专利名称：伺服电机线性驱动动力学参数测试教学实验台的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种应用于本科以上工科学生关于机电一体伺服驱动系统的学习，开展实验教学活动的教学实验台，特别是应用于本科以上工科学生关于伺服电机线性驱动动力学参数测试的教学实验台，属于实验教学的改进方法及技术。
背景技术：
在机械装备当中，经常会运用到典型的机电 一体化线性驱动机构，即由旋转电机带动丝杠转动，然后由丝杠上的螺母带动工作台等执行机构做直线运动。在设计这种驱动系统时，很重要的一项工作是对执行件进行相关参数定量计算，也就是进行动力学设计。即根据被驱动的执行件质量，驱动的速度、加速度、所发生摩擦力大小、驱动力倾角等相关条件，通过计算选用匹配的步进电机或伺服电机。尽管伺服电机的主参数是功率，但在选择电机时还应考虑满足以下三项要
求，以使伺服电机的工作性能得到充分发挥
1、 执行件载荷转换到电机轴上的载荷惯量应与电机轴的转子惯量相匹配。通常执行件载荷惯量限制在电机转子惯量的2. 5倍之内。
2、 执行件快速加减速移动时，转换到电机上的惯性扭矩不得超过电机的最大输出扭矩。3、在正常切削状态下，工作阻抗负载转换到电机上的扭矩不得超过电机额定输出扭矩。
为巩固教学效果， 一般通过布置作业的方式，让学生根据上述三个要求完成设计计算过程，然后对答案进行点评。由于布置作业的题目单一，学生人数众多，题目所给定的计算条件往往针对全部同学，导致所得的结果完全一致，几乎不可避免学生对照答案，甚至相互抄袭，学生对这种学习方式感到枯燥乏味。
实用新型内容
本实用新型的目的在于考虑上述问题而提供一种能自主模拟不同惯性载荷、外部阻力、驱动力方向等工况情况下，进行动力学性能参数测量的伺服电机线性驱动动力学参数测试教学实验台。本实用新型能使学生通过动手实践理解如何模拟各种使用工况，对系统的设计计算结果进行验证，起到理论联系实际的效果。
本实用新型的技术方案是伺服电机线性驱动动力学参数测试教学实验台，包括有由滚珠丝杠、滚动导轨、工作台组成的单轴直线运动台架，在实验台控制系统作用下驱动工作台做伺服运动的伺服电机通过能实时测量电机的输出力矩电信号的扭矩传感器与丝杆连接，上述滚珠丝杠、滚动导轨、工作台、扭矩传感器、伺服电机均安装在可调倾角的底板上，且工作台上安装有载荷，工作台与能产生摩擦力、并能对工作台形成一个外部阻力的摩擦阻力器连接在一起。
上述可调倾角的底板的一端铰接在机架上，另一端通过倾角调节装置与机架连接。
上述倾角调节装置为能做伸缩或摆动运动的角度调节装置。
上述工作台上能安装质量大小不同的载荷。上述扭矩传感器测得的电信号通过信号采集卡、A/D转换器与实验台控制系统连接，实验台控制系统经数据处理得到与电机的输出力矩有关的动力学性能参数。
上述实验台控制系统经数据处理得到与电机的输出力矩有关的动力学性能参数能处理输出为时间一一力矩曲线。
本实用新型的实验台可以模拟某种机械设备的用途，调整设备机构在各种工作环境中的运动参数，学生根据变化的参数进行理论计算，然后在实验台上做相应工况的实验，将计算的理论结果与测试结果进行对比验证，可使学生感到计算的必要性和有效性。尤其适用于类似机床传动轴设计时，对电机的选型和校核验算。设备的参数可以有很多变化，因此理论计算的题目形式可以做到多种多样，但理论计算正确与否，由实验来检验，不需老师来做主观评判，既强化了教学效果，又减轻了实验教学负担。本实验台可供给学生进行自主动手实验，要求学生完成理论分析与实验验证的完整过程，激发学生学习理论知识，参与实验的兴趣。实验过程中涉及到数字控制技术和方法、测控技术等专业知识，对提高其他专业知识的教学效果也同样具有现实意义。本实用新型可用于《机械传动原理》、《机械装备设计》、《机电一体化系统设计》、《工程测试技术》、《数控原理》等专业课程教学当中，学生在完成理论计算分析后，能在实验台上自主的模拟不同惯性载荷、外部阻力、驱动力方向等工况情况下，进行动力学性能参数测量。学生通过动手实践理解如何模拟各种使用工况，对系统的设计计算结果进行验证，起到理论联系实际的效果。本实用新型是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的伺服电机线性驱动动力学参数测试教学实验台。
图l为本实用新型的结构示意图2为本实用新型测量数据釆集与处理的流程图。
具体实施方式
实施例
本实用新型的结构示意图如图1所示，伺服电机线性驱动动力学参数测试教学实验台，包括有由滚珠丝杠5A、滚动导轨5B、工作台5C组成的单轴直线运动台架5,在实验台控制系统作用下驱动工作台5C做伺服运动的伺服电机7通过能实时测量电机的输出力矩电信号的扭矩传感器6与丝杆5A连接，上述滚珠丝杠5A、滚动导轨5B、工作台5C、扭矩传感器6、伺服电机7均安装在可调倾角的底板1上,且工作台5C上安装有载荷4，工作台5C与能产生摩擦力、并能对工作台5C形成一个外部阻力的摩擦阻力器3连接在一起。
