一种谐波减速模组刚度测试工作台的制作方法

1.本发明涉及刚度测试技术领域，更具体地说，本发明涉及一种谐波减速模组刚度测试工作台。


背景技术：

2.刚度是指某个材料或某种结构在受到力时抵抗弹性变形的能力，是材料或结构弹性变形难易程度的表象特征，抗变形的能力越强说明其刚度就越大。在工程领域中，有些机械、建筑、桥梁、飞行器和舰船就因为结构刚度不够而出现失稳，甚至会在流场中发生灾难性事故。因此在工程设计中，必须按规范要求确保结构有足够的刚度。因此，对于结构刚度的研究显然是十分必要的。
3.目前市面上所呈现的刚度测试工作台少之又少，且大部分测试台局限性较大，一方面，通过手动加载的方式一定程度上降低了工作效率，另一方面，最终的扭矩值及其刚度都是通过人工计算获得，这就无法保证其材料或结构所测得的刚度是接近其真实刚度的，再者，即使部分刚度测试台能够准确计算出结构的刚度值，但是测试对象单一，当某种材料尺寸变更后，无法实现替换，以谐波减速模组为例，其拥有多种尺寸型号，采用当前的刚度测试工作台无法全面有效地计算得出其真实的刚度值。总的来说，目前的刚度测试工作台具有操作繁琐，效率低，测量误差较大等缺点。
4.因此，本发明专利针对谐波减速模组设计了一个精密的刚度测试工作台，在其转动过程中，通过施加压力，改变扭矩，再根据高精度光栅编码器读出偏转的角度，通过计算拟合多组数据得出谐波减速模组的转动刚度曲线，最终获得精确的转动刚度。通过分析物体的刚度，可以确定物体内部的应力和应变分布，对于材料、结构的刚度研究具有十分重要的意义。


技术实现要素：

5.为了克服上述缺陷，本发明提供一种谐波减速模组刚度测试工作台，具体采用如下的技术方案：
6.一种谐波减速模组刚度测试工作台，包括
7.安装座；
8.扭矩施力件，其设置在所述安装座上，其包括扭矩施加器，所述扭矩施加器设置在所述安装座上；
9.扭矩检测件，其设置在所述扭矩施力件上，其包括扭矩传感器，所述扭矩传感器连接在所述扭矩施加器上；
10.偏转检测件，其设置在所述安装座上，其包括光栅编码器；
11.模组滑动台架件，其设置在所述安装座上，其包括谐波减速模组；
12.其中：所述扭矩施加器通过所述扭矩传感器向所述谐波减速模组施加扭矩，所述光栅编码器实时检测获取所述谐波减速模组受到特定扭矩时发生的偏转角度。
13.优选地，所述安装座包括铸铁平台和安装底板，所述安装底板通过t型螺母安装在所述铸铁平台的t型槽内，所述t型螺母与所述t型槽配合。
14.优选地，所述扭矩施力件还包括第一支架、第一轴承、第一主轴、力臂梁、支撑轴和定位压块，所述第一支架和所述扭矩施加器均设置在所述安装底板上，所述第一轴承安装在所述第一支架上，所述第一主轴设置在所述第一轴承上，所述力臂梁设置在所述第一主轴上，所述支撑轴设置在所述力臂梁上，所述定位压块设置在所述支撑轴上。
15.优选地，所述扭矩施加器为千斤顶。
16.优选地，所述第一支架顶端设置有第一扭矩通孔，所述第一轴承过渡配合嵌装在所述第一扭矩通孔内；所述第一主轴一端设置有第一圆形槽，所述第一主轴过渡配合嵌装在所述第一轴承内；所述力臂梁上设置有第二扭矩通孔，所述力臂梁通过所述第二扭矩通孔套装在所述第一主轴另一端上，并且所述力臂梁通过第一螺钉紧固在所述第一主轴另一端上。
17.优选地，所述支撑轴间隙配合在所述力臂梁一端，所述定位压块间隙配合在所述支撑轴上，所述定位压块通过所述支撑轴与所述力臂梁铰接；所述千斤顶的顶端设置有压力传感器，所述压力传感器与所述定位压块连接。
18.优选地，所述扭矩检测件还包括检测支架和传感器支撑板，所述检测支架设置在所述安装底板上，所述传感器支撑板设置在所述检测支架上，所述扭矩传感器设置在所述传感器支撑板上；所述扭矩传感器一端通过第一键位块固定嵌装在所述第一圆形槽内。
