封闭的内环境，具有一定的保温效果；拆开后，能够观察、更换与检修减速器，一举多得，结构简单，实用性强。

3、本发明的减速器支架由可拆卸的上架与下架组成，在安装减速器时，首先将减速器固定于上架上，然后由上架带着减速器固定在下架上，再通过螺栓固定即可实现安装减速器；在拆卸减速器时，首先拧开螺栓，将上架与下架分离，再拆卸减速器安装在下架的部分，取出后将减速器从上架上分离出即可，由此可见，本发明通过设置减速器支架能够方便的拆装、更换、检修减速器，省时省力，提高试验效率，能够及时检修减速器的非试验故障。

4、本发明在疲劳寿命分析装置上增加了参照分析组，该参照分析组由齿轮与链轮的传动组合进行传动，能够与试验组进行同步的运动，在试验过程中试验组和参照组同步运动，同时采集两组试验数据，可进行针对性的比较，在试验组发生试验故障或失误时，能够及时识别错误样本，并提醒测试人员对装置进行检查。

附图说明

下面结合具体的附图对本发明作进一步说明：

图1为疲劳寿命分析装置的试验组示意图；

图2为图1基础山加装工作环境模拟箱的示意图；

图3为图2基础上加装参考分析组的示意图；

图4为图3基础上加装拱形保护盖的示意图；

图5为前箱体的结构示意图；

图6为后箱体的结构示意图；

图7为模拟控制面板的结构框图；

图8为输入端链轮传动组件的示意图(与输出端链轮传动组件相同)；

图9为减速器支架的结构示意图。

具体实施方式

如图1至图9所示，一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置，包括基座1、驱动电机2、负载电机12、减速器7及传感器模组，本发明的传感器模组包括第一传感器模组4、第二传感器模组10、第三传感器模组24与第四传感器模组29，第一传感器模组4与第三传感器模组24均包括有输入端扭矩传感器、输入端转速传感器，第二传感器模组10与第四传感器模组29均包括有输出端扭矩传感器、输出端转速传感器。能够检测与计算得到减速器7的传动精度与传动效率，给予分析预测根据的数据样本，提高寿命分析的精度。

驱动电机2通过其电机轴连接第一联轴器3，第一联轴器3连接到第一传感器模组4，第一传感器模组4连接到第二联轴器5，第二联轴器5连接到减速器7；再由减速器7连接到第三联轴器9，通过第三联轴器9连接第二传感器模组10，第二传感器模组10连接第四联轴器11，第四联轴器11连接到负载电机12。如此连接关系构成一个疲劳寿命分析的试验组。用于检测减速器7的性能退化量，在通过一系列的计算分析，预测减速器7的寿命。第一联轴器3、第二联轴器5、第三联轴器9与第四联轴器11用于连接前后的轴，具有补偿安装误差与偏移的作用，能够缓和冲击和减振，结构简单，实用性强。

上述减速器7安装于减速器支架6上，减速器支架6包括上架40、下架41与支座42，上架40与下架41之间形成有减速器安装口，减速器安装口安装减速器7，上架40与下架41的连接处均设有螺孔，两处的螺孔向对齐，螺栓8能够拧入两个螺孔中，从而固定上架40与下架41，支座42连接于下架41上，并固定于基座1。本发明的减速器支架6由可拆卸的上架40与下架41组成，在安装减速器7时，首先将减速器7固定于上架40上，然后由上架40带着减速器7固定在下架41上，再通过螺栓8固定即可实现安装减速器7；在拆卸减速器7时，首先拧开螺栓8，将上架40与下架41分离，再拆卸减速器7安装在下架41的部分，取出后将减速器7从上架40上分离出即可，由此可见，本发明通过设置减速器支架6能够方便的拆装、更换、检修减速器7，省时省力，提高试验效率，能够及时检修减速器7的非试验故障。

本发明除上述疲劳寿命分析的试验组外，还设置有疲劳寿命分析的参照分析组，参照分析组包括输入端主动齿轮37、输入端从动齿轮39、第三传感器模组24、参考分析组减速器27、第四传感器模组29、输出端主动齿轮(图中未标注出)与输出端从动齿轮(图中未标注出)，输入端主动齿轮37连接于驱动电机2的电机轴上，输入端主动齿轮37与输入端从动齿轮39通过输入端链轮(图中未标注出)连接，输入端从动齿轮39连接至第五联轴器23，第五联轴器23连接第三传感器模组24，第三传感器模组24连接第六联轴器25，第六联轴器25连接至参考分析组减速器27，参考分析组减速器27连接至第七联轴器28，第七联轴器28连接第四传感器模组29，第四传感器模组29连接第八联轴器29，第八联轴器29连接至输出端从动齿轮，输出端主动齿轮连接于负载电机12的电机轴上，输出端主动齿轮与输出端从动齿轮通过输出端链轮连接；(上述部件中根据实际情况设置相应的支架，借助这些支架提高上述部件的稳定性)

