用于谐波减速机的寿命测试工装的制作方法

本实用新型涉及一种用于谐波减速机的寿命测试工装，属于谐波减速机的寿命试验技术领域。

背景技术：

谐波传动是20世纪50年代为适应航天技术发展而来的一种新型机械传动方式，它体积小、重量轻、减速比大、反向间隙小。目前已经广泛应用于高精度机床、检测设备和机器人领域。与传统的渐开线行星齿轮传动相比，同样速比下，谐波传动的轴向尺寸小，结构紧凑，零部件数量少，可靠性高。谐波传动属于精密传动，所以对实验装置的精度要求也比较高，否则会使测试结果出现偏差。尤其是谐波减速机的寿命测试，因为测试时间长，精度要求高，对测试设备就提出了更高的要求。越简单的设备往往可靠性越高。但是因为谐波减速机特殊的内部结构，加上现在市场对谐波减速机需求的不断的攀升，如何简单可靠，快速地验证谐波减速机的寿命，是摆在各个生产厂家面前的问题。

现有的寿命试验的装置如图1所示。它主要包括伺服电机、安装座、联轴器、安装法兰、谐波减速机、连接法兰、扭矩传感器、磁粉制动器以及底座。其中伺服电机用于带动谐波减速机转动；安装座共三个，一个用于安装伺服电机和谐波减速机，一个用于安装扭矩传感器，一个用于安装磁粉制动器；联轴器共三个，一个用于连接伺服电机与谐波减速机，一个用于连接谐波减速机与扭矩传感器，一个用于连接扭矩传感器与磁粉制动器；安装法兰用于将谐波减速机固定在安装座上；谐波减速机为被测试部件；连接法兰用于传动；扭矩传感器用于检测磁粉制动器的扭矩；磁粉制动器用于施加负载；底座用于固定三个安装座。当各个部件组件完成后，给磁粉制动器、伺服电机、扭矩传感器通电，磁粉制动器通电后会形成阻力，当伺服电机通电旋转时，给阻力会给谐波减速机施加扭矩，扭矩传感器负责检测施加的扭矩是否为测试需要的值。

其工作原理如下：

一、安装步骤：伺服电机和第一安装座固定连接谐波减速机和连接法兰固定连接安装法兰，谐波减速机，连接法兰三者固定连接伺服电机装入联轴器伺服电机和谐波减速机同时固定在第一安装座上扭矩传感器和第二安装座固定连接磁粉制动器和第三安装座固定连接第一安装座和底座固定连接第二安装座固定在底座上，扭矩传感器和连接法兰用联轴器固定第三安装座固定在底座上，同时和扭矩传感器用联轴器连接，全部装配完成。

二、给磁粉制动器通一个低电流，以防止施加的负载过大，磁粉制动器内部装有磁粉，通电时磁粉制动器相当于一个负载，给谐波减速机施加扭矩。

三、给伺服电机和扭矩传感器通电，当给出脉冲信号后，伺服电机带动谐波减速机旋转，谐波减速机通过连接法兰、扭矩传感器与磁粉制动器连接，当伺服电机旋转时，此时的磁粉制动器有阻止伺服电机旋转的趋势，磁粉制动器施加的阻力就是谐波减速机的负载。

四、当装置开始运行后，在正式试验前，需要通过扭矩传感器读取磁粉制动器施加的扭矩是否为试验需要的扭矩，如果扭矩不合适，通过调整磁粉制动器的电流大小来调整扭矩的大小，直到调整到需要的扭矩为止。

五、在运行一段时间后，随着温度的变化，磁粉制动器施加的扭矩值会出现波动，此时需要定期观测扭矩传感器的数据，根据测得数据调整磁粉制动器的扭矩大小使其达到需求值。

六、根据产品设计寿命，持续运行该设备。正转一段时间后让伺服电机反转，然后再正转，再反转，如此反复，以实现对谐波减速机正向和反向的寿命测试。因为磁粉制动器的响应时间较长，根据设计寿命的要求，该过程往往长达一年左右，甚至更长。

