CN112326233A

CN112326233A - 一种谐波减速器综合性能试验台

Info

Publication number: CN112326233A
Application number: CN202011351170.6A
Authority: CN
Inventors: 石照耀; 陈饶; 张临涛
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2021-02-05

Abstract

本发明公开了一种谐波减速器综合性能试验台，采用固定安装的独立式减速器精密安装支架以及两个装载测控设备的可沿X轴轴向移动的一维移动滑板组成，通过转动滑板上的手轮可实现两个滑板与减速器安装支架之间的接近或脱开。输入端由驱动伺服电机从右至左依次连接输入扭矩传感器、输入角度编码器、被测减速器、输出角度编码器、输出扭矩传感器、陪测行星减速器以及加载伺服电机。试验台满足谐波减速器关键参数的综合性能测量，测量项目包括：空载摩擦转矩试验，正向启动转矩试验，反向启动转矩试验，回差试验，扭转刚度、背隙、滞回试验，传动误差试验和传动效率试验。

Description

一种谐波减速器综合性能试验台

技术领域

本发明涉及一种谐波减速器综合性能测量装置，属于精密测试计量技术，精密仪器及机械传动领域。

背景技术

谐波减速器作为一种最基本的机械传动部件，广泛应用于以工业机器人为代表的高精度传动领域。谐波减速器凭借体积小、重量轻、传动比大、传动效率高、承载能力高、传动平稳、无冲击等一系列特点，成为国内外学者和研究机构研究的重点。

谐波减速器由刚轮、柔轮和波发生器组成，结构复杂，加工制造要求高。为改进精密减速器的设计，提高传动精度，其关键参数的测量就显得尤为关键。谐波减速器的关键指标主要包括传动误差、回差、扭转刚度、背隙、摩擦力矩、传动效率等。

目前情况下，国内外针对谐波减速器关键指标的测量存在以下问题：

(1)采用传统的手工加载力矩的方式，即人员使用通过手动加载砝码来控制力矩大小，这种测试方式精度低、可靠性差。

(2)已有的谐波减速器性能试验台通常只能进行单一指标测量，无法在一台设备上通过一次工装实现谐波减速器各项关键性能指标的检测，且精度低、可靠性差。

(3)现有试验台模块设计、测试方法未按照最新国家标准《机器人用精密齿轮传动装置试验方法》实施。

因此，有必要在现有国家标准的指导下，开发一台主机结构、测量方式规范，并且结合光、机、电等先进测控技术，能够实现在一台设备上进行一次减速器工装即可完成综合性能指标检测的谐波减速器综合性能试验台。

发明内容：

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种谐波减速器综合性能试验台，其特征在于模块设计、测试方法遵循最新国家标准，能够实现在一台设备上进行一次减速器工装即可完成综合性能指标检测。

本试验台可进行的测量项目有：传动误差、回差、扭转刚度、背隙、空载摩擦转矩、正向启动转矩、反向启动转矩以及传动效率。

试验台机械部分从右至左连接顺序依次为输入电机组件、输入扭矩传感器组件、输入角度编码器组件、减速器支架组件、输出角度编码器组件、输出扭矩传感器组件、加载支撑组件。

所述减速器支架组件固定在大理石基座22上，其他六组组件分为输入和输出两部分，分别安装在两个独立的可进行一维移动的输入端滑板26和输出端滑板24上，两个滑板分别安装在减速器支架组件左右两端的输入端滑板直线导轨25和输出端滑板导轨23上，可沿直线导轨在X轴上进行独立的轴向运动，各滑板均设有锁紧固定装置。

所述输入电机组件包括驱动伺服电机19、驱动电机支架18；所述输入扭矩传感器组件包括输入扭矩传感器16、输入扭矩传感器支架20；所述输入角度编码器组件包括输入角度编码器支架14、输入角度编码器端盖13、输入角度编码器33。上述组件组成试验台的输入部分。

所述加载支撑组件包括加载伺服电机1、陪测行星减速器2、加载电机支架3；所述输出扭矩传感器组件包括输出扭矩传感器5、输出扭矩传感器支架21；所述输出角度编码器组件包括输出角度编码器支架7、输出角度编码器端盖8、输出角度编码器32。上述组件组成试验台的输出部分。

