CN112504670B - 一种rv减速器精度保持性和疲劳寿命测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种RV减速器精度保持性和疲劳寿命测试装置，该装置包括工作台、安装支架底座、安装支架上压板、伺服电机、安装固定盘、待测RV减速器、温度传感器、伸出臂、模拟摆臂、2个配重块即第一第二配重块、第一位移传感器、传感器支架、传感器保护架、检测棒和第二位移传感器。该装置利用模拟摆臂末端的配重块，为RV减速器同时施加可变的负载扭矩和负载弯矩。第一位移传感器置于配重块下方，用以检测RV减速器的定位精度和重复定位精度。第二位移传感器置于检测棒下方，用以检测RV减速器的弯曲刚度。经过规定时间的运行，检测RV减速器的精度保持性、疲劳寿命及磨损规律。本发明为RV减速器磨损规律和加速寿命的理论研究提供试验基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测RV减速器定位精度、弯曲刚度和疲劳寿命的装置及方法，特点在于同时检测RV减速器的精度保持性和弯曲刚度，属于工业机器人领域。
背景技术
RV减速器属于工业机器人关节的关键功能部件，由于国内RV减速器精度保持性、刚性及疲劳寿命等指标与国外产品存在较大差距，造成国内RV减速器长期依赖于国外进口。RV减速器精度保持性和疲劳寿命测试装置的开发是开展疲劳寿命理论研究的基础，因此，该测试装置的开发对于提升国产RV减速器的精度保持性、刚性和疲劳寿命具有重要意义。
工业机器人在运转过程中，RV减速器既承受负载扭矩又承受负载弯矩，但是现有RV减速器疲劳寿命试验台的加载方式仅能单一施加负载扭矩或负载弯矩，不能同时施加负载扭矩和负载弯矩。因而，为了系统研究RV减速器在真实运行条件下的疲劳寿命，需要一种既可以施加负载扭矩又可以施加负载弯矩的RV减速器疲劳寿命试验台。
精度保持性是评价RV减速器品质的关键指标，但是目前尚无RV减速器精度保持性测试平台。为满足RV减速器的实际工作需要，试验平台需同时检测RV减速器的定位精度和重复定位精度，并保证RV减速器同时受到负载扭矩和负载弯矩的作用。此外，弯曲刚度是评价RV减速器的另一重要指标，需要一套模拟工业机器人RV减速器实际工况，并能检测RV减速器弯曲刚度和全寿命周期内磨损规律的试验装置与方法。
额定工况下，RV减速器的疲劳寿命一般需要6000小时，在不改变失效机理和失效模式的前提下，为了缩短试验时间，并获得可靠的试验数据，需采用比正常工况更加严酷的加速寿命条件，需要一套速度、负载条件可随时增加的RV减速器加速寿命试验装置和方法。
发明内容
本发明的目的是开发一种检测RV减速器定位精度、弯曲刚度和疲劳寿命的装置及方法。为满足RV减速器的实际工况，开发可以同时施加负载扭矩和负载弯矩的试验装置。本装置的开发是为实时检测RV减速器运行过程中的定位精度、重复定位精度和弯曲刚度，分析RV减速器全寿命周期的磨损规律，测试RV减速器的疲劳寿命，研究RV减速器加速疲劳寿命计算方法。本发明为RV减速器精度保持性、刚性和疲劳寿命提供可靠的检测手段和方法。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。一种RV减速器精度保持性和疲劳寿命测试装置，其特征在于：包括工作台(1)、安装支架底座(2)、安装支架上压板(3)、伺服电机(4)、安装固定盘(5)、待测RV减速器(6)、温度传感器(7)、伸出臂(8)、模拟摆臂(9)、2个配重块即第一配重块(10)和第二配重块(10′)、第一位移传感器(11)、传感器支架(12)、传感器保护架(13)、检测棒(14)和第二位移传感器(15)。
安装固定盘(5)用以固定待测RV减速器(6)与伺服电机(4)。安装固定盘(5)两侧开有螺纹孔，安装固定盘(5)一侧通过螺纹孔与伺服电机(4)固连，安装固定盘(5)另一侧通过螺纹孔与待测RV减速器(6)的针齿壳固连。安装固定盘(5)中部开有通孔，伺服电机(4)的输出轴穿入通孔与待测RV减速器(6)的输入轴通过键连接。在试验过程中，仅需更换安装固定盘(5)即可满足不同型号RV减速器的检测。
安装支架底座(2)通过螺栓连接紧固于工作台(1)上，安装支架底座(2)与安装支架上压板(3)通过螺栓连接，形成安装支架。安装固定盘(5)装入安装支架内部，采用过盈配合。安装支架上压板(3)与安装固定盘(5)都开有定位孔，安装支架上压板(3)与安装固定盘(5)通过定位孔采用螺纹紧固，可将伺服电机(4)和待测RV减速器(6)安装于同一支架。