本发明在疲劳寿命分析装置上增加了参照分析组，该参照分析组由齿轮与链轮的传动组合进行传动，能够与试验组进行同步的运动，在试验过程中试验组和参照组同步运动，同时采集两组试验数据，可进行针对性的比较，在试验组发生试验故障或失误时，能够及时识别错误样本，并提醒测试人员对装置进行检查。

上述的第一传感器模组4、第二传感器模组10、第三传感器模组24与第四传感器模组29均设有传感器支架13，传感器支架13固定于基座1上。传感器支架13用于安装上述四个传感器模组，结构简单，实用性强。

谐波减速器7在实际工作中，会形成相对特定的工作环境，主要体现于工作温度；本发明在减速器7区域加装了一个工作环境模拟箱，工作环境模拟箱包括前箱体14与后箱体21，前箱体14安装于参照分析组的前端，后箱体21安装于试验组的后端，基座1上纵向设置有前滑轨15与后滑轨22，前箱体14安装在前滑轨15上，后箱体21安装在后滑轨22上，使得前箱体14与后箱体21能够相向或背向滑动。在相向运动过程中，前箱体14与后箱体21相互拼合后包围减速器7与参考分析组减速器27，前箱体14与后箱体21的侧面设有相互匹配的U型缺口35，基于该U型缺口35使得前箱体14与后箱体21能够相互拼合。前箱体14的拼合处设有电磁铁34，电磁铁34由模拟控制面板控制，后箱体21的拼合处设有磁铁36，电磁铁34与磁铁36相互匹配。电磁铁34通电后能够产生巨大的磁力，牢牢吸附磁铁36，从而将前箱体14与后箱体21牢固拼合，拼合方便，形成相对密闭的环境，一方面便于模拟工作环境，另一方面防止外物碰撞减速器7而造成损坏。拆开后，能够观察、更换与检修减速器7，一举多得，结构简单，实用性强。

前箱体14内安装有加热器16、冷却器17、温度传感器18及模拟控制面板19，加热器16、冷却器17与温度传感器18均连接模拟控制面板19。模拟控制面板19内设有加热电路、冷却电路及逻辑控制模块，加热电路连接加热器16，冷却电路连接冷却器17，加热电路与冷却电路均由逻辑控制模块控制；模拟控制面板19还包括有温度信号识别模块、温度设定模块及显示模块，温度信号识别模块与温度设定模块均连接逻辑控制模块，显示模块连接温度信号识别模块；模拟控制面板19的表面设有显示屏20，显示屏20显示显示模块的温度数据。模拟控制面板19通过加热电路、冷却电路及逻辑控制模块实现对加热器16与冷却器17的控制；再由温度信号识别模块与温度设定模块采集温度信号，为逻辑控制模块提供温度数据，从而实现自动模拟工作环境，结构简单，设计巧妙。

该工作环境模拟箱的工作原理为：试验之前预先采集该减速器7的工作温度；根据该工作温度，工作环境模拟箱通过加热器16与冷却器17，在相对封闭的环境将温度稳定在工作温度的范围内。使得整个实验过程在该工作温度下进行，减速器7的退化速率、单位时间的退化量、传动精度与传动效率能够与实际工作中相吻合，从提高试验结果的精确性。

基座1上设有拱形保护盖31，靠近驱动电机2的输入端与靠近负载电机12的输出端均设有拱形保护盖31，该拱形保护盖31作用于试验组与参照分析组；拱形保护盖31的一端与基座1铰接，拱形保护盖31相对于该端可翻折，拱形保护盖31的另一端设有外扩的扣条32，基座1上设有扣槽33，扣条32与扣槽33相互匹配。拱形保护盖31基于铰接的结构实现可旋转翻折，盖合状态下，将输出端与输入端的部件置于其内部，避免其受外物撞击而损坏，即便在不慎掉落时，也能够保证输出端与输入端的部件不被摔坏；打开状态下便于检修、清理内置部件。

