本發(fā)明涉及減速器傳動(dòng)特性分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種行星減速器間隙動(dòng)態(tài)特性的分析裝置與方法。

背景技術(shù)：

在減速器家族中，行星減速器(planetaryreducer)被廣泛應(yīng)用于航空航天，船舶，汽車，機(jī)器人等領(lǐng)域，因?yàn)槠潴w積輕巧，結(jié)構(gòu)比較緊湊，安裝方便，減速范圍廣，傳動(dòng)效率高，回程間隙小，傳動(dòng)精度高，動(dòng)態(tài)特性良好，使用壽命很長(zhǎng)，額定輸出扭矩可以做的很大等諸多優(yōu)點(diǎn)。其作用就是在保證精密傳動(dòng)的前提下，主要被用來降低轉(zhuǎn)速增大扭矩和降低負(fù)載/電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比?；谶@些特點(diǎn)，行星減速器多數(shù)是安裝在步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)上，用來降低轉(zhuǎn)速，提升扭矩，匹配慣量。

然而，行星減速器的反向間隙是比較關(guān)鍵的參數(shù)，直接影響到減速機(jī)的輸出精度。實(shí)際傳動(dòng)運(yùn)行中，間隙大小的實(shí)際表現(xiàn)形式：相互嚙合的齒輪，當(dāng)從一個(gè)旋轉(zhuǎn)方向改變?yōu)橄喾葱D(zhuǎn)反向的時(shí)候，相互嚙合的齒輪接觸面脫開，主動(dòng)輪嚙合齒的另一面與從動(dòng)輪的另一個(gè)相鄰齒面開始接觸，脫開和接觸的過程中會(huì)有一個(gè)小的角度間隔。減速器的整體精度直接體現(xiàn)在減速機(jī)的反向間隙上：反向間隙越大，精度就越差。

反向間隙又稱回程間隙，其定義為將輸出端固定，輸入端順時(shí)針和逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，使輸出端產(chǎn)生額定扭矩的±2％扭矩時(shí)，減速機(jī)輸入端有一個(gè)微小的角位移，此角位移即為回程間隙，也有人稱之為背隙(英文backlash)。對(duì)于齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，無論是考慮潤(rùn)滑和安裝因素，還是在使用過程磨損因素，導(dǎo)致存在齒側(cè)間隙。

齒側(cè)間隙屬于強(qiáng)非線性因素。實(shí)際應(yīng)用中，行星傳動(dòng)系統(tǒng)的齒側(cè)間隙通常會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力性特性產(chǎn)生重大影響，由齒側(cè)間隙引起的振動(dòng)與噪聲會(huì)嚴(yán)重影響傳動(dòng)系統(tǒng)的壽命和可靠性。所以，需要測(cè)量其間隙特性。

齒輪間隙測(cè)量的常用方法有塞規(guī)法測(cè)量反向間隙，咬鉛條法測(cè)量反向間隙，但對(duì)于行星齒輪來說，一般都是閉式齒輪，這種測(cè)量方法無法方便應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明提供一種行星減速器間隙動(dòng)態(tài)特性的分析裝置與方法。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種行星減速器間隙動(dòng)態(tài)特性的分析裝置，包括自帶編碼盤的交流伺服電機(jī)、行星減速器、雙向旋轉(zhuǎn)阻尼器、聯(lián)軸器及旋轉(zhuǎn)編碼盤；

所述交流伺服電機(jī)的輸出軸連接行星減速器，所述行星減速器的輸出軸連接雙向旋轉(zhuǎn)阻尼器的轉(zhuǎn)子，雙向旋轉(zhuǎn)阻尼器的定子安裝在阻尼支架上，所述行星減速器的輸出軸通過聯(lián)軸器連接旋轉(zhuǎn)編碼盤；

還包括交流電機(jī)伺服放大器、計(jì)算機(jī)、信號(hào)發(fā)生器及碼盤計(jì)數(shù)解算卡，所述計(jì)算機(jī)與信號(hào)發(fā)生器連接，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)輸出到交流電機(jī)伺服放大器、驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)按輸入的信號(hào)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)編碼盤和交流伺服電機(jī)自帶的編碼盤與碼盤計(jì)數(shù)解算卡連接，所述碼盤計(jì)數(shù)解算卡與計(jì)算機(jī)連接。