现有技术的主要缺点如下：

1、精度差。轴连接过多，需要多达三处的轴连接，轴与轴之间的同轴度难以保证，因为谐波减速机是精密传动，这种装置同轴度不好也就是精度不好，会给谐波减速机增加一些额外的负载，进而影响寿命测试结果。

2、成本高昂。(1)需要的安装基座较多，需要三个安装座和一个底座，共四个安装基座，且每个安装基座的加工精度较高；(2)需要的仪器多，传统的测试设备需要三个联轴器，一个扭矩传感器，一个磁粉制动器，尤其是后两者价格都比较高。

3、扭矩不稳定，需要定期维护。磁粉制动器随着使用时间的增多，受到自身发热的影响扭矩会出现较大的波动，需要定期通过扭矩传感器校准。

4、寿命测试时间较长。因为受到磁粉制动器响应时间较慢的影响，该装置不能实现快速地正反向加载，因而寿命测试时间都比较长。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种用于谐波减速机的寿命测试工装，可简化测试工装结构、缩短寿命测试时间、降低寿命测试成本。

为解决上述技术问题本实用新型所采用的技术方案是：用于谐波减速机的寿命测试工装，包括伺服电机、安装座、联轴器、谐波减速机，伺服电机与谐波减速机固定安装在安装座上，伺服电机的输出端与谐波减速机的输入端通过联轴器进行连接，谐波减速机的输出端固定连接有飞轮。

进一步的是：谐波减速机通过安装法兰配合螺栓固定安装在安装座上。

进一步的是：飞轮通过连接法兰配合螺栓固定连接于谐波减速机的输出端。

进一步的是：飞轮为圆形。

本实用新型采用上述的用于谐波减速机的寿命测试工装进行实施时，测试步骤为，首先根据如下公式计算得到电机启动时间t：T＝J×n×2π÷60÷t，式中T为飞轮在谐波减速机寿命测试需要达到的设定扭矩，单位为N·m；J为飞轮的转动惯量，单位为kg·m²；n为谐波减速机寿命测试需要的设定转速，单位为r/min；t为电机启动时间，单位为s；

根据计算得到的电机启动时间t，启动运行伺服电机，使飞轮达到设定扭矩T,然后给伺服电机反转的信号，让飞轮在相反的方向产生相同的扭矩T，达到设定扭矩T后，给伺服电机正转的信号，使飞轮达到设定扭矩T，再给伺服电机反转的信号，如此反复，直至完成对谐波减速机的寿命测试。

为保证测试精度，启动运行伺服电机，使飞轮达到设定扭矩T后,继续运行设定时间t2后，再给伺服电机反转的信号；飞轮在相反的方向产生相同的扭矩T，达到设定扭矩T后，同样继续运行设定时间t2后，再给伺服电机正转的信号；整个谐波减速机寿命测试过程均按上述方式运行。设定时间t2优选为2s～3s。

本实用新型的有益效果是：将伺服电机和飞轮两者结合起来实现谐波减速机寿命测试中的加载，代替常规寿命测试中所用的磁粉制动器以及扭矩传感器，通过设置伺服电机的正反转以及启动时间，可以让谐波减速机快速地获得负载，从而实现快速寿命测试的目的。本实用新型简化了测试设备，使得测试设备简单可靠，同时提高了寿命测试装置的精度，降低了寿命测试成本，能以较低的成本，快速可靠地对谐波减速机的寿命进行测试，在节约设备费用的同时，还可将寿命测试时间缩短至原来的1/3甚至更短。现在能够设计生产谐波减速机的厂家较多，但受困于传统的测试手段，产品不能快速地推向市场。通过本实用新型的装置，各厂家可以对自己设计的产品进行快速测试，验证性能，进而使产品可以更快的推向市场，市场也能因为更多产品的进入而得到更好的发展，改善现在谐波减速机严重依赖进口，价格高，交期长的局面。

