一种高精度减速器用可重构静态性能实验台的制作方法

本发明涉及高精度减速器静态性能检测技术领域，特别涉及一种具有连续稳定加载的力臂增力加载机构的高刚度、可重构静态性能实验台。

背景技术：

高精度减速器的静态性能主要包括回差、扭转刚度、角度传递误差等指标。刚度实验的主要测试方法为固定待测减速器的输入轴，然后向输出轴加载，产生与转矩相应的扭曲，绘制出滞回曲线。刚度不足会产生较大的弹性回差，严重影响机器的正常运转，而减速器的空程回差值除了弹性回差值之外，还有一部分来自于输出轴各连接件间的侧隙。回差和扭转刚度都可以通过滞回曲线计算而得。

目前国内已有部分关于减速器静态性能的检测装置，但大多数输出端加载方式采用轮系加载或砝码加载，不论加载过程如何缓慢，都始终无法克服惯性冲击对数据的影响；部分采用伺服电机直接加载待测减速器输出端的方式，然而回差是通过待测减速器额定转矩±3％加载位置的转矩和转角值计算而来，通过伺服电机直接加载待测减速器输出端，由于伺服电机初始启动时平稳性较差，以及各连接件在加载过程中内应力的积累极易产生惯性冲击，往往难以保证±3％加载位置的精确测量；静态性能实验台的检测范围多是固定的，且大量程转矩传感器在转矩值较小时的检测精度较差，快速便捷且检测精度高的可重构静态性能实验台处于空缺状态。

技术实现要素：

为了弥补现有技术中的不足，本发明提供了一种高精度减速器用可重构静态性能实验台，输入端通过端盖刚性固定，输出端通过施力步进电机和力臂增力加载机构实现自始至终的连续稳定的加载，中间可重构多组不同量程的转矩传感器等检测装置，通过编程，可实现多组传感器数据的无缝衔接，以此检测高精度传感器的静态性能。

一种高精度减速器用可重构静态性能实验台，包括：施力步进电机(1)、力臂增力加载机构(2)、多组转矩检测模块(3)、秒级角度传感器(4)、待测减速器(5)以及端盖(6)、水平导轨台面(7)、基座(8)、第一活动支座(9)、第二活动支座(10)、导向杆(11)、固定支座(12)。

待测减速器(5)输入端通过端盖(6)刚性固定在第一活动支座(9)上，输出端与秒级角度传感器(4)和多组转矩检测模块(3)连接，最终与施力步进电机(1)驱动的力臂增力加载机构(2)连接，实现自始至终的连续稳定的加载。

施力步进电机(1)、多组转矩检测模块(3)、秒级角度传感器(4)均与工业控制计算机相连。

工业控制计算机内设数据采集卡可执行多通道同时采集，结构简单，自动化程度高。通过程序控制，在不同转矩加载阶段，调用量程相适应的转矩检测模块的数据，实时显示检测数据绘制滞回曲线并生成检测报告。

多组转矩检测模块(3)可拆卸安装在第二活动支座(10)和固定支座(12)之间，多组转矩检测模块(3)用于检测待测减速器(5)输出端转矩，秒级角度传感器(4)用于检测待测减速器(5)输出端转角。

多组转矩检测模块(3)是根据待测减速器(5)的性能要求，由多个不同量程的转矩检测模块串联而成，单个转矩检测模块是由单个转矩传感器(13)的两端连接单片止转法兰构成，不同转矩检测模块之间通过止转法兰(14)连接。将不同量程的转矩传感器模块化串联使用，拆装便捷，能够大大提高该实验台的适应范围，并且能够保证不同额定转矩减速器在各个转矩检测范围内的检测精度。

止转法兰采用半圆头楔键与转矩传感器轴相连，且采用四组销钉(15)360°将止转法兰与转矩传感器轴刚性固定。通过半圆头楔键与销钉固定锁死法兰，将止转法兰与转矩传感器紧固一体，能够有效避免传动过程中由于键连接以及螺栓连接间隙所产生的惯性冲击。

第一活动支座(9)、第二活动支座(10)和固定支座(12)安装于水平导轨台面(7)上，一对导向杆(11)穿过第一活动支座(9)、第二活动支座(10)和固定支座(12)以保证各部件的同轴度。

水平导轨台面(7)有多个t型卡槽，固定支座(12)固定在水平导轨台面(7)上，第一活动支座(9)和第二活动支座(10)在导向杆(11)的导向作用下，可在水平导轨台面(7)上稳定滑动，为多组转矩检测模块(3)的可重构提供自由组合的空间。