所述减速器支架组件包括输入固定器11、被测减速器34、减速器安装支架10。

从右至左为输入端至输出端，装置按下述方式连接，驱动伺服电机19安装在驱动电机支架18上，输入扭矩传感器16安装在输入扭矩传感器支架20上且两端分别通过第一小扭矩联轴器17和第二小扭矩联轴器15连接驱动伺服电机19和输入角度编码器33。输入角度编码器33安装在输入角度编码器支架14上，用输入角度编码器端盖13进行保护，通过减速器输入轴连接被测减速器34。被测减速器34安装在减速器安装支架10上，根据需求安装输入固定器11固定输入端，通过减速器输出轴9连接输出角度编码器32。输出角度编码器32安装在输出角度编码器支架7上，用输出角度编码器端盖8进行保护，通过第二大扭矩联轴器6连接输出扭矩传感器5。输出扭矩传感器5安装在输出扭矩传感器支架21上，通过第一大扭矩联轴器4连接陪测行星减速器2。加载伺服电机1和陪测行星减速器2安装在加载电机支架3上。

更进一步，所述直线导轨分两组安装在大理石基座上，两组一维移动滑板均可沿直线导轨进行独立的沿X轴轴向运动，同时两组滑块上都装有锁紧器28和30，在试验时用于锁紧各滑板。

更进一步，一维移动滑板分别通过手轮27和29驱动齿轮与齿条啮合，进而驱动滑板进行沿X轴轴向运动。

更进一步，试验台模块设计、测试方法符合最新国家标准《机器人用精密齿轮传动装置试验方法》的要求

更进一步，本试验系统可以通过一次性减速器工装，实现被测减速器所有关键指标的综合性能检测。

更进一步，被测减速器通过连接定位套安装在减速器精密安装支架上，可通过定制不同的连接定位套实现多种型号的谐波减速器测量。

更进一步，驱动电机支架、输入扭矩传感器支架、输入光栅支架、输出光栅支架、输出扭矩传感器支架、加载电机支架、减速器安装支架均为L型支架。

更进一步，试验台使用大扭矩联轴器、小扭矩联轴器均为膜片式联轴器。

更进一步，试验台所使用的扭矩传感器均为轴式应变式扭矩传感器。

更进一步，输入端固定方式采用输入固定器固定减速器输入轴，减速器输入轴连接被测减速器，由此固定被测减速器的输入端。

更进一步，所述输入角度编码器、输出角度编码器均采用双读数头结构。

更进一步，通过行星减速器增大加载伺服电机的输出扭矩，满足使用加载伺服电机加载时，减速器速比高输出扭矩大的需要。

更进一步，所述输出端加载方式采用伺服电机主动加载，同时加载伺服电机可在特定测量项目下作为驱动电机使用。

更进一步，各个旋转轴部件均安装保护罩进行保护。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：试验台模块设计、测试方法符合最新国家标准报批稿《机器人用精密齿轮传动装置试验方法》的要求，符合传动误差、回差、扭转刚度、背隙、空载摩擦转矩、正向启动转矩、反向启动转矩以及传动效率等测量项目的需要，且采用两组独立式滑板结构，使各组件可自由连接、脱开，滑板驱动装置简单，锁紧装置可靠。通过定制不同规格连接定位套可对多种型号谐波减速器进行测量。本装置操作简单，测量精度高。