附图说明

图1为现有技术的整体装配示意图。

图2为本实用新型的整体装配示意图。

图3为本实用新型的装配工序一结构示意图。

图4为本实用新型的装配工序二结构示意图。

图5为本实用新型的装配工序三结构示意图。

图6为本实用新型的装配工序四结构示意图。

图7为本实用新型的装配工序五结构示意图。

图中零部件标记：1-伺服电机，2-安装座，2.1-第一安装座，2.2-第二安装座，2.3-第三安装座，3-联轴器，4-安装法兰，5-谐波减速机，6-连接法兰，7-飞轮，7.1-磁粉制动器， 8-扭矩传感器，9-底座。

具体实施方式

为便于理解和实施本实用新型，选本实用新型的实施例结合附图作进一步说明。

如图2所示，本实用新型中的用于谐波减速机的寿命测试工装，包括伺服电机1、安装座2、联轴器3、谐波减速机5，伺服电机1与谐波减速机5固定安装在安装座2上，伺服电机1的输出端与谐波减速机5的输入端通过联轴器3进行连接，谐波减速机5的输出端固定连接有飞轮7。

为方便装配，谐波减速机5通过安装法兰4配合螺栓固定安装在安装座2上。飞轮7通过连接法兰6配合螺栓固定连接于谐波减速机5的输出端。

本实用新型采用上述的用于谐波减速机的寿命测试工装进行实施时，测试步骤为，首先根据如下公式计算得到电机启动时间t：T＝J×n×2π÷60÷t，式中T为飞轮7在谐波减速机5寿命测试需要达到的设定扭矩，单位为N·m；J为飞轮7的转动惯量，单位为kg·m²；n 为谐波减速机5寿命测试需要的设定转速，单位为r/min；t为电机启动时间，单位为s；由于T、J、n均为已知值，根据公式即可计算得到t。为方便计算和测试，飞轮7为圆形。当飞轮7为圆形时，飞轮7的转动惯量J可按如下公式计算：式中m为飞轮7的质量，单位为kg；π为圆周率；D1为飞轮7的外圆直径，单位为m；D2为飞轮7的内圆直径，单位为m；H为飞轮7的厚度，单位为m；δ为飞轮7的材料密度，单位为kg/m³。

根据计算得到的电机启动时间t，启动运行伺服电机1，使飞轮7达到设定扭矩T,然后给伺服电机1反转的信号，让飞轮7在相反的方向产生相同的扭矩T，达到设定扭矩T后，给伺服电机1正转的信号，使飞轮7达到设定扭矩T，再给伺服电机1反转的信号，如此反复，直至完成对谐波减速机5的寿命测试。

为保证测试精度，启动运行伺服电机1，使飞轮7达到设定扭矩T后,继续运行设定时间 t2后，再给伺服电机1反转的信号；飞轮7在相反的方向产生相同的扭矩T，达到设定扭矩T 后，同样继续运行设定时间t2后，再给伺服电机1正转的信号；整个谐波减速机5寿命测试过程均按上述方式运行。兼顾测试精度和测试速度，设定时间t2优选为2s～3s。

本实用新型的工作原理如下：

一、安装步骤：如图3所示，伺服电机1和安装座2固定连接如图4所示，谐波减速机5和连接法兰6固定连接如图5所示，安装法兰4，谐波减速机5，连接法兰6三者固定连接如图6所示，伺服电机1装入联轴器3如图7所示，伺服电机1和谐波减速机5同时固定在安装座2上装上飞轮7，装配完成，如图2所示。

二、计算满足测试要求所需的电机启动时间t。

三、设置伺服电机1的正反转电路，达到运行速度后运行设定时间t2，然后反转，反转到达运行速度后运行设定时间t2，然后正转，如此反复。

四、产品安装完成后检查无干涉，各部分固定无松动后，给伺服电机1通电，在伺服电机1的驱动器上将电机启动时间t设置为计算好的时间值。

五、根据产品的寿命设计要求，持续运行该设备。此过程中伺服电机1响应时间很快，所以能够大幅缩短寿命测试时间，可缩短至传统测试时间的1/3左右，甚至更短。