CN109682598A - 一种精密减速器弯曲刚度测试装置及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精密减速器弯曲刚度测试装置及应用，所述装置包括基座以及位于基座上端且用于固定精密减速器的减速器安装座；精密减速器的轴线水平设置，其输入轴通过输入固定轴固定，精密减速器的输出侧设有与其同轴的加载轴；加载轴的自由端径向上方设有径向加载装置，加载轴的自由端径向下方设有与径向加载装置相对设置的位移传感器，加载轴的自由端轴向远离精密减速器一侧设有轴向加载装置。通过本发明实现对于精密减速器弯曲刚度的测量，并保证测量精度，对减速器弯曲刚度分析，减小工业机器人中精密减速器对于各分系统的可靠性影响，并能有效地提高其使用寿命。

Description

一种精密减速器弯曲刚度测试装置及应用

技术领域

本发明涉及机械工程行业，精密机械传动技术领域，具体地说是一种精密减速器弯曲刚度测试装置及应用。

背景技术

随着智能制造行业的不断发展和制造业人力成本的不断提升，工业领域中用自动化机械代替人工的需求与现象越来越多，智能制造成为发展的主要方向，其中工业机器人被认为是实现目标的关键，而精密减速器是工业机器人的核心零部件之一。对减速器各性能指标的研究极为重要，尤其减速器中的弯曲刚度性能指标直接影响整个系统的精度，其准确性直接影响各分系统的可靠性。

传统的弯曲强度测量装置是将减速器安装在指定位置，固定输入轴，在输出轴使用拉压传感器由零逐渐增加力F，用百分表打在输出轴上测出输出端相对于安装基面的角位移，并一一记录数据，做出相应的曲线图。传统的测量方法对于复杂和高精度减速器，通过百分表测出角位移这一方法存在很大的局限性，无法保证可靠性和高性能。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种精密减速器弯曲刚度测试装置及应用。本发明通过采用力传感器测量装置的轴向、径向负载，用接触式探头传感器直接测量位移后通过计算得到偏转角，传感器的测量精度较为精确，有效的保证了减速器弯曲强度的准确性；本发明运用于精密减速器中，可完成弯曲刚度的测量，并保证其精确性。本发明采用的技术手段如下：

一种精密减速器弯曲刚度测试装置，包括基座以及位于所述基座上端且用于固定精密减速器的减速器安装座；

所述精密减速器的轴线水平设置，其输入轴通过输入固定轴固定，所述精密减速器的输出侧设有与其同轴的加载轴(所述精密减速器安装轴)；

所述加载轴的自由端径向上方设有径向加载装置，所述径向加载装置的输出端设有压在所述加载轴的自由端径向上方的径向压式负荷型传感器检测端，所述加载轴的自由端径向下方设有与所述径向加载装置相对设置的位移传感器，所述加载轴的自由端轴向远离所述精密减速器一侧设有轴向加载装置，所述轴向加载装置的输出端设有压在所述加载轴的自由端轴向上的轴向压式负荷型传感器检测端。

所述输入固定轴上设有输入固定轴安装支架，所述输入固定轴安装支架下端通过第一滑块与位于所述基座上端的第一导轨滑动连接，所述第一导轨沿平行于所述精密减速器的轴线方向延伸至所述减速器安装座，其上还设有将所述第一滑块沿所述第一导轨压在所述减速器安装座上固定的第一导轨锁紧块；

所述输入固定轴通过键与所述精密减速器输入轴连接，保证了沿所述精密减速器轴向移动具有足够空间。

所述径向加载装置包括径向套筒，所述径向套筒上端中空并通过径向加载装置安装架与所述减速器安装座连接，所述径向套筒下端具有所述径向压式负荷型传感器检测端伸出的孔，所述径向套筒内滑动连接有可沿所述加载轴的自由端径向移动的径向导套，所述径向导套的上端与下端设有第一钢制挡圈的径向螺杆连接，所述径向螺杆穿过所述径向加载装置安装架且与其通过螺纹套连接，所述径向导套下端敞开，其内设有径向弹簧，所述径向弹簧的下端通过与所述径向压式负荷型传感器连接的第一法兰盘将所述径向压式负荷型传感器检测端压在所述加载轴的自由端径向上方，所述径向弹簧两端分别与所述径向导套和所述第一法兰盘连接。