待测RV减速器(6)的输出行星架与伸出臂(8)通过螺栓固连，同时保证两者的回转轴同轴。伸出臂(8)与模拟摆臂(9)垂直布置，并通过螺栓固连。伺服电机(4)驱动待测RV减速器(6)转动，待测RV减速器(6)的输出行星架带动伸出臂(8)和模拟摆臂(9)往复摆动。模拟摆臂(9)的末端装有两个配重块，即第一配重块(10)和第二配重块(10＇)，第一配重块(10)与第二配重块(10＇)分别置于模拟摆臂(9)的两侧，第一配重块(10)和第二配重块(10＇)随模拟摆臂(9)往复摆动，为待测RV减速器(6)同时施加可变的负载扭矩和负载弯矩。
第一配重块(10)的正下方放置第一位移传感器(11)，第二配重块(10＇)的正下方放置传感器保护架(13)，用以保护第一位移传感器(11)。第一配重块(10)随模拟摆臂(9)往复摆动的过程中，第一位移传感器(11)测量第一配重块(10)摆动到最低点的位置信息，经过待测RV减速器(6)全寿命周期的运行，实时检测待测RV减速器(6)的定位精度、重复定位精度及磨损情况，进而通过数值拟合算法，确定待测RV减速器(6)的精度保持性和疲劳寿命。
在远离待测RV减速器(6)一侧，伸出臂(8)上装有检测棒(14)，同时保证伸出臂(8)的轴线与检测棒(14)的轴线共线。在检测棒(14)的正下方放置第二位移传感器(15)，用以测量检测棒(14)所在高度，进而确定待测RV减速器(6)输出行星架在不同转动位置和不同负载作用下的倾覆角度。经过规定时间的运行，实时检测待测RV减速器(6)的弯曲刚度及倾覆方向的磨损情况，进而研究待测RV减速器(6)沿倾覆方向的磨损规律。
增加伺服电机(4)的工作转速；或者增加第一配重块(10)和第二配重块(10＇)配重，用以增加负载扭矩和负载弯矩，检测RV减速器在更加严苛试验条件下的精度保持性和疲劳寿命，开展RV减速器的加速寿命试验。温度传感器(7)固定于待测RV减速器(6)的针齿壳上，监测RV减速器的运行温度，用以确定试验条件的可行性和试验数据的有效性。
本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种RV减速器精度保持性和疲劳寿命测试装置，可在RV减速器运转过程中，同时施加负载扭矩和负载弯矩，且负载扭矩随输出行星架不同转角位置动态变化，符合工业机器人RV减速器的实际应用条件。该方法更为方便、快捷、实用，为制造厂商提供了检测RV减速器定位精度、弯曲刚度和疲劳寿命的装置及方法。
(2)在对RV减速器未施加负载弯矩和施加负载弯矩两种条件下，分别采集检测棒的位置信息，通过对比检测棒的高度差，即可快速确定RV减速器输出行星架的倾覆角度和弯曲刚度。本发明还可以在RV减速器运转过程中，实时测量RV减速器输出行星架在不同转角位置的倾覆角度。本发明还可通过增加位移传感器沿输出轴的轴向距离，提高检测精度。
(3)本发明提供了综合、全面、满足实际工况的检测方法，既可检测RV减速器的定位精度、重复定位精度和精度保持性，还可检测RV减速器实时运转中的倾覆角度和弯曲刚度。本发明还可以测试RV减速器的精度保持性，以及沿摆动方向和倾覆方向的磨损规律。
(4)本发明通过增加配重块的配重，可同时增加负载扭矩和负载弯矩，并增加伺服电机工作转速，开展RV减速器加速疲劳寿命试验。为方便更换不同型号的RV减速器开展试验，设计了安装固定盘，可将伺服电机和待测RV减速器安装于同一支架。同时，电机输出轴与RV减速器输入轴直接通过键连接，缩小了电机与减速器的安装空间。因此，本发明可满足RV减速器的真实运转工况，又可方便、快捷地调整检测试验条件。
(5)本发明安装方便，结构简单，试验条件调整快捷，符合实际工况，可应用于各类精密减速器，开展性能测试和疲劳寿命试验。
附图说明
图1是RV减速器精度保持性和疲劳寿命测试装置的第一视图。
图2是RV减速器精度保持性和疲劳寿命测试装置的第二视图。
图3是安装支架与安装固定盘的装配爆炸图。
附图中标记含义如下：工作台1、安装支架底座2、安装支架上压板3、伺服电机4、安装固定盘5、待测RV减速器6、温度传感器7、伸出臂8、模拟摆臂9、2个配重块即第一配重块(10)和第二配重块(10′)、第一位移传感器11、传感器支架12、传感器保护架13、检测棒14和第二位移传感器15。图2所示的圆弧双箭头代表待测RV减速器的倾覆方向。
