精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，包括机身、加载单元、测量单元和与机身配合设置并用于与被测减速器输入端连接将其锁紧的锁紧机构；通过加载单元可以在大于额定载荷扭矩范围内实现连续施加加载，通过扭矩传感器可以检测施加在被测减速器输出轴上的扭矩值，并且通过输出轴上的角度传感器检测输出轴的转角变化情况，从而计算得出被测减速器的扭转刚度及回差。
【专利说明】精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及精密齿轮传动性能测量【技术领域】，特别涉及一种精密行星减速器扭转 刚度及回差检测装置。
【背景技术】
[0002] 随着我国科技创新技术水平和科研实力的不断提高，各个行业对精密减速器的性 能提出了更高的要求。目前，以摆线精密行星传动机构为例，如新型摆线行星减速器、RV减 速器等，以其高精度，大速比，大扭矩等优点，而被广泛应用于工业机器人、航空航天、国防 军事、工业自动化等领域。摆线精密行星减速器的传动性能直接影响整个系统的性能，对其 扭转刚度及回差的检测至关重要。目前对摆线精密减速器的扭转刚度及回差测试及检测还 没有成套化的专用设备，一般方法是搭建或组合安装测试台，采取静态逐级施加外载荷的 方式。这种测试方式通常需要多次工装和调整来完成，设备精度有限，扭矩加载不具有连续 性，且重复性不能保证，调试时间长，可靠性差，机电一体化程度不足，测试效率低。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提供一种精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，使其可以 实现连续施加加载，并可快速检测施加在被测减速器输出轴上的扭矩值和转角变化，从而 提高测试效率。
[0004] 本发明的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，包括机身、加载单元、测量单 元和与机身配合设置并用于与被测减速器输入端连接将其锁紧的锁紧机构，加载单元包括 设置于机身内用于连续施加荷载的驱动电机和与驱动电机轴向传动配合的加载减速器；
[0005] 测量单元包括扭矩传感器和角度传感器，扭矩传感器一端面与加载减速器动力输 出端轴向连接，另一端面与被测减速器输出轴轴向传动配合，角度传感器外套固定设置于 被测减速器输出轴上并用于角度信号采集。
[0006] 进一步，驱动电机、加载减速器、扭矩传感器、角度传感器与被测减速器的回转中 心均设置在同一条偏差允许范围内的坚直轴心线上。
[0007] 进一步，驱动电机与所述加载减速器通过第一联轴器传动连接，加载减速器与扭 矩传感器通过第二联轴器轴向连接，扭矩传感器通过一传动组件与被测减速器输出轴传动 配合，传动组件包括法兰轴10和与法兰轴10的轴部通过渐开线花键连接的第三联轴器，法 兰轴10的法兰部与扭矩传感器上侧端面连接，第三联轴器与被测减速器输出轴传动配合。
[0008] 进一步，扭矩传感器与被测减速器之间还设置有一用于对法兰轴10定位支撑的 定位组件，定位组件包括滚动轴承套和滚动轴承，滚动轴承套安装于机身，滚动轴承与所述 法兰轴10在圆周方向固定配合后安装于滚动轴承套上。
[0009] 进一步，锁紧机构包括锁紧机构本体和锁紧螺钉，锁紧机构本体为凸形圆盘结构， 沿圆周方向设有与被测减速器机体上部配合的接口，锁紧机构本体设有与被测减速器输入 轴配合的中心孔，并通过锁紧螺钉将输入轴固定。
[0010] 进一步，一锁紧螺母与被测减速器输出轴上设置的外螺纹配合将角度传感器的转 子与被测减速器输出轴连接。
[0011] 进一步，检测装置还包括一用于安装被测减速器机体的安装环，机身的顶部设置 有用于安装所述安装环和角度传感器的安装接口 I，锁紧机构本体通过螺钉与安装环配合 设置。
[0012] 进一步，机身为一体铸造成型的坚直立体层次结构，自上而下还设置有用于安装 滚动轴承套的安装接口 II、用于安装驱动减速器的安装接口III和用于安装驱动电机的安装 接口IV，四个安装接口均同轴设置，每一安装接口处均形成水平面环形支撑，对应安装部件 均沿所述坚直轴心线垂直于水平面方向放入机身对应接口后形成定位安装，所有安装接口 由一次定位加工制成。
[0013] 进一步，第二联轴器为法兰盘式联轴器。