所述位移传感器两侧分别设有与所述减速器安装座连接的传感器安装杆；

所述位移传感器和两个所述传感器安装杆之间通过上传感器安装块和下传感器安装块；

所述上传感器安装块与所述位移传感器之间，所述下传感器安装块与所述位移传感器之间均设有套接在所述位移传感器上的传感器安装螺纹套；

所述上传感器安装块与所述传感器安装杆之间，所述下传感器安装块与所述传感器安装杆之间设有套接在所述传感器安装杆上的传感器安装螺纹套；

所述传感器安装螺纹套上套接有传感器安装螺母。

所述轴向加载装置包括轴向套筒，所述轴向套筒上设有轴向加载装置安装架，所述轴向加载装置安装架包括与所述轴向套筒后端连接的后支架，与所述轴向套筒外壁连接的前支架以及用于支撑所述后支架和所述前支架的底板，所述后支架和所述前支架之间设有将所述轴向加载装置安装架与所述减速器安装座连接的压板，所述减速器安装座上设有与所述底板相对应的凹槽，所述基座上端设有两条沿平行于所述精密减速器的轴线方向延伸至所述凹槽内的第二导轨，所述底板通过第二滑块与所述第二导轨滑动连接，所述第二导轨上还设有第二导轨锁紧块(所述第二导轨锁紧块沿所述第二导轨移动、压在所述第二滑块上，与所述压板配合将所述轴向加载装置安装架固定)，所述轴向套筒前端具有所述轴向压式负荷型传感器检测端伸出的孔，所述轴向套筒后端中空，所述轴向套筒内滑动连接有可沿所述加载轴的自由端轴向移动的轴向导套，所述轴向导套的后端与前端设有第二钢制挡圈的轴向螺杆连接，所述轴向螺杆穿过所述后支架且与其通过螺纹套连接，所述轴向导套前端敞开，其内设有轴向弹簧，所述轴向弹簧的前端通过与所述轴向压式负荷型传感器连接的第二法兰盘将所述轴向压式负荷型传感器检测端压在所述加载轴的自由端轴向上，所述轴向弹簧两端分别与所述轴向导套和所述第二法兰盘连接。

所述轴向加载装置可以沿所述精密减速器轴向移动，解决了所述精密减速器输出轴、所述加载轴、位移传感器及径向加载装置的安装问题，使整个装置更加紧凑，提高了整体的结构精度，且达到了弯曲刚度的测量目的。

所述精密减速器弯曲刚度测试装置还包括与所述径向压式负荷型传感器、所述位移传感器和所述轴向压式负荷型传感器信号连接的外部采集卡；

所述外部采集卡，被配置为将采集到的信号转换成对应的测量数据并显示于上位机中。

所述径向螺杆和所述轴向螺杆的自由端均设有手柄。

所述第一导轨锁紧块和所述第二导轨锁紧块均包括锁紧块本体、位于所述锁紧块本体内的夹紧块和用于驱动所述夹紧块在所述锁紧块本体内移动的夹紧块手柄。

测试时，将所述精密减速器安装至所述减速器安装座，并通过键连接固定输入轴和输入固定轴，将所述精密减速器安装轴作为加载轴，安装调整至加载面，并保证与传感器接触面处于水平状态，在径向加载装置安装架上安装测试径向负荷的径向加载装置，在轴向加载装置安装架上安装轴向加载装置以及安装位移传感器，将所述轴向加载装置沿所述第二导轨移至与所述加载轴接触，通过安装所述压板和所述第二导轨锁紧块使其固定，安装完成后将各传感器信号连接至所述外部采集卡，一开始按小于容许负载曲线加载，所述外部采集卡将采集到的信号转换成对应的测量数据并显示于上位机中，利用压式负荷型传感器和位移传感器测得多组负载与位移数据，分析数据，并计算其对应的弯曲刚度。

