本发明涉及刚度测量领域，尤其涉及一种谐波减速器静态扭转刚度的测量装置。
背景技术：
谐波齿轮减速器是一种依靠波发生器迫使柔轮椭圆化变形，并与刚轮互相啮合以便传递运动和动力的齿轮传动机构。现已广泛应用于航空航天、机器人、船舶等领域。但谐波齿轮减速器在传动过程中存在传动不平稳、输出精度不足等问题，在以往的分析研究中，为了分析方便，常采用线性系统进行分析，对系统中的非线性因素进行忽略，但谐波齿轮传动会表现出一定的非线性，这些非线性因素也会对系统产生不利影响。因此，本专利设计了一套用于测量谐波齿轮减速器啮合刚度的实验装置，通过实验的方式测量得到扭矩与扭转角度一一对应的关系，它为日后分析基于谐波齿轮减速器驱动机构的振动机理提供参考依据，并为提高谐波齿轮传动精度、降低传动误差等提供了优化方向。
技术实现要素：
本发明所述的一种谐波齿轮减速器静态扭转刚度的测量装置，通过实验的手段得到扭矩与扭转角度一一对应的关系。
本发明采用的技术方案为一种谐波减速器静态扭转刚度的测量装置，该装置包括步进电机(1)，第一联轴器(2)，谐波齿轮减速器(3)，谐波减速器支撑架(4)，第二联轴器(5)，第一皮带轮(6)，动态扭矩传感器(7)，第二皮带轮(8)，第三联轴器(9)，磁粉制动器(10)，第二编码器(11)，第四皮带轮(12)，第二皮带(13)，第一皮带(14)，第三皮带轮(15)，第一编码器(16)。
步进电机(1)通过第一联轴器(2)与谐波齿轮减速器(3)相连接，步进电机(1)用于提供驱动扭矩。谐波齿轮减速器(3)通过螺丝连接在谐波减速器支撑架(4)上。谐波齿轮减速器(3)通过第二联轴器(5)与动态扭矩传感器(7)相连。动态扭矩传感器(7)的输入轴上有第一皮带轮(6)，第一皮带轮(6)通过第一皮带(14)连接到第三皮带轮(15)，第三皮带轮(15)与第一编码器(16)相连，第一编码器(16)用于测量动态扭矩传感器(6)输入端的角位移。动态扭矩传感器(6)的输出轴上有第二皮带轮(8)，第二皮带轮(8)通过第二皮带(13)与第四皮带轮(12)相连，第三皮带轮(12)与第二编码器(11)相连，第二编码器(11)用于测量动态扭矩传感器(7)输出端的角位移。两个编码器所测角位移之差为动态扭矩传感器(7)消耗的扭转角度。动态扭矩传感器(7)的输出轴通过第三联轴器(9)与磁粉制动器(10)相连，磁粉制动器(10)用来设定负载。
本装置通过测量输出部分的扭矩值和输入的脉冲数，而由于输入脉冲数与输入角度是一一对应关系，因此建立谐波齿轮减速器输出级的扭转刚度与扭转角度间的函数关系。由于动态扭矩传感器(7)中存在弹性轴，需要减去谐波齿轮减速器(3)本身消耗的扭转角度。而且谐波齿轮减速器(3)存在柔轮这一弹性体，所以在计算时需要通过柔度的关系进行扭转刚度换算。谐波齿轮减速器(3)的扭转刚度用以下表达式表示：
式中
θ0为步进电机(1)的输入角位移；
i表示谐波齿轮减速器(3)的理论传动比；
θi表示步进电机(1)的输入角度；
θs表示扭矩传感器(7)本身消耗的扭转角度，而消耗的扭转角度通过两个编码器的数据差计算得到。
这里使用n表示步进电机(1)实时输入的脉冲数，t表示扭矩传感器对应的扭矩值，ks表示动态扭矩传感器(7)自身的扭转刚度，则输入级真实的扭转角度表示为
将公式(1)和公式(2)进行综合即可得到谐波齿轮减速器(3)的扭转刚度。
鉴于本发明的上述内容，本发明具有如下优点：
1、本装置结构简单，便于操作；