以上仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此。任何以本发明为基础，为解决基本相同的技术问题，实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置，包括基座、驱动电机、负载电机、减速器及传感器模组，其特征在于：所述传感器模组包括第一传感器模组与第二传感器模组，所述驱动电机连接所述第一传感器模组，所述负载电机连接所述第二传感器模组，所述第一传感器模组与所述第二传感器模组之间连接所述减速器；所述基座上安装有工作环境模拟箱，所述工作环境模拟箱包括前箱体与后箱体，所述前箱体与所述后箱体分别安装于所述减速器的前端与后端；所述基座上纵向设置有前滑轨与后滑轨，所述前箱体安装在所述前滑轨上，所述后箱体安装在所述后滑轨上，所述前箱体与所述后箱体相互拼合后包围所述减速器；所述前箱体内安装有加热器、冷却器、温度传感器及模拟控制面板，所述加热器、所述冷却器与所述温度传感器均连接所述模拟控制面板；所述前箱体的拼合处设有电磁铁，所述电磁铁由所述模拟控制面板控制，所述后箱体的拼合处设有磁铁，所述电磁铁与所述磁铁相互匹配；

所述疲劳寿命分析装置还包括有参照分析组，所述参照分析组包括输入端主动齿轮、输入端从动齿轮、第三传感器模组、参考分析组减速器、第四传感器模组、输出端主动齿轮与输出端从动齿轮，所述输入端主动齿轮连接于所述驱动电机的电机轴上，所述输入端主动齿轮与所述输入端从动齿轮通过输入端链轮连接，所述输入端从动齿轮连接至所述第三传感器模组，所述第三传感器模组连接至所述参考分析组减速器，所述参考分析组减速器连接至所述第四传感器模组，所述第四传感器模组连接至所述输出端从动齿轮，所述输出端主动齿轮连接于所述负载电机的电机轴上，所述输出端主动齿轮与所述输出端从动齿轮通过输出端链轮连接；所述参考分析组减速器被所述工作环境模拟箱包围。

2.根据权利要求1所述的一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置，其特征在于：所述疲劳寿命分析装置还包括有减速器支架，所述减速器支架安装所述减速器，所述减速器支架包括上架、下架与支座，所述上架与所述下架之间形成有减速器安装口，所述减速器安装口安装所述减速器，所述上架与所述下架的连接处均设有螺孔，借助螺栓固定所述上架与所述下架，所述支座连接于所述下架上，并固定于所述基座。

3.根据权利要求1所述的一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置，其特征在于：所述第一传感器模组与所述第三传感器模组均包括有输入端扭矩传感器、输入端转速传感器，所述第二传感器模组与所述第四传感器模组均包括有输出端扭矩传感器、输出端转速传感器。

4.根据权利要求1所述的一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置，其特征在于：所述疲劳寿命分析装置还包括有第一联轴器、第二联轴器、第三联轴器及第四联轴器，所述第一传感器模组通过所述第一联轴器连接所述驱动电机，所述第一传感器模组通过所述第二联轴器连接所述减速器，所述第二传感器模组通过所述第三联轴器连接所述减速器，所述第二传感器模组通过所述第四联轴器连接所述负载电机。

5.根据权利要求1所述的一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置，其特征在于：所述第一传感器模组、所述第二传感器模组、所述第三传感器模组与所述第四传感器模组均设有传感器支架，所述传感器支架固定于所述基座上。

6.根据权利要求1所述的一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置，其特征在于：所述模拟控制面板内设有加热电路、冷却电路及逻辑控制模块，所述加热电路连接所述加热器，所述冷却电路连接所述冷却器，所述加热电路与所述冷却电路均由所述逻辑控制模块控制；所述模拟控制面板还包括有温度信号识别模块、温度设定模块及显示模块，所述温度信号识别模块与所述温度设定模块均连接所述逻辑控制模块，所述显示模块连接所述温度信号识别模块；所述模拟控制面板的表面设有显示屏，所述显示屏显示所述显示模块的温度数据。

7.根据权利要求3所述的一种针对谐波减速器的疲劳寿命分析装置，其特征在于：所述基座上设有拱形保护盖，靠近所述驱动电机的输入端与靠近负载电机的输出端均设有所述拱形保护盖，所述拱形保护盖的一端与所述基座铰接，所述拱形保护盖相对于该端可翻折，所述拱形保护盖的另一端设有外扩的扣条，所述基座上设有扣槽，所述扣条与所述扣槽相互匹配。

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