本发明还公开了一种使用上述所述的精密减速器弯曲刚度测试装置进行精密减速器弯曲刚度测试的方法，具有如下步骤：

将所述精密减速器及所述加载轴看做悬臂梁结构，设AB为所述精密减速器载荷作用点到所述精密减速器输出端的距离，BC为所述加载轴与所述精密减速器连接部分，由于其刚度很大，因此其产生的变形可忽略不计，CD为所述加载轴的外伸部分，由悬臂梁结构可知，其整个梁的最大挠度y_总为：

y_总＝y_B+y_D

其中，y_B为B点挠度，y_D为D点挠度，D点为所述加载轴的自由端；

对D点施加轴向、径向载荷，CD段受到沿杆均匀分布的重力作用，同时受到D点的由于轴向、径向载荷产生的转矩，经过测量其体积V，查询相关资料确定其密度为ρ，可计算出其质量M，受到重力G，而轴向、径向载荷远远大于其重力，相比之下重力影响对测量结果可忽略不计，因此，D点挠度y_D为：

其中

m＝W₁l₁+W₂l₃

AB段满足：

其中，

所以，

因此弯曲刚度K_m为：

公式中相关参数见实际测量零件性能指标。

本发明具有以下优点：

1.通过本发明实现对于精密减速器弯曲刚度的测量，并保证测量精度。

2.对减速器弯曲刚度分析，减小工业机器人中精密减速器对于各分系统的可靠性影响，并能有效地提高其使用寿命。

基于上述理由本发明可在精密机械传动等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的实施例1中精密减速器弯曲刚度测试装置的前视图。

图2是本发明的实施例1中精密减速器弯曲刚度测试装置的后视图。

图3是本发明的实施例1中精密减速器弯曲刚度测试装置的剖视图。

图4是本发明的实施例1中精密减速器弯曲刚度测试装置的俯视图。

图5是图3中A-A向剖视图。

图6是图5中I部放大结构示意图。

图7是图5中II部放大结构示意图。

图8是图5中III部放大结构示意图。

图9是图3中IV部放大结构示意图。

图10是图3中V部放大结构示意图。

图11是图3中VI部放大结构示意图。

图12是图2中VII部放大结构示意图。

图13是本发明的实施例2中悬臂梁结构简图。

图14是本发明的实施例2中CD段负载图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-图12所示，一种精密减速器弯曲刚度测试装置，包括基座1以及位于所述基座1上端且用于固定精密减速器2的减速器安装座3；

所述精密减速器2的轴线水平设置，其输入轴4通过输入固定轴5固定，所述精密减速器2的输出侧设有与其同轴的加载轴6；

所述加载轴6的自由端径向上方设有径向加载装置7，所述径向加载装置7的输出端设有压在所述加载轴6的自由端径向上方的径向压式负荷型传感器8检测端，所述加载轴6的自由端径向下方设有与所述径向加载装置6相对设置的位移传感器9，所述加载轴6的自由端轴向远离所述精密减速器2一侧设有轴向加载装置10，所述轴向加载装置10的输出端设有压在所述加载轴6的自由端轴向上的轴向压式负荷型传感器11检测端。

所述输入固定轴5上设有输入固定轴安装支架12，所述输入固定轴安装支架12下端通过第一滑块13与位于所述基座1上端的第一导轨14滑动连接，所述第一导轨14沿平行于所述精密减速器2的轴线方向延伸至所述减速器安装座3，其上还设有将所述第一滑块13沿所述第一导轨14压在所述减速器安装座3上固定的第一导轨锁紧块15；