力臂增力加载机构(2)左右两端均由两根钢丝绳(19)固定在长力臂(17)端处，绕过长力臂(17)两端的多组滑轮(18)，通过橡胶减震弹簧(20)连接螺母丝杠(21)，其中螺母丝杠(21)选择单头螺纹，从动齿轮(22)与螺母丝杠(21)的螺母固定，螺母通过轴承固定于电机支架(24)上，通过从动齿轮(22)和驱动齿轮(23)啮合，螺母丝杠(21)的丝杠最终受施力步进电机(1)控制，可左右移动。采用双排钢丝绳(19)能够有效避免单钢丝绳在传动过程中可能存在左右摆动以影响传动稳定性问题。滑轮组的设计可以通过不断改变作用力的位置，有效的避免钢丝绳直接连接在长力臂端处的惯性冲击。通过钢丝绳(19)和橡胶减震弹簧(20)的不同柔性加载和卸载方式，使得力臂增力加载机构(2)在加载过程中避免了各连接件间以及施力步进电机(1)起步时的惯性冲击，最终带动长力臂(17)发生倾斜，在可重构静态性能实验台的中心轴上产生转矩，合理避免了电机起步时的不稳定加载影响。

长力臂(17)上还设有调平螺母组(16)，调平螺母组(16)是由不同厚度尺寸的螺母片组成，通过调整螺母片在长力臂(17)上的具体位置，辅助可重构静态性能实验台的零位校准。

秒级角度传感器(4)采用双读数头，对采集数据而言：实验台校验时，双读数头分别连接数字显示仪和工业控制计算机，通过对比二者的数据，用于调整程序的准确性，当随机检测多位置程序计算获得的测量值与数字显示仪上的值均保持在误差范围内时，即证明程序为准确的；在实验台检测时，双读数头同时连接工业控制计算机，通过相应计算机程序获得两读数头的数据，并通过逻辑计算提高采集数据的准确性。采用双读数头秒级角度传感器，对实验台检测而言：实验台校验时，双读数头分别连接数字显示仪和工业控制计算机，定期校验以保证实验台的长期稳定性；在实验台检测时，双读数头同时连接工业控制计算机，降低数据采集频率的误差，排除电磁干扰，进一步提高实验台的准确性。该校准方式可保证减速器静态实验对转角的高精度检测要求。

本发明提供的精密减速器静态性能检测实验台，静态性能检测实验流程：开启静态性能检测实验台，预启动使得实验台自动寻找零位，在软件界面输入相关设定值，启动电机控制，使力臂增力加载机构(2)先正向加载至待测减速器(5)额定转矩值+t，开始数据采集，反向加载至待测减速器(5)额定转矩值-t，继续正向加载至+t，结束数据采集和实时数据显示，实验台回归初始位置。将多组转矩检测模块(3)和秒级角度传感器(4)采集的数据进行整合运算和分析，显示该测试减速器(5)的刚度值、回差值、滞回曲线、角度传递误差等静态性能数据，并自动生成专业的静态性能实验报告。

本发明的有益效果在于：(1)将不同量程的转矩传感器模块化，通过不同转矩检测模块的串联组合，能够适应多种不同型号的不同额定转矩的待测减速器的性能检测要求。当待测减速器额定转矩较大时，采用不同量程的传感器读取不同加载阶段的转矩值，有效克服现有技术采用单一大量程传感器，在施加转矩较小时精度失准的问题。(2)采用的力臂增力加载机构，克服了现有技术由于电机直接连接减速器输出端导致的在待测减速器额定转矩±3％加载位置测量不准确的问题。其中包含不同柔性的连接件，可避免在加载过程中各连接件间以及施力步进电机起步时的惯性冲击，使待测减速器在测试初期的关键位置的转矩测量更加可靠。同时也避免了因刚性件过多导致连接件间的内应力难以释放而导致的实验空载时的零点漂移及在实验过程中数据的突跳。(3)采用止转法兰紧固连接可以极大避免因连接件间间隙使得扭转力积蓄到一定值，即力臂增力加载机构加载到一定转矩时，扭转件克服接触面的滑动摩擦力快速转过间隙时产生的惯性冲击，从而避免实验数据局部的阶梯型变化，保证最终的测试精度，且止转法兰可提供转矩传感器的便捷装卸，且安装稳定。(4)数据采集卡可执行多通道同时采集，结构简单，自动化程度高，且通过程序控制，实时显示检测数据并生成检测报告。通过程序控制，在不同转矩加载阶段，调用量程相适应的转矩检测模块的数据，实时显示检测数据，绘制滞回曲线并生成检测报告，保证转矩加载各个阶段数据测量的准确性。