2、通用性强，互换性好，对于测量不同型号的谐波齿轮减速器，只需替换部分元件即可；
3、基于间接测量方法对谐波齿轮减速器的扭转刚度进行测量，整个测试过程当中不会影响被测件的精度和传动特性；
4、本测试装置结构件加工精度要求低，具有良好的经济性。
附图说明
图1为测试装置示意图；
图2为测试装置俯视图。
图中：1、步进电机，2、第一联轴器，3、谐波齿轮减速器，4、谐波齿轮支撑架，5、第二联轴器，6、第一皮带轮，7、动态扭矩传感器，8、第二皮带轮，9、第三联轴器，10、磁粉制动器，11、第二编码器，12、第四皮带轮，13第二皮带，14、第一皮带，15、第三皮带轮，16、第一编码器。
具体实施方式
下面结合图1、图2对本发明的具体实施做进一步说明：
本发明所述的一种谐波齿轮减速器啮合扭转刚度的测量装置，通过实验的手段得到扭矩与扭转角度一一对应的关系。本装置包括步进电机(1)，第一联轴器(2)，谐波齿轮减速器(3)，谐波减速器支撑架(4)，第二联轴器(5)，第一皮带轮(6)，动态扭矩传感器(7)，第二皮带轮(8)，第三联轴器(9)，磁粉制动器(10)，第二编码器(11)，第四皮带轮(12)，第二皮带(13)，第一皮带(14)，第三皮带轮(15)，第一编码器(16)。
步进电机(1)通过第一联轴器(2)与谐波齿轮减速器(3)相连接，步进电机(1)用于提供驱动扭矩。谐波齿轮减速器(3)通过螺丝连接在谐波减速器支撑架(4)上。谐波齿轮减速器(3)通过第二联轴器(5)与动态扭矩传感器(7)相连。动态扭矩传感器(7)的输入轴上有第一皮带轮(6)，第一皮带轮(6)通过第一皮带(14)连接到第三皮带轮(15)，第三皮带轮(15)与第一编码器(16)相连，第一编码器(16)用于测量动态扭矩传感器(6)输入端的角位移。动态扭矩传感器(6)的输出轴上有第二皮带轮(8)，第二皮带轮(8)通过第二皮带(13)与第四皮带轮(12)相连，第三皮带轮(12)与第二编码器(11)相连，第二编码器(11)用于测量动态扭矩传感器(7)输出端的角位移。两个编码器所测角位移之差为动态扭矩传感器(7)消耗的扭转角度。动态扭矩传感器(7)的输出轴通过第三联轴器(9)与磁粉制动器(10)相连，磁粉制动器(10)用来设定负载。
本装置主要是通过测量输出部分的扭矩值和输入的脉冲数，而由于输入脉冲数与输入角度是一一对应关系，因此可以建立该型号的谐波齿轮减速器输出级的扭转刚度与扭转角度间的函数关系。由于动态扭矩传感器(7)中存在弹性轴，需要减去其本身消耗的扭转角度。而且谐波齿轮减速器(3)中为柔轮，所以在计算时需要通过柔度的关系进行扭转刚度换算。则谐波齿轮减速器(3)的扭转刚度可以用以下表达式进行表示
式中
θ0为步进电机(1)的输入角位移；
i表示谐波齿轮减速器(3)的理论传动比；
θi表示步进电机(1)的输入角度；
θs表示扭矩传感器(7)本身消耗的扭转角度，而消耗的扭转角度可以通过两个编码器的数据差得到。
这里使用n表示步进电机(1)实时输入的脉冲数，t表示扭矩传感器对应的扭矩值，ks表示动态扭矩传感器(7)自身的扭转刚度，则输入级真实的扭转角度可以表示为
将上面两个公式进行综合即可得到谐波齿轮减速器(3)的扭转刚度。
本发明的应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选方案，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。