具体实施方式
以下结合测试装置的组成及装配示意图对测试装置的工作原理和检测方法作进一步的详细说明。
本测试装置发明的目的是开发一种同时检测RV减速器定位精度、弯曲刚度和疲劳寿命的装置及方法。如图1和图2所示，本装置包括工作台(1)、安装支架底座(2)、安装支架上压板(3)、伺服电机(4)、安装固定盘(5)、待测RV减速器(6)、温度传感器(7)、伸出臂(8)、模拟摆臂(9)、2个配重块即第一配重块(10)和第二配重块(10′)、第一位移传感器(11)、传感器支架(12)、传感器保护架(13)、检测棒(14)和第二位移传感器(15)。
所述安装支架底座(2)通过螺栓连接紧固于工作台(1)上，所述的安装支架底座(2)与安装支架上压板(3)通过螺栓连接，形成安装支架。安装固定盘(5)装入安装支架内部，采用过盈配合。安装支架上压板(3)与安装固定盘(5)都开有定位孔，安装支架上压板(3)与安装固定盘(5)通过定位孔采用螺纹紧固。
如图3所示，安装固定盘(5)用以将待测RV减速器(6)与伺服电机(4)固定于同一安装支架上，而非传统布置方式中需将两者分别固定于两个支架上。安装固定盘(5)两侧开有螺纹孔，安装固定盘(5)一侧通过螺纹孔与伺服电机(4)固连，安装固定盘(5)另一侧通过螺纹孔与待测RV减速器(6)的针齿壳固连。安装固定盘(5)中部开有通孔，伺服电机(4)的输出轴穿入通孔与待测RV减速器(6)输入轴通过键连接，避免了采用联轴器这一传统连接方式所造成的轴线偏差与精度损失，本连接方式也缩小了电机与减速器的安装空间。在试验过程中，仅需更换安装固定盘(5)即可满足不同型号RV减速器的检测，因此，本发明便于更换不同类型的检测试件。
待测RV减速器(6)的输出行星架与伸出臂(8)通过螺栓固连，同时保证两者的回转轴同轴。伸出臂(8)与模拟摆臂(9)垂直布置，并通过螺栓固连。模拟摆臂(9)的末端装有两个配重块，即第一配重块(10)和第二配重块(10＇)，第一配重块(10)和第二配重块(10＇)分别置于模拟摆臂(9)的两侧。在远离待测RV减速器(6)一侧，伸出臂(8)上装有检测棒(14)，同时保证伸出臂(8)的轴线与检测棒(14)的轴线共线。
在工作的过程中，伺服电机(4)驱动待测RV减速器(6)转动，待测RV减速器(6)的输出行星架带动伸出臂(8)、模拟摆臂(9)和检测棒(14)进行正、反向180°的往复摆动。第一配重块(10)和第二配重块(10＇)随模拟摆臂(9)往复摆动，为待测RV减速器(6)同时施加负载扭矩和负载弯矩。显然，第一配重块(10)和第二配重块(10＇)施加于待测RV减速器(6)的负载扭矩随RV减速器输出行星架转动位置的变化而不断变化。因此，本发明的加载方式符合工业机器人RV减速器的实际应用工况。增加第一配重块(10)和第二配重块(10＇)配重，即可增加待测RV减速器(6)的负载扭矩和负载弯矩，结构简单、操作方便、节省空间。
第一配重块(10)的正下方放置第一位移传感器(11)，第二配重块(10＇)的正下方放置传感器保护架(13)，调节传感器保护架(13)的螺栓高度，使其高于第一位移传感器(11)，用以保护第一位移传感器(11)。第一配重块(10)和第二配重块(10＇)随模拟摆臂(9)往复摆动的过程中，第一位移传感器(11)测量第一配重块(10)往复摆动到最低点的位置信息，从而测得RV减速器的定位精度和重复定位精度。经过待测RV减速器(6)全寿命周期的运行，实时检测待测RV减速器(6)的磨损情况，为研究RV减速器的磨损规律提供试验基础。通过对大批量检测数据的分析处理，测得待测RV减速器(6)的精度保持性和疲劳寿命。
在检测棒(14)的正下方放置第二位移传感器(15)，用以测量检测棒(14)所在高度。首先在未安装配重块的条件下，测量检测棒(14)所在高度。然后，装入第一配重块(10)和第二配重块(10＇)，测量检测棒(14)所在高度，通过两者差值计算待测RV减速器(6)输出行星架的倾覆角度，进而确定待测RV减速器(6)的弯曲刚度。通过增加第二位移传感器(15)与待测RV减速器(6)输出行星架的距离，提高RV减速器弯曲刚度的检测精度。本测试方法还可以确定待测RV减速器(6)输出行星架在不同转动位置和不同负载作用下的倾覆角度。经过规定时间的运行，实时检测待测RV减速器(6)的弯曲刚度及倾覆方向的磨损情况，掌握RV减速器的磨损规律。温度传感器(7)固定于待测RV减速器(6)的针齿壳上，监测RV减速器的运行温度，用以确定试验条件的可行性和试验数据的有效性。当温度传感器(7)检测的温度异常，应停止试验，防止意外发生。