19.优选地，所述偏转检测件还包括第二支架、第二轴承、第二主轴、过渡套和保护罩，所述第二支架设置在所述安装底板上，所述第二支架顶端设置有第三扭矩通孔，所述第二轴承过渡配合嵌装在所述第三扭矩通孔内，并且通过轴承压板轴向锁定在所述第三扭矩通孔内；所述第二主轴一端设置有第二圆形槽，所述第二主轴过渡配合嵌装在所述第二轴承内；所述第二圆形槽套装在所述扭矩传感器另一端上，并且所述第二圆形槽通过第二键位块与所述扭矩传感器另一端周向锁定。
20.优选地，所述过渡套和所述保护罩均紧固在所述第二支架上，并且所述过渡套和所述保护罩均通过橡胶防尘密封圈与所述第二主轴连接，使所述过渡套、所述保护罩和所述第二主轴构成密闭防尘腔室；所述光栅编码器位于由所述过渡套、所述保护罩和所述第二主轴构成的密闭防尘腔室内；所述光栅编码器包括光栅和读数头，所述光栅设置在所述第二主轴上，所述读数头设置在所述过渡套上，所述读数头与所述光栅配合。
21.优选地，所述模组滑动台架件还包括第一过渡法兰、第二过渡法兰、导轨、移动滑块、模组测试台架和第三过渡法兰，所述第一过渡法兰紧固在所述第二主轴另一端上，所述第二过渡法兰紧固在所述第一过渡法兰上，所述导轨紧固在所述安装底板上，所述移动滑块设置在所述导轨上，所述移动滑块与所述导轨配合，所述移动滑块上设置有锁定手柄，所述锁定手柄能够根据需要将所述移动滑块锁死在所述导轨上，亦能够根据需要解锁所述锁定手柄，使所述移动滑块在所述导轨上自由滑动；所述模组测试台架紧固在所述移动滑块上，所述模组测试台架设置有第四扭矩通孔，所述第三过渡法兰紧固在所述模组测试台架上，并且所述第三过渡法兰轴线与所述第四扭矩通孔轴线重合；所述谐波减速模组紧固在所述第三过渡法兰上，并且所述谐波减速模组的输出法兰与所述第二过渡法兰紧固连接。
22.本发明至少包括以下有益效果：
23.1)本发明谐波减速模组刚度测试工作台结构紧凑、设计合理、测量值精确、操控性能好、效率高和转矩输出平稳；
24.2)本发明谐波减速模组刚度测试工作台设置了安装座、第一主轴、力臂梁、支撑轴、定位压块、千斤顶、扭矩传感器、第二主轴、过渡套、保护罩、光栅编码器、第一过渡法兰、第二过渡法兰、导轨、移动滑块、模组测试台架、第三过渡法兰和谐波减速模组，该千斤顶在该安装座上通过力臂梁向该第一主轴施加扭矩，该扭矩传感器两端分别连接在该第一主轴和该第二主轴上，并且该扭矩传感器精准同步将第一主轴扭矩传递至第二主轴上，同时该扭矩传感器及时准确记录所传递的扭矩值；该光栅编码器设置在该第二主轴上，该谐波减速模组设置在该模组测试台架上并且该谐波减速模组与该第二主轴连接，使得该第二主轴能够直接向固定的该谐波减速模组施加扭矩，进而通过该光栅编码器实时检测该谐波减速模组受到相应扭矩时所发生的偏转角度；有效提高了测量精度、测量效率和扭矩输出的稳定性，以及整个装置在运行过程中的稳定性。
25.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
26.图1为本发明谐波减速模组刚度测试工作台测试谐波减速模组的转动刚度滞回曲线图；
27.图2为本发明谐波减速模组刚度测试工作台立体结构示意图；
28.图3为本发明谐波减速模组刚度测试工作台爆炸图；
29.图4为本发明谐波减速模组刚度测试工作台纵向剖面主视图；
30.图5为本发明谐波减速模组刚度测试工作台图4中a的局部放大图；
31.图6为本发明谐波减速模组刚度测试工作台中扭矩施力件的爆炸图；
32.图7为本发明谐波减速模组刚度测试工作台图4中b的局部放大图；
33.图8为本发明谐波减速模组刚度测试工作台中扭矩检测件的爆炸图；
34.图9为本发明谐波减速模组刚度测试工作台图4中c的局部放大图；
35.图10为本发明谐波减速模组刚度测试工作台中偏转检测件的爆炸图；
36.图11为本发明谐波减速模组刚度测试工作台图4中d的局部放大图；
37.图12为本发明谐波减速模组刚度测试工作台中模组滑动台架件的爆炸图；
38.图13为本发明谐波减速模组刚度测试工作台图4中e的局部放大图；