所述输入固定轴5通过键16与所述精密减速器输入轴4连接。

所述径向加载装置7包括径向套筒17，所述径向套筒17上端中空并通过径向加载装置安装架18与所述减速器安装座3连接，所述径向套筒17下端具有所述径向压式负荷型传感器8检测端伸出的孔，所述径向套筒17内滑动连接有可沿所述加载轴6的自由端径向移动的径向导套19，所述径向导套19的上端与下端设有第一钢制挡圈20的径向螺杆21连接，所述径向螺杆21穿过所述径向加载装置安装架18且与其通过螺纹套22连接，所述径向导套19下端敞开，其内设有径向弹簧23，所述径向弹簧23的下端通过与所述径向压式负荷型传感器8连接的第一法兰盘24将所述径向压式负荷型传感器8检测端压在所述加载轴6的自由端径向上方，所述径向弹簧23两端分别与所述径向导套19和所述第一法兰盘24连接。

所述位移传感器9两侧分别设有与所述减速器安装座3连接的传感器安装杆25；

所述位移传感器9和两个所述传感器安装杆25之间通过上传感器安装块26和下传感器安装块27；

所述上传感器安装块26与所述位移传感器9之间，所述下传感器安装块27与所述位移传感器9之间均设有套接在所述位移传感器9上的传感器安装螺纹套28；

所述上传感器安装块26与所述传感器安装杆25之间，所述下传感器安装块27与所述传感器安装杆25之间设有套接在所述传感器安装杆25上的传感器安装螺纹套28；

所述传感器安装螺纹套28上套接有传感器安装螺母29。

所述轴向加载装置10包括轴向套筒30，所述轴向套筒30上设有轴向加载装置安装架31，所述轴向加载装置安装架31包括与所述轴向套筒30后端连接的后支架32，与所述轴向套筒30外壁连接的前支架33以及用于支撑所述后支架32和所述前支架33的底板34，所述后支架32和所述前支架33之间设有将所述轴向加载装置安装架31与所述减速器安装座3连接的压板35，所述减速器安装座31上设有与所述底板34相对应的凹槽，所述基座1上端设有两条沿平行于所述精密减速器2的轴线方向延伸至所述凹槽内的第二导轨36，所述底板34通过第二滑块37与所述第二导轨36滑动连接，所述第二导轨36上还设有第二导轨锁紧块37，所述轴向套筒30前端具有所述轴向压式负荷型传感器11检测端伸出的孔，所述轴向套筒30后端中空，所述轴向套筒30内滑动连接有可沿所述加载轴6的自由端轴向移动的轴向导套38，所述轴向导套38的后端与前端设有第二钢制挡圈39的轴向螺杆40连接，所述轴向螺杆40穿过所述后支架32且与其通过螺纹套22连接，所述轴向导套38前端敞开，其内设有轴向弹簧41，所述轴向弹簧41的前端通过与所述轴向压式负荷型传感器11连接的第二法兰盘42将所述轴向压式负荷型传感器11检测端压在所述加载轴6的自由端轴向上，所述轴向弹簧41两端分别与所述轴向导套38和所述第二法兰盘42连接。

所述精密减速器弯曲刚度测试装置还包括与所述径向压式负荷型传感器8、所述位移传感器9和所述轴向压式负荷型传感器11信号连接的外部采集卡；

所述外部采集卡，被配置为将采集到的信号转换成对应的测量数据并显示于上位机中。

所述径向螺杆21和所述轴向螺杆40的自由端均设有手柄43。

所述第一导轨锁紧块15和所述第二导轨锁紧块37均包括锁紧块本体44、位于所述锁紧块本体44内的夹紧块45和用于驱动所述夹紧块45在所述锁紧块本体44内移动的夹紧块手柄46。

