CN207215074U - 一种行星减速器间隙动态特性的分析装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种行星减速器间隙动态特性的分析装置，用于辨识行星减速器动态间隙特性，包括自带编码盘的交流伺服电机、行星减速器、双向旋转阻尼器、联轴器及旋转编码盘，还包括交流电机伺服放大器，信号发生器，码盘计数解算卡和计算机，交流伺服电机以速度模式工作，信号发生器产生的信号经过电机伺服放大器后驱动电机正反向转动，记录电机端编码盘和减速器输出轴连接的编码盘信号，根据这两个编码器的信号，运行解算算法，得到行星减速器的动态间隙。
Description
技术领域
本实用新型涉及减速器传动特性分析技术领域，具体涉及一种行星减速器间隙动态特性的分析装置。
背景技术
在减速器家族中，行星减速器(planetary reducer)被广泛应用于航空航天，船舶，汽车，机器人等领域，因为其体积轻巧，结构比较紧凑，安装方便，减速范围广，传动效率高，回程间隙小，传动精度高，动态特性良好，使用寿命很长，额定输出扭矩可以做的很大等诸多优点。其作用就是在保证精密传动的前提下，主要被用来降低转速增大扭矩和降低负载/电机的转动惯量比。基于这些特点，行星减速器多数是安装在步进电机和伺服电机上，用来降低转速，提升扭矩，匹配惯量。
然而，行星减速器的反向间隙是比较关键的参数，直接影响到减速机的输出精度。实际传动运行中，间隙大小的实际表现形式：相互啮合的齿轮，当从一个旋转方向改变为相反旋转反向的时候，相互啮合的齿轮接触面脱开，主动轮啮合齿的另一面与从动轮的另一个相邻齿面开始接触，脱开和接触的过程中会有一个小的角度间隔。减速器的整体精度直接体现在减速机的反向间隙上：反向间隙越大，精度就越差。
反向间隙又称回程间隙，其定义为将输出端固定，输入端顺时针和逆时针方向旋转，使输出端产生额定扭矩的±2％扭矩时，减速机输入端有一个微小的角位移，此角位移即为回程间隙，也有人称之为背隙(英文backlash)。对于齿轮传动系统，无论是考虑润滑和安装因素，还是在使用过程磨损因素，导致存在齿侧间隙。
齿侧间隙属于强非线性因素。实际应用中，行星传动系统的齿侧间隙通常会对整个系统的动力性特性产生重大影响，由齿侧间隙引起的振动与噪声会严重影响传动系统的寿命和可靠性。所以，需要测量其间隙特性。
齿轮间隙测量的常用方法有塞规法测量反向间隙，咬铅条法测量反向间隙，但对于行星齿轮来说，一般都是闭式齿轮，这种测量方法无法方便应用。
实用新型内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本实用新型提供一种行星减速器间隙动态特性的分析装置。
本实用新型采用如下技术方案：
一种行星减速器间隙动态特性的分析装置，包括自带编码盘的交流伺服电机、行星减速器、双向旋转阻尼器、联轴器及旋转编码盘；
所述交流伺服电机的输出轴连接行星减速器，所述行星减速器的输出轴连接双向旋转阻尼器的转子，双向旋转阻尼器的定子安装在阻尼支架上，所述行星减速器的输出轴通过联轴器连接旋转编码盘；
还包括交流电机伺服放大器、计算机、信号发生器及码盘计数解算卡，所述计算机与信号发生器连接，信号发生器产生信号输出到交流电机伺服放大器、驱动交流伺服电机按输入的信号正转或反转旋转，所述旋转编码盘和交流伺服电机自带的编码盘与码盘计数解算卡连接，所述码盘计数解算卡与计算机连接。
所述交流伺服电机的工作模式设置为速度模式。
所述双向旋转阻尼器的阻尼转矩为行星减速器输出端额定扭矩的-10％～10％。
一种行星减速器间隙动态特性的分析装置的分析方法，包括如下步骤：
第一步调节双向旋转阻尼器的阻尼转矩为行星减速器输出端额定扭矩的分别为+2％和-2％附近范围；
第二步调节信号发生器产生方波信号，经过交流电机伺服放大器后驱动交流伺服电机，交流伺服电机的工作模式设置为速度模式，驱动交流伺服电机正反转转动；
第三步用交流伺服电机的编码器和旋转编码盘分别检测行星减速器输入端和输出端的转动角位移信号，经过码盘计数解算卡后输入到计算机进行处理；
第四步将两只码盘检测的信号，再结合行星减速器的减速比，经过运算后得到行星减速器的反向间隙。
所述方波信号为双极性。
本实用新型的有益效果：
(1)不需要专门购买的行星减速器间隙动态特性的分析装置，节省了装置成本和存放及维护的花费；
(2)该装置仅仅需要一个交流伺服电机系统，双向旋转阻尼器，足够分辨率码盘，码盘解算卡和计算机及信号发生器即可实现，装置简单，容易搭建；
(3)通过测量行星减速器输入端和输出端的角位移信号，只要激励信号的幅值有正负，使得电机驱动行星减速器有正反向转动，即可测量得到行星减速器的间隙。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种行星减速器间隙动态特性的分析装置，包括自带编码盘1的交流伺服电机2，行星减速器3、双向旋转阻尼器5、联轴器7及旋转编码盘8，所述交流伺服电机的输出轴连接行星减速器，所述行星减速器安装在行星减速器支架4上，所述行星减速器的输出轴连接双向旋转阻尼器的转子，旋转阻尼器的定子安装在阻尼器支架6上，所述行星减速器的输出轴还通过联轴器7连接一个旋转编码盘8。