所述交流伺服電機(jī)的工作模式設(shè)置為速度模式。

所述雙向旋轉(zhuǎn)阻尼器的阻尼轉(zhuǎn)矩為行星減速器輸出端額定扭矩的-10％～10％。

一種行星減速器間隙動(dòng)態(tài)特性的分析裝置的分析方法，包括如下步驟：

第一步調(diào)節(jié)雙向旋轉(zhuǎn)阻尼器的阻尼轉(zhuǎn)矩為行星減速器輸出端額定扭矩的分別為+2％和-2％附近范圍；

第二步調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生方波信號(hào)，經(jīng)過交流電機(jī)伺服放大器后驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)的工作模式設(shè)置為速度模式，驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；

第三步用交流伺服電機(jī)的編碼器和旋轉(zhuǎn)編碼盤分別檢測(cè)行星減速器輸入端和輸出端的轉(zhuǎn)動(dòng)角位移信號(hào)，經(jīng)過碼盤計(jì)數(shù)解算卡后輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；

第四步將兩只碼盤檢測(cè)的信號(hào)，再結(jié)合行星減速器的減速比，經(jīng)過運(yùn)算后得到行星減速器的反向間隙。

所述方波信號(hào)為雙極性。

本發(fā)明的有益效果：

(1)不需要專門購(gòu)買的行星減速器間隙動(dòng)態(tài)特性的分析裝置，節(jié)省了裝置成本和存放及維護(hù)的花費(fèi)；

(2)該裝置僅僅需要一個(gè)交流伺服電機(jī)系統(tǒng)，雙向旋轉(zhuǎn)阻尼器，足夠分辨率碼盤，碼盤解算卡和計(jì)算機(jī)及信號(hào)發(fā)生器即可實(shí)現(xiàn)，裝置簡(jiǎn)單，容易搭建；

(3)通過測(cè)量行星減速器輸入端和輸出端的角位移信號(hào)，只要激勵(lì)信號(hào)的幅值有正負(fù)，使得電機(jī)驅(qū)動(dòng)行星減速器有正反向轉(zhuǎn)動(dòng)，即可測(cè)量得到行星減速器的間隙。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例

如圖1所示，一種行星減速器間隙動(dòng)態(tài)特性的分析裝置，包括自帶編碼盤1的交流伺服電機(jī)2，行星減速器3、雙向旋轉(zhuǎn)阻尼器5、聯(lián)軸器7及旋轉(zhuǎn)編碼盤8，所述交流伺服電機(jī)的輸出軸連接行星減速器，所述行星減速器安裝在行星減速器支架4上，所述行星減速器的輸出軸連接雙向旋轉(zhuǎn)阻尼器的轉(zhuǎn)子，旋轉(zhuǎn)阻尼器的定子安裝在阻尼器支架6上，所述行星減速器的輸出軸還通過聯(lián)軸器7連接一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼盤8。

還包括交流電機(jī)伺服放大器9、計(jì)算機(jī)11、信號(hào)發(fā)生器10及碼盤計(jì)數(shù)解算卡12，所述計(jì)算機(jī)與信號(hào)發(fā)生器連接，信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生信號(hào)輸出到交流電機(jī)伺服放大器，驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述交流伺服電機(jī)的工作模式設(shè)置為速度模式，這樣信號(hào)發(fā)生器驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)按輸入的信號(hào)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)編碼盤和交流伺服電機(jī)自帶的編碼盤與碼盤計(jì)數(shù)解算卡連接，所述碼盤計(jì)數(shù)解算卡與計(jì)算機(jī)連接。

交流伺服電機(jī)2的法蘭與行星減速器3的法蘭通過螺釘連接；交流伺服電機(jī)2輸出軸直接連接行星減速器3的輸入軸，通過行星減速器輸入軸孔的緊定螺釘抱緊；這樣，電機(jī)的輸出軸和減速器的輸入軸直接就沒有間隙的影響；因此，電機(jī)端的碼盤檢測(cè)的角位移就是行星減速器輸入端角位移。