实施例2

如图13和图14所示，一种使用实施例1所述的精密减速器弯曲刚度测试装置进行精密减速器弯曲刚度测试的方法，具有如下步骤：

将所述精密减速器2及所述加载轴6看做悬臂梁结构图13，设AB为所述精密减速器2载荷作用点到所述精密减速器2输出端的距离，BC为所述加载轴6与所述精密减速器2连接部分，由于其刚度很大，因此其产生的变形可忽略不计，CD为所述加载轴6的外伸部分，由悬臂梁结构(图13)可知，其整个梁的最大挠度y_总为：

y_总＝y_B+y_D

其中，y_B为B点挠度，y_D为D点挠度，D点为所述加载轴6的自由端；

对D点施加轴向、径向载荷，其载荷如图14所示，CD段受到沿杆均匀分布的重力作用，同时受到D点的由于轴向、径向载荷产生的转矩，经过测量其体积V，查询相关资料确定其密度为ρ，可计算出其质量M，受到重力G，而轴向、径向载荷远远大于其重力，相比之下重力影响对测量结果可忽略不计，因此，D点挠度y_D为：

其中

m＝W₁l₁+W₂l₃

AB段满足：

其中，

所以，

因此弯曲刚度K_m为：

公式中相关参数如下：

W₁：测试量W₂：测试量l₁：249.6mm l₃：50mm l_AB：49.6mm l_CD：180mm E₂：210GPa d：120mm d₁：80mm y_总：测试量

根据公式及相关数据，结合减速器样本(RV-80E)数据中容许转矩与力矩刚性(参考RV减速器技术资料集)进行计算。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种精密减速器弯曲刚度测试装置，其特征在于：包括基座以及位于所述基座上端且用于固定精密减速器的减速器安装座；

所述精密减速器的轴线水平设置，其输入轴通过输入固定轴固定，所述精密减速器的输出侧设有与其同轴的加载轴；

所述加载轴的自由端径向上方设有径向加载装置，所述径向加载装置的输出端设有压在所述加载轴的自由端径向上方的径向压式负荷型传感器检测端，所述加载轴的自由端径向下方设有与所述径向加载装置相对设置的位移传感器，所述加载轴的自由端轴向远离所述精密减速器一侧设有轴向加载装置，所述轴向加载装置的输出端设有压在所述加载轴的自由端轴向上的轴向压式负荷型传感器检测端。

2.根据权利要求1所述的精密减速器弯曲刚度测试装置，其特征在于：所述输入固定轴上设有输入固定轴安装支架，所述输入固定轴安装支架下端通过第一滑块与位于所述基座上端的第一导轨滑动连接，所述第一导轨沿平行于所述精密减速器的轴线方向延伸至所述减速器安装座，其上还设有将所述第一滑块沿所述第一导轨压在所述减速器安装座上固定的第一导轨锁紧块；

所述输入固定轴通过键与所述精密减速器输入轴连接。

3.根据权利要求1所述的精密减速器弯曲刚度测试装置，其特征在于：所述径向加载装置包括径向套筒，所述径向套筒上端中空并通过径向加载装置安装架与所述减速器安装座连接，所述径向套筒下端具有所述径向压式负荷型传感器检测端伸出的孔，所述径向套筒内滑动连接有可沿所述加载轴的自由端径向移动的径向导套，所述径向导套的上端与下端设有第一钢制挡圈的径向螺杆连接，所述径向螺杆穿过所述径向加载装置安装架且与其通过螺纹套连接，所述径向导套下端敞开，其内设有径向弹簧，所述径向弹簧的下端通过与所述径向压式负荷型传感器连接的第一法兰盘将所述径向压式负荷型传感器检测端压在所述加载轴的自由端径向上方，所述径向弹簧两端分别与所述径向导套和所述第一法兰盘连接。