附图说明

图1为本发明的高精度减速器用可重构静态性能实验台的正视图。

图2为本发明的高精度减速器用可重构静态性能实验台的左视图。

图3为本发明的高精度减速器用可重构静态性能实验台中力臂增力系统结构示意图。

图4为本发明的高精度减速器用可重构静态性能实验台中一组转矩检测模块结构示意图。

具体实施方式

结合附图对本发明的具体实施做进一步说明。

一种高精度减速器用可重构静态性能实验台，一种高精度减速器用可重构静态性能实验台，包括：施力步进电机(1)、力臂增力加载机构(2)、多组转矩检测模块(3)、秒级角度传感器(4)、待测减速器(5)以及端盖(6)水平导轨台面(7)、基座(8)、第一活动支座(9)、第二活动支座(10)、固定支座(12)。其特征在于：所述施力步进电机(1)与力臂增力加载机构(2)相连，可带动力臂增力加载机构(2)对实验台进行正向和负向加载，其信号端与驱动器相连，其启动、转向和转速最终由工业控制计算机控制。所述力臂增力加载机构(2)通过止转法兰(14)与多组转矩检测模块(3)、秒级角度传感器(4)待测减速器(5)输出端依次相连。所述多组转矩检测模块(3)用于检测待测减速器(5)的输出轴转矩值，所述秒级角度传感器(4)用于检测待测减速器(5)的输出轴转角值。所述待测减速器(5)安装于第一活动支座(9)上，其输入端被端盖(6)固定于第一活动支座(9)上。所述多组转矩检测模块(3)、秒级角度传感器(4)均与工业控制计算机相连。工业控制计算机内设数据采集卡可执行多通道同时采集，结构简单，自动化程度高。通过程序控制，在不同转矩加载阶段，调用量程相适应的转矩检测模块(3)的数据，实时显示检测数据，绘制滞回曲线并生成检测报告。所述导向杆(12)为一组两个，保证了施力步进电机(1)、力臂增力加载机构(2)、多组转矩检测模块(3)、秒级角度传感器(4)、待测减速器(5)同轴连接并固定于水平导轨台面(7)之上。水平导轨台面(7)的水平度由基座(8)调整。

本发明的高精度减速器用可重构静态性能检测实验台，其力臂增力加载机构(2)是由钢丝绳(19)绕过长力臂(17)两端的多组滑轮(18)，通过橡胶减震弹簧(20)连接螺母丝杠(21)，其中螺母丝杠(21)选择单头螺纹，螺纹升角为4.05°，可实现自锁功能。通过传动比为41∶9的驱动齿轮(23)和从动齿轮(22)的啮合，最终受施力步进电机(1)控制，螺母丝杠(21)左右移动，通过钢丝绳(19)和橡胶减震弹簧(20)的不同柔性加载和卸载，最终带动力臂(17)发生倾斜，在可重构静态性能检测实验台的中心轴上产生转矩，从而完成正向加载或负向加载。力臂增力加载机构(2)的力臂(17)上的调平螺母组(16)，其由不同厚度尺寸的螺母片组成，通过调整螺母片在力臂(17)上的具体位置，可以辅助可重构静态性能实验台的零位校准。

本发明的高精度减速器用可重构静态性能检测实验台，其多组转矩检测模块(3)是根据待测减速器(5)的性能要求，由多个不同量程的转矩检测模块串联而成，单个转矩检测模块是由单个转矩传感器(13)两端连接单片止转法兰构成。根据待测减速器(5)的不同，多组转矩检测模块(3)实现可重构，并且多组转矩检测模块(3)通过止转法兰(14)紧固连接，水平导轨台面(7)有多个t型卡槽，固定支座(12)固定安装在水平导轨台面(7)上，第一活动支座(9)和第二活动支座(10)在导向杆(12)的导向作用下，可稳定滑动，为多组转矩检测模块(3)提供可重构的空间。通过一组导向杆(12)保证了力臂增力加载机构(2)中心、多组转矩检测模块(3)、秒级角度传感器(4)、待测减速器(5)的回转中心在同一偏差允许范围内的水平轴线上。

本发明的高精度减速器用可重构静态性能检测实验台，其秒级角度传感器(4)采用双读数头，实验台校验时，双读数头分别连接数字显示仪和工业控制计算机，通过对比二者的数据，用于辅助程序设计及调整程序的准确性；在实验台检测时，双读数头同时连接工业控制计算机，利用数值分析可提高采集数据的准确性，该校准方式可保证减速器静态实验对转角的高精度检测要求。

本发明提供的可重构静态性能检测实验台，其检测流程为：开启静态性能检测实验台，预启动使得实验台自动寻找零位，在软件界面输入相关设定值，启动电机控制，使力臂增力加载机构先正向加载至待测减速器额定转矩值+t，开始数据采集，然后反向加载至待测减速器额定转矩值-t，继续正向加载至+t，结束数据采集和实时数据显示，实验台回归初始位置。将已记录数据库中的多组转矩检测模块(3)和秒级角度传感器(4)采集的数据进行整合运算和分析，显示该测试减速器的刚度值、回差值、滞回曲线等静态性能数据，并对测试数据进行综合分析，自动生成专业的静态性能实验报告。此外，在一定频次和时间的实验后，需将秒级角度传感器(4)的双读数头分别连接数字显示仪和工业控制计算机，进行实验台校准，通过调平螺母组(16)使力臂增力加载机构(2)的长力臂(17)处于水平位置，使输出端的轴始终处于“放松”状态，避免对多组转矩检测模块(3)的精度产生影响，同时也避免整个系统的内应力累积对实验产生影响。