[0014] 进一步，测量单元还包括信号接收装置和信号处理终端，信号接收装置分别与扭 矩传感器和角度传感器相连，并将接收自扭矩传感器和角度传感器的信号传输至信号处理 终端进行处理。
[0015] 本发明的有益效果：本发明的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，采用了 整体式机身结构，通过加载单元可以在大于额定载荷扭矩范围内实现连续施加加载，通过 扭矩传感器可以检测施加在被测减速器输出轴上的扭矩值，并且通过输出轴上的角度传感 器检测输出轴的转角变化情况，从而计算得出被测减速器的扭转刚度及回差；通过该检测 装置施加载荷实现对待测减速器大扭矩、微小转角的检测得到的被测减速器扭转刚度及回 差比逐级加载状态下获得的减速器扭转刚度及回差更有实际意义，获得的扭转刚度与转角 曲线图形更加准确，还具有安装操作简便，测量精度高，稳定性好、检测效率高及机电一体 化程度高等特点，完全满足工业机器人、航空航天、国防军事、工业自动化领域对精密行星 减速器高精度、大扭矩、高可靠性特性的测试及检测要求。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
[0017] 图1为本发明的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置结构示意图；
[0018] 图2为本发明的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置结构爆炸图；
[0019] 图3为本发明的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置的机身的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020] 如图所示：本实施例的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，包括机身1、加 载单元、测量单元和与机身1配合设置并用于与被测减速器2输入端连接将其锁紧的锁紧 机构3,加载单元包括设置于机身1内用于连续施加荷载的驱动电机4和与驱动电机4轴向 传动配合的加载减速器5 ;
[0021] 测量单元包括扭矩传感器6和角度传感器7,扭矩传感器6 -端面与加载减速器5 动力输出端轴向连接，另一端面与被测减速器输出轴2a轴向传动配合，角度传感器7外套 固定设置于被测减速器2输出轴上并用于角度信号采集。
[0022] 其中，驱动电机4为伺服电机，扭矩传感器6为高精度数字式扭矩传感器6,角度传 感器7为高精度增量式角度编码器，机身1为整体式结构，机身1两侧为开放式结构，便于 检测设备的安装拆卸和维护；本检测装置采取被测减速器2输入端固定，输出端加载的方 式工作，加载单元的驱动电机4安装在机身1底部，加载减速器5通过驱动电机4带动运转 输出扭矩，扭矩传感器6安装在机身1上，位于加载减速器5与角度传感器7之间，以检测 被测减速器2受到的加载作用力，锁紧机构3与被测减速器2输入端配合连接，并与被测减 速器2 -起从机身1顶端向下安装于机身1上，通过弹性夹紧固定被测减速器2输入轴，以 反映输出轴的角度变化，另外，角度传感器7与被测减速器2输出轴固连，以检测被测减速 器2在受到加载扭矩作用下被测减速器2输出轴的转动角度。
[0023] 本实施例中，驱动电机4、加载减速器5、扭矩传感器6、角度传感器7与被测减速器 2的回转中心均设置在同一条偏差允许范围内的坚直轴心线上；保持各部件的高同轴性。
[0024] 本实施例中，驱动电机4与所述加载减速器5通过第一联轴器8传动连接，加载减 速器5与扭矩传感器6通过第二联轴器9轴向连接，扭矩传感器6通过一传动组件与被测 减速器2输出轴传动配合，传动组件包括法兰轴10和与法兰轴10的轴部通过渐开线花键 连接的第三联轴器11，法兰轴10的法兰部与扭矩传感器6上侧端面连接，第三联轴器11与 被测减速器2输出轴传动配合；如图所示，被测减速器2输出轴前端形成传动配合键结构， 该键结构与第三联轴器11端部设置的键槽配合进行传动连接，另外，由于设计了以渐开线 花键连接作为扭矩传感器6和被测减速器2之间的第三联轴器11，可以使扭矩传感器6与 被测减速器2之间成为活动连接，便于安装和拆迁，提高检测效率，同时避免了刚性或柔性 连接预紧力对被测减速器2输出轴造成的影响，提高了检测设备的可靠性。