本实施例中，上述可调倾角的底板1的一端铰接在机架上，另一端通过倾角调节装置2与机架连接。
上述倾角调节装置2为能作伸缩运动的调节装置。上述倾角调
节装置2为包括有活塞及活塞缸的能作伸缩运动的调节装置。
本实施例中，上述工作台5C上能安装质量大小不同的载荷4。另外，上述扭矩传感器6测得的电信号通过信号采集卡21、 A/D
转换器22与实验台控制系统23连接，实验台控制系统23经数据处
理得到与电机的输出力矩有关的动力学性能参数。上述实验台控制系
统23经数据处理得到与电机的输出力矩有关的动力学性能参数能处
理输出为时间 一 一 力矩曲线。扭矩传感器6测得的电信号通过信号采
集卡21、 A/D转换器22送到实验台控制系统23,实验台控制系统23
经数据处理得到与电机的输出力矩有关的动力学性能参数，并通过软
件处理输出为时间一一力矩曲线。本实用新型可按如下步骤进行操作U)设计计算。首先假设机床某个方向的直线驱动，给定执行件的质量、驱动速度、加减速度、阻抗负载等，根据相关公式计算转换到电机轴上的功率、惯性矩、扭矩等动力参数。
(2) 实验设定。在本实验台上，模拟机床的工作状态，结合上
述理论值，加载一定的质量载荷、调节加减速度、调节工作台底板的倾斜角度、用摩擦阻力器施加阻抗负载等，使其符合设计给定的条件。
(3) 数据采集。实验初始状态设定完毕后，开始实验操作，进行实验数据的釆集，釆集的数据包括电机的输出扭矩，工作台的直线运动速度和加速度等。
(4) 分析处理。对实验过程中釆集到的数据，由专门编制的计算机软件进行分析处理，将结果处理输出为时间一一力矩曲线。
(5) 信息反馈。将实验得出的结果，与设计理论值对比，验证
通过设计计算环节电机的选型是否恰当，从而达到实验验证计算的目的。
权利要求1、一种伺服电机线性驱动动力学参数测试教学实验台，其特征在于包括有由滚珠丝杠(5A)、滚动导轨(5B)、工作台(5C)组成的单轴直线运动台架(5)，在实验台控制系统作用下驱动工作台(5C)做伺服运动的伺服电机(7)通过能实时测量电机的输出力矩电信号的扭矩传感器(6)与丝杆(5A)连接，上述滚珠丝杠(5A)、滚动导轨(5B)、工作台(5C)、扭矩传感器(6)、伺服电机(7)均安装在可调倾角的底板(1)上，且工作台(5C)上安装有载荷(4)，工作台(5C)与能产生摩擦力、并能对工作台(5C)形成一个外部阻力的摩擦阻力器(3)连接在一起。
2、 根据权利要求1所述的伺服电机线性驱动动力学参数测试教学实验台，其特征在于上述可调倾角的底板(1)的一端铰接在机架上，另一端通过倾角调节装置(2)与机架连接。
3、 根据权利要求1所述的伺服电机线性驱动动力学参数测试教学实验台，其特征在于上述倾角调节装置(2)为能做伸缩或摆动运动的角度调节装置。
4.
5、 根据权利要求1所述的伺服电机线性驱动的动力学参数测试教学实验台，其特征在于上述工作台(5C)上能安装质量大小不同的载荷(4)。
6、 根据权利要求1至5任一项所述的伺服电机线性驱动的动力学参数测试教学实验台，其特征在于上述扭矩传感器(6)测得的电信号通过信号采集卡(21 )、 A/D转换器(22 )与实验台控制系统(23 )连接，实验台控制系统(23 )经数据处理得到与电机的输出力矩有关的动力学性能参数。
7、 根据权利要求6所述的伺服电机线性驱动的动力学参数测试教学实验台，其特征在于上述实验台控制系统(23)经数据处理得到与电机的输出力矩有关的动力学性能参数能处理输出为时间一一力矩曲线。
专利摘要本实用新型是一种伺服电机线性驱动动力学参数测试教学实验台。包括有由滚珠丝杠(5A)、滚动导轨(5B)、工作台(5C)组成的单轴直线运动台架(5)，在实验台控制系统作用下驱动工作台(5C)做伺服运动的伺服电机(7)，能实时测量电机的输出力矩电信号的扭矩传感器(6)与丝杆(5A)连接，上述滚珠丝杠(5A)、滚动导轨(5B)、工作台(5C)、扭矩传感器(6)、伺服电机(7)均安装在可调倾角的底板(1)上，且工作台(5C)上安装有载荷(4)，工作台(5C)与能产生摩擦力、并能对工作台(5C)形成一个外部阻力的摩擦阻力器(3)连接在一起。本实用新型能自主模拟不同惯性载荷、外部阻力、驱动力方向等工况情况下，进行动力学性能参数测量。本实用新型能使学生通过动手实践，模拟电机系统的各种使用工况，对系统的设计计算结果进行验证，起到理论联系实际的效果。
文档编号G01L3/00GK201369116SQ20092005336
公开日2009年12月23日 申请日期2009年3月25日 优先权日2009年3月25日
发明者劳龙飞, 李锻能, 邢楚豪, 黄型钢 申请人:广东工业大学