39.图14为本发明谐波减速模组刚度测试工作台中安装座的爆炸图。
40.其中：1-铸铁平台，2-安装底板，5-第一支架，6-第一轴承，7-第一主轴，8-力臂梁，9-支撑轴，10-定位压块，11-千斤顶，12-检测支架，13-传感器支撑板，14-扭矩传感器，15-第二支架，16-第二轴承，17-第二主轴，18-过渡套，19-保护罩，21-光栅，22-读数头，23-第一过渡法兰，24-第二过渡法兰，25-导轨，26-移动滑块，27-模组测试台架，28-第三过渡法兰，29-谐波减速模组，30-压力传感器，31-轴承压板，32-把手，33-t型螺母。
具体实施方式
41.以下将参照附图，通过实施例方式详细地描述本发明的技术方案。在此需要说明
的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
42.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，单独存在b，同时存在a和b三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，a/和b，可以表示：单独存在a，单独存在a和b两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
43.根据图1-图14所示，一种谐波减速模组刚度测试工作台，包括安装座、扭矩施力件、扭矩检测件、偏转检测件和模组滑动台架件，所述扭矩施力件和所述偏转检测件均设置在所述安装座上，所述扭矩检测件设置在所述扭矩施力件和所述偏转检测件上，所述模组滑动台架件设置在所述偏转检测件上。
44.所述安装座包括铸铁平台1和安装底板2，所述安装底板2设置在所述铸铁平台1上。所述铸铁平台1上设置有t型槽，所述t型槽用于安装所述安装底板2。所述安装底板2通过t型螺母33安装在所述t型槽内，所述t型螺母33与所述t型槽配合，以提高所述安装底板2的安装稳定性。所述安装底板2用于安装所述扭矩施力件和所述偏转检测件。
45.所述扭矩施力件包括第一支架5、第一轴承6、第一主轴7、力臂梁8、支撑轴9、定位压块10和千斤顶11，所述第一支架5和所述千斤顶11均设置在所述安装底板2上，所述第一轴承6安装在所述第一支架5上，所述第一主轴7设置在所述第一轴承6上，所述力臂梁8设置在所述第一主轴7上，所述支撑轴9设置在所述力臂梁8上，所述定位压块10设置在所述支撑轴9上。所述第一支架5底端面通过第一螺钉紧固在所述安装底板2一端，所述第一支架5顶端设置有第一扭矩通孔。所述第一轴承6过渡配合嵌装在所述第一扭矩通孔内，所述第一轴承6设置有两个，两个所述第一轴承6并排设置，以提高所述第一主轴7稳定性。所述第一主轴7一端设置有第一圆形槽，所述第一主轴7过渡配合嵌装在所述第一轴承6内。所述力臂梁8上设置有第二扭矩通孔，所述力臂梁8通过所述第二扭矩通孔套装在所述第一主轴7另一端上，并且所述力臂梁8通过第二螺钉紧固在所述第一主轴7另一端上，使得所述力臂梁8能够向所述第一主轴7施加扭矩，提高传动效率。
46.所述支撑轴9间隙配合在所述力臂梁8一端，所述定位压块10呈矩形槽状，所述定位压块10间隙配合在所述支撑轴9上，使得所述定位压块10通过所述支撑轴9与所述力臂梁8铰接，提高千斤顶11通过所述定位压块10向所述力臂梁8施加压力时稳定性。所述千斤顶11的顶端设置有压力传感器30，所述压力传感器30与所述定位压块10连接，所述压力传感器30能够实时监测获取所述千斤顶11向所述力臂梁8施加的压力值，为后续精确计算刚度提供参数。所述千斤顶11通过所述压力传感器30向所述定位压块10施压压力，进而通过所述力臂梁8向所述第一主轴7施压扭矩。