[0025] 本实施例中，扭矩传感器6与被测减速器2之间还设置有一用于对法兰轴10定位 支撑的定位组件，定位组件包括滚动轴承套12和滚动轴承13,滚动轴承套12安装于机身 1，滚动轴承13与所述法兰轴10在圆周方向固定配合后安装于滚动轴承套12上。
[0026] 本实施例中，锁紧机构3包括锁紧机构本体14和锁紧螺钉，锁紧机构本体14为凸 形圆盘结构，沿圆周方向设有与被测减速器2机体上部配合的接口，锁紧机构本体14设有 与被测减速器2输入轴配合的中心孔，并通过锁紧螺钉将输入轴固定。
[0027] 本实施例中，一锁紧螺母15与被测减速器2输出轴上设置的外螺纹配合将角度传 感器7的转子与被测减速器2输出轴连接；该锁紧螺母通过螺纹旋进使角度传感器7与输 出轴连接紧固。
[0028] 本实施例中，检测装置还包括一用于安装被测减速器2机体的安装环16,机身1的 顶部设置有用于安装所述安装环16和角度传感器7的安装接口 I 17,锁紧机构本体14通 过螺钉与安装环16配合设置；安装环16通过轴孔配合在机身1上定位，并由螺钉固定于机 身1上；然后被测减速器2通过轴孔配合安装在安装环16上；接下来将锁紧机构与被测减 速器配合连接，并锁紧输入轴，最后通过螺钉将锁紧机构、被测减速器与安装环固定连接； 将被测减速器2与锁紧机构3采取同一定位基准，同一接口安装的方式，减小了由于被测减 速器2与锁紧机构3分别安装固定带来了相对转动误差。
[0029] 本实施例中，机身1为一体铸造成型的坚直立体层次结构，自上而下还设置有用 于安装滚动轴承套12的安装接口 II 18、用于安装驱动减速器的安装接口III 19和用于安装 驱动电机4的安装接口 IV 20,四个安装接口均同轴设置，每一安装接口处均形成水平面环 形支撑，对应安装部件均沿所述坚直轴心线垂直于水平面方向放入机身1对应接口后形成 定位安装，所有安装接口由一次定位加工制成；相比较与原有水平轴向安装方式，避免了因 重力、水平弯曲内力造成的安装坚板刚性不足的问题，检测装置整体刚性更加优越，稳定性 更换，另外，所有安装接口采取一次定位加工制成，保证了极高的同轴度和轴心线直线度。
[0030] 通过该机身结构，设计了角度传感器7和加载单元以并联的方式直接与被测减速 器2输出轴相连，角度传感器7采样信号直接测量被测减速器2输出轴的转角变化，同时降 低了对加载单元与被测减速器2之间连接的精度要求，对避免了间接测量引入的不稳定变 量，造成对角度信号采样数据产生的误差，便于对数据进行分析处理。
[0031] 本实施例中，第二联轴器9为法兰盘式联轴器；第二联轴器9包括轴向圆周配合的 上部91和下部92,其中下部和上部均自带法兰结构，下部上的法兰结构与加载减速器5的 动力输出轴上设置的法兰盘固定连接，同时动力输出轴内套设置在下部的轴部内，第二联 轴器9的上部的法兰结构与扭矩传感器6的下侧端面固定连接。
[0032] 本实施例中，测量单元还包括信号接收装置和信号处理终端，信号接收装置分别 与扭矩传感器6和角度传感器7相连，并将接收自扭矩传感器6和角度传感器7的信号传 输至信号处理终端进行处理。其中，信号处理终端为计算机，本发明检测装置实施例在使用 时，首先将被测减速器2与锁紧机构3安装于机身1上，固定被测减速器2输入端，再讲角 度传感器7通过锁紧螺母15拧紧，再连接第三联轴器11，通过计算机设定加载装置工作方 式，启动本检测装置，通过信号接收装置接收扭矩传感器6和角度传感器7的信号兵传输给 计算机进行处理，计算被测减速器2的扭转刚度及回差，并绘制转角扭矩曲线，生成减速器 刚度及回差数据文件，并打印检测结果。
[0033] 总而言之，根据本发明的实施例的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置检测 得到的精密摆线减速器扭转刚度及回差更有实际意义，合理的减小了原有装置测量不足之 处造成的系统误差与随机误差，更准确地反映了摆线减速器的刚度及回差特性，同时提高 了检测的效率，有利于实验研究和精密行星减速器的产业化发展。