選擇雙向旋轉(zhuǎn)阻尼器5的阻尼轉(zhuǎn)矩為行星減速器3輸出端額定扭矩的范圍為-10％～10％；當(dāng)行星減速器3輸入端順時(shí)針和逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)按一定的角速度時(shí)，能夠使雙向旋轉(zhuǎn)阻尼器5產(chǎn)生行星減速器3額定扭矩分別為+2％和-2％附近范圍的扭矩；通過碼盤計(jì)數(shù)解算卡12記錄交流伺服電機(jī)自帶的編碼盤1和旋轉(zhuǎn)編碼盤8的轉(zhuǎn)動(dòng)角位移信息；將這兩只碼盤記錄的行星減速器3的輸出端和輸入端旋轉(zhuǎn)角位移信號(hào)傳給計(jì)算機(jī)11；通過運(yùn)行相應(yīng)的算法，得到行星減速器的動(dòng)態(tài)間隙，即為回程間隙。

一種行星減速器間隙動(dòng)態(tài)特性的分析裝置的分析方法，包括如下步驟：

第一步調(diào)節(jié)雙向旋轉(zhuǎn)阻尼器的阻尼轉(zhuǎn)矩為行星減速器輸出端額定扭矩的分別為+2％和-2％附近范圍；

第二步調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生方波信號(hào)，經(jīng)過交流電機(jī)伺服放大器后驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)，交流伺服電機(jī)的工作模式設(shè)置為速度模式，驅(qū)動(dòng)交流伺服電機(jī)正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)；

第三步用交流伺服電機(jī)的編碼器和旋轉(zhuǎn)編碼盤分別檢測(cè)行星減速器輸入端和輸出端的轉(zhuǎn)動(dòng)角位移信號(hào)，經(jīng)過碼盤計(jì)數(shù)解算卡后輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理；

第四步將兩只碼盤檢測(cè)的信號(hào)，再結(jié)合行星減速器的減速比，經(jīng)過運(yùn)算后得到行星減速器的反向間隙，是反向間隙計(jì)算根據(jù)行星齒輪的輸入端的角位移除以減速比后和輸出端之間的角位移之差就可計(jì)算得到。

本實(shí)施例碼盤計(jì)數(shù)解算卡12可選用深圳固高公司生產(chǎn)的型號(hào)為gts-400-pgv的運(yùn)動(dòng)控制卡，其可控軸數(shù)為4軸，支持脈沖量輸出或者模擬量輸出。該運(yùn)動(dòng)控制卡通過pci接口和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸。配合端子板能實(shí)現(xiàn)4路16位的d/a轉(zhuǎn)換以及8路16位的a/d轉(zhuǎn)換，以及增量式編碼盤的解算。端子板由+24v直流電源供電。計(jì)算機(jī)11選用的cpu型號(hào)為core76650u2.2ghz，內(nèi)存4g，主板中有pci-e插槽，可以安裝運(yùn)動(dòng)控制卡。信號(hào)發(fā)生器10可選用南京盛普spf20型dds數(shù)字合成函數(shù)/任意波信號(hào)發(fā)生器。

本實(shí)例中，交流伺服電機(jī)2和配套交流電機(jī)伺服放大器9：選用mitsubishi公司生產(chǎn)的型號(hào)為hc-kfs43的交流伺服電機(jī)，其功率為400w。伺服電機(jī)內(nèi)部的增量式編碼器用于檢測(cè)電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速。編碼器的分辨率為40000脈沖/轉(zhuǎn)，即0.009度每轉(zhuǎn)。配套伺服驅(qū)動(dòng)部分采用選用mitsubishi公司生產(chǎn)的型號(hào)為mr-j2s-40a的伺服驅(qū)動(dòng)器；行星減速器3選用nidec-shimpo公司生產(chǎn)的型號(hào)為vrsf-25c-400的行星減速器。其減速比為25，給出的齒輪間隙為15角分。足夠分辨率編碼盤可很容易從市場(chǎng)上購(gòu)買到足夠分辨率的旋轉(zhuǎn)編碼盤。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受所述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。