47.所述扭矩检测件包括检测支架12、传感器支撑板13和扭矩传感器14，所述检测支架12设置在所述安装底板2上，所述传感器支撑板13设置在所述检测支架12上，所述扭矩传感器14设置在所述传感器支撑板13上。所述检测支架12呈l型，所述检测支架12一侧壁通过第三螺钉紧固在所述安装底板2上，所述检测支架12另一侧壁上设置有长条通孔，所述长条通孔便于所述传感器支撑板13定位安装。所述检测支架12设置有两个，两个所述检测支架12在所述安装底板2上对称设置，以用于支撑安装所述传感器支撑板13。所述传感器支撑板13通过第四螺钉穿过所述长条通孔后水平紧固在所述检测支架12上。所述扭矩传感器14的
安装座上设置有安装u型孔，所述扭矩传感器14通过第五螺钉穿过所述安装u型孔后紧固在所述传感器支撑板13上，所述安装u型孔便于定位安装。所述扭矩传感器14一端通过第一键位块固定嵌装在所述第一圆形槽内，使得所述第一主轴7能够通过所述第一键位块向所述扭矩传感器14施加扭矩。所述扭矩传感器14用于精确同步向所述偏转检测件施加扭矩，从而保证最终刚度值的可靠性和真实性。
48.所述偏转检测件包括第二支架15、第二轴承16、第二主轴17、过渡套18、保护罩19和光栅编码器，所述第二支架15设置在所述安装底板2上，所述第二轴承16设置在所述第二支架15上，所述第二主轴17设置在所述第二轴承16上，所述过渡套18和所述保护罩19均设置在所述第二支架15上，所述光栅编码器设置在所述第二主轴17和所述过渡套18上。所述第二支架15底端面通过第六螺钉紧固在所述安装底板2一端，所述第二支架15顶端设置有第三扭矩通孔。所述第二轴承16过渡配合嵌装在所述第三扭矩通孔内，并且通过轴承压板31轴向锁定在所述第三扭矩通孔内。所述第二轴承16设置有两个，两个所述第二轴承16并排设置，以进一步提高所述第二主轴17稳定性。所述第二主轴17一端设置有第二圆形槽，所述第二主轴17过渡配合嵌装在所述第二轴承16内。所述第二圆形槽套装在所述扭矩传感器14另一端上，并且所述第二圆形槽通过第二键位块与所述扭矩传感器14另一端周向锁定。所述过渡套18和所述保护罩19均通过第七螺钉紧固在所述第二支架15上，并且所述过渡套18和所述保护罩19均通过橡胶防尘密封圈与所述第二主轴17连接，通过橡胶防尘密封圈具有较好的耐老化性和良好的机械性能，以提高由所述过渡套18、所述保护罩19和所述第二主轴17构成的密闭腔室防尘性能。所述光栅编码器位于由所述过渡套18、所述保护罩19和所述第二主轴17构成的密闭腔室内，所述光栅编码器包括光栅21和读数头22，所述光栅21设置在所述第二主轴17上，所述读数头22设置在所述过渡套18上，所述读数头22与所述光栅21配合，以检测第二主轴17偏转角度。
49.所述模组滑动台架件包括第一过渡法兰23、第二过渡法兰24、导轨25、移动滑块26、模组测试台架27、第三过渡法兰28和谐波减速模组29，所述第一过渡法兰23设置在所述第二主轴17上，所述第二过渡法兰24设置在所述第一过渡法兰23上，所述导轨25设置在所述安装底板2上，所述移动滑块26设置在所述导轨25上，所述模组测试台架27设置在所述移动滑块26上，所述第三过渡法兰28设置在所述模组测试台架27上，所述谐波减速模组29设置在第三过渡法兰28上。所述第一过渡法兰23通过第八螺钉紧固在所述第二主轴17另一端上，并且所述第一过渡法兰23轴线与所述第二主轴17轴线重合，所述第二过渡法兰24通过第九螺钉紧固在所述第一过渡法兰23上，并且所述第二过渡法兰24轴线与所述第一过渡法兰23轴线重合。所述导轨25通过第十螺钉紧固在所述安装底板2上，并且所述导轨25纵向线与所述第二主轴17轴线平行，所述导轨25设置有两个，两个所述导轨25相互平行。所述移动滑块26设置在所述导轨25上，所述移动滑块26与所述导轨25配合，使得所述移动滑块26能够在所述导轨25上滑动。所述移动滑块26上设置有锁定手柄，所述锁定手柄能够根据需要将所述移动滑块26锁死在所述导轨25上，亦能够根据需要解锁所述锁定手柄，使所述移动滑块26在所述导轨25上自由滑动。所述移动滑块26设置有多个，多个所述移动滑块26在两个所述导轨25上均匀分布。所述模组测试台架27通过第十一螺钉同时紧固在多个所述移动滑块26上，所述模组测试台架27顶端设置有第四扭矩通孔和把手32，，所述第四扭矩通孔轴线与所述第二过渡法兰24轴线重合。所述第三过渡法兰28通过第十二螺钉紧固在所述模组