[〇〇34] 最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较 佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技 术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本 发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1. 一种精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，其特征在于：包括机身、加载单元、 测量单元和与机身配合设置并用于与被测减速器输入端连接将其锁紧的锁紧机构，所述加 载单元包括设置于机身内用于连续施加荷载的驱动电机和与所述驱动电机轴向传动配合 的加载减速器； 所述测量单元包括扭矩传感器和角度传感器，所述扭矩传感器一端面与加载减速器动 力输出端轴向连接，另一端面与被测减速器输出轴轴向传动配合，所述角度传感器外套固 定设置于被测减速器输出轴上并用于角度信号采集。
2. 根据权利要求1所述的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，其特征在于：驱 动电机、加载减速器、扭矩传感器、角度传感器与被测减速器的回转中心均设置在同一条偏 差允许范围内的坚直轴心线上。
3. 根据权利要求2所述的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，其特征在于：所 述驱动电机与所述加载减速器通过第一联轴器传动连接，所述加载减速器与所述扭矩传感 器通过第二联轴器轴向连接，所述扭矩传感器通过一传动组件与被测减速器输出轴传动配 合，所述传动组件包括法兰轴10和与法兰轴10的轴部通过渐开线花键连接的第三联轴器， 所述法兰轴10的法兰部与扭矩传感器上侧端面连接，所述第三联轴器与被测减速器输出 轴传动配合。
4. 根据权利要求3所述的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，其特征在于：所 述扭矩传感器与所述被测减速器之间还设置有一用于对法兰轴10定位支撑的定位组件， 所述定位组件包括滚动轴承套和滚动轴承，所述滚动轴承套安装于机身，所述滚动轴承与 所述法兰轴10在圆周方向固定配合后安装于所述滚动轴承套上。
5. 根据权利要求4所述的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，其特征在于：所 述锁紧机构包括锁紧机构本体和锁紧螺钉，所述锁紧机构本体为凸形圆盘结构，沿圆周方 向设有与被测减速器机体上部配合的接口，所述锁紧机构本体设有与被测减速器输入轴配 合的中心孔，并通过锁紧螺钉将输入轴固定。
6. 根据权利要求5所述的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，其特征在于：一 锁紧螺母与被测减速器输出轴上设置的外螺纹配合将角度传感器的转子与被测减速器输 出轴连接。
7. 根据权利要求6所述的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，其特征在于：所 述检测装置还包括一用于安装被测减速器机体的安装环，所述机身的顶部设置有用于安装 所述安装环和所述角度传感器的安装接口 I，所述锁紧机构本体通过螺钉与所述安装环配 合设置。
8. 根据权利要求7所述的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，其特征在于：所 述机身为一体铸造成型的坚直立体层次结构，自上而下还设置有用于安装滚动轴承套的安 装接口 II、用于安装驱动减速器的安装接口III和用于安装驱动电机的安装接口 IV，四个安 装接口均同轴设置，每一安装接口处均形成水平面环形支撑，对应安装部件均沿所述坚直 轴心线垂直于水平面方向放入机身对应接口后形成定位安装，所有安装接口由一次定位加 工制成。
9. 根据权利要求8所述的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，其特征在于：所 述第二联轴器为法兰盘式联轴器。
10.根据权利要求9所述的精密行星减速器扭转刚度及回差检测装置，其特征在于：所 述测量单元还包括信号接收装置和信号处理终端，所述信号接收装置分别与扭矩传感器和 角度传感器相连，并将接收自扭矩传感器和角度传感器的信号传输至信号处理终端进行处 理。
【文档编号】G01M13/02GK104062121SQ201410333558
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月14日 优先权日:2014年7月14日
【发明者】陈兵奎, 彭昌琰, 李朝阳, 张玄, 李轩 申请人:重庆大学