4.根据权利要求1所述的精密减速器弯曲刚度测试装置，其特征在于：所述位移传感器两侧分别设有与所述减速器安装座连接的传感器安装杆；

所述位移传感器和两个所述传感器安装杆之间通过上传感器安装块和下传感器安装块；

所述上传感器安装块与所述位移传感器之间，所述下传感器安装块与所述位移传感器之间均设有套接在所述位移传感器上的传感器安装螺纹套；

所述上传感器安装块与所述传感器安装杆之间，所述下传感器安装块与所述传感器安装杆之间设有套接在所述传感器安装杆上的传感器安装螺纹套；

所述传感器安装螺纹套上套接有传感器安装螺母。

5.根据权利要求1所述的精密减速器弯曲刚度测试装置，其特征在于：所述轴向加载装置包括轴向套筒，所述轴向套筒上设有轴向加载装置安装架，所述轴向加载装置安装架包括与所述轴向套筒后端连接的后支架，与所述轴向套筒外壁连接的前支架以及用于支撑所述后支架和所述前支架的底板，所述后支架和所述前支架之间设有将所述轴向加载装置安装架与所述减速器安装座连接的压板，所述减速器安装座上设有与所述底板相对应的凹槽，所述基座上端设有两条沿平行于所述精密减速器的轴线方向延伸至所述凹槽内的第二导轨，所述底板通过第二滑块与所述第二导轨滑动连接，所述第二导轨上还设有第二导轨锁紧块，所述轴向套筒前端具有所述轴向压式负荷型传感器检测端伸出的孔，所述轴向套筒后端中空，所述轴向套筒内滑动连接有可沿所述加载轴的自由端轴向移动的轴向导套，所述轴向导套的后端与前端设有第二钢制挡圈的轴向螺杆连接，所述轴向螺杆穿过所述后支架且与其通过螺纹套连接，所述轴向导套前端敞开，其内设有轴向弹簧，所述轴向弹簧的前端通过与所述轴向压式负荷型传感器连接的第二法兰盘将所述轴向压式负荷型传感器检测端压在所述加载轴的自由端轴向上，所述轴向弹簧两端分别与所述轴向导套和所述第二法兰盘连接。

6.根据权利要求1所述的精密减速器弯曲刚度测试装置，其特征在于：所述精密减速器弯曲刚度测试装置还包括与所述径向压式负荷型传感器、所述位移传感器和所述轴向压式负荷型传感器信号连接的外部采集卡；

所述外部采集卡，被配置为将采集到的信号转换成对应的测量数据并显示于上位机中。

7.根据权利要求3或5所述的精密减速器弯曲刚度测试装置，其特征在于：所述径向螺杆和所述轴向螺杆的自由端均设有手柄。

8.根据权利要求2或5所述的精密减速器弯曲刚度测试装置，其特征在于：所述第一导轨锁紧块和所述第二导轨锁紧块均包括锁紧块本体、位于所述锁紧块本体内的夹紧块和用于驱动所述夹紧块在所述锁紧块本体内移动的夹紧块手柄。

9.一种使用权利要求1-6所述的精密减速器弯曲刚度测试装置进行精密减速器弯曲刚度测试的方法，其特征在于具有如下步骤：

将所述精密减速器及所述加载轴看做悬臂梁结构，设AB为所述精密减速器载荷作用点到所述精密减速器输出端的距离，BC为所述加载轴与所述精密减速器连接部分，由于其刚度很大，因此其产生的变形可忽略不计，CD为所述加载轴的外伸部分，由悬臂梁结构可知，其整个梁的最大挠度y_总为：

y_总＝y_B+y_D

其中，y_B为B点挠度，y_D为D点挠度，D点为所述加载轴的自由端；

对D点施加轴向、径向载荷，CD段受到沿杆均匀分布的重力作用，同时受到D点的由于轴向、径向载荷产生的转矩，经过测量其体积V，查询相关资料确定其密度为ρ，可计算出其质量M，受到重力G，而轴向、径向载荷远远大于其重力，相比之下重力影响对测量结果可忽略不计，因此，D点挠度y_D为：

其中

m＝W₁l₁+W₂l₃

AB段满足：

其中，

所以，

因此弯曲刚度K_m为：

公式中相关参数见实际测量零件性能指标。