测试台架27上，并且所述第三过渡法兰28轴线与所述第四扭矩通孔轴线重合。所述谐波减速模组29的壳体通过第十三螺钉紧固在所述第三过渡法兰28上，并且所述谐波减速模组29轴线与所述第三过渡法兰28轴线重合，同时所述谐波减速模组29的输出法兰与所述第二过渡法兰24通过第十四螺钉紧固连接。该把手32用于调整该模组测试台架安装位置。
50.所述谐波减速模组29刚度测试工作台工作原理：在调整安装完成所述谐波减速模组29刚度测试工作台之后，通过所述锁定手柄将所述模组测试台架27锁定在所述导轨25上，进而使得所述谐波减速模组29刚度测试工作台处于静置锁死状态，所述千斤顶11通过定位压块10和支撑轴9向所述力臂梁8施加压力。所述力臂梁8通过所述第一主轴7将扭矩等效传递至所述扭矩传感器14，扭矩传感器14可以精确获取扭矩值的大小，并且所述扭矩传感器14将所受扭矩通过所述第二主轴17传递至所述谐波减速模组29，此时谐波减速模组29所受扭矩即扭矩传感器14的示值。与此同时，所述读数头22通过探测光栅21能够检测出在此扭矩下所述谐波减速模组29偏转的角度。
51.整个测试过程中将采取向所述谐波减速模组29逐次施加额定扭矩的10％，20％，30％
……
直至100％扭矩值的方法，检测并且记录所受相应扭矩下的所述谐波减速模组29所发生的偏转角度。
52.为了减少测试中的误差，将采取多次测量取平均值的方法，即在10％的额定扭矩下测试五次得到的扭转角分别为α
t1
,α
t2
,α
t3
,α
t4
,α
t5
；则10％额定扭矩对应的扭转角为：
[0053][0054]
按照同样的方法依次检测10％，20％，30％
……
直至100％扭矩值对应的十个扭转角度α1,α2,α3……
α
10
；得到的十个值通过最小二乘法来拟合曲线，设(t,α)为观测量，t代表扭矩，α代表偏转角且t＝[t1,t2…
,t
10
]
t
，α＝r满足理论函数α＝f(t,ω)，其中ω＝[ω1,ω2…
,ω
10
]
t
为待定的参数。为了求解函数α＝f(t,ω)参数ω的最优估计值，对于给定十组观测数据(ti,αi)以及原点(t0,α0)求解出目标函数：
[0055][0056]
无约束最优化问题，一般形式为：
[0057][0058]
同理，再反向施加额定扭矩的10％，20％
……
100％，再次运用最小二乘法拟合，可获得的转动刚度滞回曲线图如下图1所示。
[0059]
由上所述，本发明谐波减速模组刚度测试工作台结构紧凑、设计合理、测量值精确、操控性能好、效率高和转矩输出平稳；同时，本发明谐波减速模组刚度测试工作台设置了安装座、第一主轴、力臂梁、支撑轴、定位压块、千斤顶、扭矩传感器、第二主轴、过渡套、保护罩、光栅编码器、第一过渡法兰、第二过渡法兰、导轨、移动滑块、模组测试台架、第三过渡法兰和谐波减速模组，该千斤顶在该安装座上通过力臂梁向该第一主轴施加扭矩，该扭矩传感器两端分别连接在该第一主轴和该第二主轴上，并且该扭矩传感器精准同步将第一主
轴扭矩传递至第二主轴上，同时该扭矩传感器及时准确记录所传递的扭矩值；该光栅编码器设置在该第二主轴上，该谐波减速模组设置在该模组测试台架上并且该谐波减速模组与该第二主轴连接，使得该第二主轴能够直接向固定的该谐波减速模组施加扭矩，进而通过该光栅编码器实时检测该谐波减速模组受到相应扭矩时所发生的偏转角度；有效提高了测量精度、测量效率和扭矩输出的稳定性，以及整个装置在运行过程中的稳定性。
[0060]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。