在不改变失效机理和失效模式的条件下，增加伺服电机(4)的工作转速，增加第一配重块(10)和第二配重块(10＇)配重，用以增加负载扭矩和负载弯矩，通过采用更加严苛的试验条件，加快待测RV减速器(6)各零件的磨损，检测RV减速器的精度保持性和疲劳寿命，为开展加速寿命理论研究提供试验基础。
Claims (4)
1.一种RV减速器精度保持性和疲劳寿命测试装置，其特征在于：包括工作台(1)、安装支架底座(2)、安装支架上压板(3)、伺服电机(4)、安装固定盘(5)、待测RV减速器(6)、温度传感器(7)、伸出臂(8)、模拟摆臂(9)、2个配重块即第一配重块(10)和第二配重块(10′)、第一位移传感器(11)、传感器支架(12)、传感器保护架(13)、检测棒(14)和第二位移传感器(15)；
安装固定盘(5)用以固定待测RV减速器(6)与伺服电机(4)；安装固定盘(5)两侧开有螺纹孔，安装固定盘(5)一侧与伺服电机(4)通过螺栓连接，安装固定盘(5)另一侧与待测RV减速器(6)的针齿壳通过螺栓连接；安装固定盘(5)中部开有通孔，伺服电机(4)的输出轴穿入通孔与待测RV减速器(6)的输入轴通过键连接；
所述安装支架底座(2)通过螺栓连接紧固于工作台(1)上，所述的安装支架底座(2)与安装支架上压板(3)通过螺栓连接，形成安装支架；安装支架与安装固定盘(5)采用过盈配合，安装支架上压板(3)与安装固定盘(5)均开有定位孔，安装支架上压板(3)与安装固定盘(5)通过定位孔采用螺纹紧固，可将伺服电机(4)和待测RV减速器(6)安装于同一支架；
模拟摆臂(9)的末端装有两个配重块，即第一配重块(10)和第二配重块(10＇)，第一配重块(10)和第二配重块(10＇)分别置于模拟摆臂(9)的两侧，并与模拟摆臂(9)通过螺栓固连，为待测RV减速器(6)同时施加可变的负载扭矩和负载弯矩；第一位移传感器(11)与传感器支架(12)采用螺栓连接，位于模拟摆臂(9)的第一配重块(10)的正下方；传感器保护架(13)位于模拟摆臂(9)的第二配重块(10＇)的正下方，用以保护第一位移传感器(11)；
伸出臂(8)与检测棒(14)通过螺栓固连，并保证伸出臂(8)的轴线与检测棒(14)的轴线共线；在检测棒(14)的正下方放置第二位移传感器(15)；伸出臂(8)与待测RV减速器(6)的输出行星架通过螺栓固连，并保证伸出臂(8)轴线与待测RV减速器(6)输出行星架的回转轴同轴；伸出臂(8)与模拟摆臂(9)垂直布置，并通过螺栓固连。
2.应用权利要求1所述的一种RV减速器精度保持性和疲劳寿命测试装置的方法，其特征在于：伺服电机(4)驱动待测RV减速器(6)转动，待测RV减速器(6)的输出行星架带动伸出臂(8)和模拟摆臂(9)往复摆动；第一位移传感器(11)用以测量第一配重块(10)往复摆动至最低点的位置信息，经过待测RV减速器(6)全寿命周期的运行，实时检测待测RV减速器(6)的定位精度、重复定位精度及磨损情况，进而通过数值拟合算法，确定待测RV减速器(6)的精度保持性和疲劳寿命；
第二位移传感器(15)用以测量检测棒(14)所在高度，进而确定待测RV减速器(6)输出行星架在不同转动位置和不同负载作用下的倾覆角度；经过规定时间的运行，实时检测待测RV减速器(6)的弯曲刚度及倾覆方向的磨损情况。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：增加伺服电机(4)的工作转速；
或者增加第一配重块(10)和第二配重块(10＇)配重，用以增加负载扭矩和负载弯矩，加快待测RV减速器(6)各零件的磨损，检测RV减速器在更加严苛试验条件下的精度保持性和疲劳寿命。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：在试验过程中，仅需更换安装固定盘(5)满足不同型号RV减速器的检测。
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