附图说明：

图1为谐波减速器综合性能试验台主视图。

图2为谐波减速器综合性能试验台滑板示意图。

图3为谐波减速器综合性能试验台测量原理图。

图4为谐波减速器综合性能试验台的机械结构总图(不带保护罩)。

图5为谐波减速器综合性能试验台的机械结构总图(带保护罩)。

图中：

1、加载伺服电机； 2、陪测行星减速器；

3、输出电机支架； 4、第一大扭矩联轴器；

5、输出扭矩传感器； 6、第二大扭矩联轴器；

7、输出角度编码器支架； 8、输出角度编码器端盖；

9、减速器输出轴； 10、减速器安装支架；

11、输入固定器； 12、减速器输入轴；

13、输入角度编码器端盖； 14、输入光栅支架；

15、第二小扭矩联轴器； 16、输入扭矩传感器；

17、第一小扭矩联轴器； 18、驱动电机支架；

19、驱动伺服电机； 20、输入扭矩传感器支架；

21、输出扭矩传感器支架； 22、大理石基座；

23、输出端滑板导轨； 24、输出端滑板；

25、输入端滑板导轨； 26、输入端滑板；

27、输入端滑板手轮； 28、输入端滑板锁紧器；

29、输出端滑板手轮； 30、输出端滑板锁紧器；

31、保护罩导轨； 32、输出角度编码器；

33、输入角度编码器； 34、被测减速器；

35、细分器； 36、数据采集卡；

37、工控机； 38、电机驱动器；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行进一步说明：

如图1所示，从右至左为输入端至输出端，装置按下述方式连接，驱动伺服电机19安装在驱动电机支架18上，输入扭矩传感器16安装在输入扭矩传感器支架20上且两端分别通过第一小扭矩联轴器17和第二小扭矩联轴器15连接驱动伺服电机19和输入角度编码器33。输入角度编码器33安装在输入角度编码器支架14上，用输入角度编码器端盖13进行保护，通过减速器输入轴连接被测减速器34。被测减速器34安装在减速器安装支架10上，根据需求安装输入固定器11固定输入端，通过减速器输出轴9连接输出角度编码器32。输出角度编码器32安装在输出角度编码器支架7上，用输出角度编码器端盖8进行保护，通过第二大扭矩联轴器6连接输出扭矩传感器5。输出扭矩传感器5安装在输出扭矩传感器支架21上，通过第一大扭矩联轴器4连接陪测行星减速器2。加载伺服电机1和陪测行星减速器2安装在加载电机支架3上。

如图2所示，输出端滑板24经滑块安装在输出端滑板导轨23上，输出端滑板手轮29转动驱动齿轮齿条啮合，实现输出端滑板24在X轴轴向运动。可利用输出端滑板锁紧装置30锁紧滑板防止其运动。输入端滑板26驱动原理与输出端滑板24相同。

如图3所示，输入角度编码器33、输出角度编码器32分别由各自双读数头采集转角信号，通过细分器35至数据采集卡36。工控机37采集数据采集卡信号以及从输入扭矩传感器16、输出扭矩传感器5的扭矩信号。工控机37通过电机控制器38、电机驱动器39控制加载伺服电机1、驱动伺服电机19运转工作。

Claims

1.一种谐波减速器综合性能试验台，其特征在于：试验台的机械部分从右至左连接顺序依次为输入电机组件、输入扭矩传感器组件、输入角度编码器组件、减速器支架组件、输出角度编码器组件、输出扭矩传感器组件、加载支撑组件；

减速器支架组件固定在大理石基座上，其他六组组件分为输入和输出两部分，分别安装在两个独立的可进行一维移动的输入端滑板和输出端滑板上，两个滑板分别安装在减速器支架组件左右两端的输入端滑板直线导轨和输出端滑板导轨上，沿直线导轨在X轴上进行独立的轴向运动，各滑板均设有锁紧固定装置；

输入电机组件包括驱动伺服电机、驱动电机支架；输入扭矩传感器组件包括输入扭矩传感器、输入扭矩传感器支架；输入角度编码器组件包括输入角度编码器支架、输入角度编码器端盖、输入角度编码器；加载支撑组件包括加载伺服电机、陪测行星减速器、加载电机支架；输出扭矩传感器组件包括输出扭矩传感器、输出扭矩传感器支架；输出角度编码器组件包括输出角度编码器支架、输出角度编码器端盖、输出角度编码器；减速器支架组件包括输入固定器、被测减速器、减速器安装支架；

从右至左为输入端至输出端，驱动伺服电机安装在驱动电机支架上，输入扭矩传感器安装在输入扭矩传感器支架上且两端分别通过第一小扭矩联轴器和第二小扭矩联轴器连接驱动伺服电机和输入角度编码器；输入角度编码器安装在输入角度编码器支架上，用输入角度编码器端盖进行保护，通过减速器输入轴连接被测减速器；被测减速器安装在减速器安装支架上，根据需求安装输入固定器固定输入端，通过减速器输出轴连接输出角度编码器；输出角度编码器安装在输出角度编码器支架上，用输出角度编码器端盖进行保护，通过第二大扭矩联轴器连接输出扭矩传感器；输出扭矩传感器安装在输出扭矩传感器支架上，通过第一大扭矩联轴器连接陪测行星减速器；加载伺服电机和陪测行星减速器安装在加载电机支架上。

2.根据权利要求1所述一种谐波减速器综合性能试验台，其特征在于直线导轨分两组安装在大理石基座上，两组一维移动滑板均可沿直线导轨进行独立的沿X轴轴向运动，同时两组滑块上都装有锁紧器，在试验时用于锁紧各滑板。

3.根据权利要求1所述一种谐波减速器综合性能试验台，其特征在于：试验系统通过一次性减速器工装，实现被测减速器所有关键指标的综合性能检测。

4.根据权利要求1所述一种谐波减速器综合性能试验台，其特征在于：被测减速器通过连接定位套安装在减速器精密安装支架上，通过定制不同的连接定位套实现多种型号的精密减速器测量。