还包括交流电机伺服放大器9、计算机11、信号发生器10及码盘计数解算卡12，所述计算机与信号发生器连接，信号发生器产生信号输出到交流电机伺服放大器，驱动交流伺服电机的转动，所述交流伺服电机的工作模式设置为速度模式，这样信号发生器驱动交流伺服电机按输入的信号正转或反转旋转，所述旋转编码盘和交流伺服电机自带的编码盘与码盘计数解算卡连接，所述码盘计数解算卡与计算机连接。
交流伺服电机2的法兰与行星减速器3的法兰通过螺钉连接；交流伺服电机2输出轴直接连接行星减速器3的输入轴，通过行星减速器输入轴孔的紧定螺钉抱紧；这样，电机的输出轴和减速器的输入轴直接就没有间隙的影响；因此，电机端的码盘检测的角位移就是行星减速器输入端角位移。
选择双向旋转阻尼器5的阻尼转矩为行星减速器3输出端额定扭矩的范围为-10％～10％；当行星减速器3输入端顺时针和逆时针方向旋转按一定的角速度时，能够使双向旋转阻尼器5产生行星减速器3额定扭矩分别为+2％和-2％附近范围的扭矩；通过码盘计数解算卡12记录交流伺服电机自带的编码盘1和旋转编码盘8的转动角位移信息；将这两只码盘记录的行星减速器3的输出端和输入端旋转角位移信号传给计算机11；通过运行相应的算法，得到行星减速器的动态间隙，即为回程间隙。
一种行星减速器间隙动态特性的分析装置的分析方法，包括如下步骤：
第一步调节双向旋转阻尼器的阻尼转矩为行星减速器输出端额定扭矩的分别为+2％和-2％附近范围；
第二步调节信号发生器产生方波信号，经过交流电机伺服放大器后驱动交流伺服电机，交流伺服电机的工作模式设置为速度模式，驱动交流伺服电机正反转转动；
第三步用交流伺服电机的编码器和旋转编码盘分别检测行星减速器输入端和输出端的转动角位移信号，经过码盘计数解算卡后输入到计算机进行处理；
第四步将两只码盘检测的信号，再结合行星减速器的减速比，经过运算后得到行星减速器的反向间隙，是反向间隙计算根据行星齿轮的输入端的角位移除以减速比后和输出端之间的角位移之差就可计算得到。
本实施例码盘计数解算卡12可选用深圳固高公司生产的型号为GTS-400-PGV的运动控制卡，其可控轴数为4轴，支持脉冲量输出或者模拟量输出。该运动控制卡通过PCI接口和计算机实现的数据传输。配合端子板能实现4路16位的D/A转换以及8路16位的A/D转换，以及增量式编码盘的解算。端子板由+24V直流电源供电。计算机11选用的CPU型号为core76650U2.2GHz，内存4G，主板中有PCI-e插槽，可以安装运动控制卡。信号发生器10可选用南京盛普SPF20型DDS数字合成函数/任意波信号发生器。
本实例中，交流伺服电机2和配套交流电机伺服放大器9：选用MITSUBISHI公司生产的型号为HC-KFS43的交流伺服电机，其功率为400W。伺服电机内部的增量式编码器用于检测电机输出轴的转角和转速。编码器的分辨率为40000脉冲/转，即0.009度每转。配套伺服驱动部分采用选用MITSUBISHI公司生产的型号为MR-J2S-40A的伺服驱动器；行星减速器3选用NIDEC-SHIMPO公司生产的型号为VRSF-25C-400的行星减速器。其减速比为25，给出的齿轮间隙为15角分。足够分辨率编码盘可很容易从市场上购买到足够分辨率的旋转编码盘。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种行星减速器间隙动态特性的分析装置，其特征在于，包括自带编码盘的交流伺服电机、行星减速器、双向旋转阻尼器、联轴器及旋转编码盘；
所述交流伺服电机的输出轴连接行星减速器，所述行星减速器的输出轴连接双向旋转阻尼器的转子，双向旋转阻尼器的定子安装在阻尼支架上，所述行星减速器的输出轴通过联轴器连接旋转编码盘；
还包括交流电机伺服放大器、计算机、信号发生器及码盘计数解算卡，所述计算机与信号发生器连接，信号发生器产生信号输出到交流电机伺服放大器，驱动交流伺服电机按输入的信号正转或反转旋转，所述旋转编码盘和交流伺服电机自带的编码盘与码盘计数解算卡连接，所述码盘计数解算卡与计算机连接。
2.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于，所述交流伺服电机的工作模式设置为速度模式。
3.根据权利要求1所述的分析装置，其特征在于，所述双向旋转阻尼器的阻尼转矩为行星减速器输出端额定扭矩的-10％～10％。
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| CN107345802A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-14 | 华南理工大学 | 一种行星减速器间隙动态特性的分析装置与方法 |
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