减速机性能测试平台及其测试方法与流程

本发明涉及减速机性能测试技术领域，具体提供一种减速机性能测试平台及其测试方法。

背景技术：

目前，普遍使用的减速机转矩传递测试方案是通过磁粉制动器在减速机输出端侧加载恒定负载转矩。但此方案在运行时功能单一，表现在：①磁粉制动器只能加载恒定转矩，而不能实现加载如正弦转矩等随时间变化的负载转矩形式；②不能实现减速机反驱性能测试，如不能提供随时间变化的(一般用时间函数描述的)反驱测试转速；从而无法满足减速机加载持续变化的转速和转矩的测试需求。

有鉴于此，特提出本发明。

技术实现要素：

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种减速机性能测试平台及其测试方法，其结构合理、功能多，易操作，可很好的满足减速机加载持续变化的转速和转矩的测试需求。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种减速机性能测试平台，包括上位机、输入侧单元和输出侧单元，其中，所述输入侧单元具有一输入伺服电机、一与所述输入伺服电机的动力输出轴相连接的增速器、一与所述增速器的输出端相连接的输入转矩转速传感器、以及一与所述上位机传信连接并能够控制所述输入伺服电机工作的第一伺服驱动器，所述输出侧单元具有一输出伺服电机、一与所述输出伺服电机的动力输出轴相连接的陪测减速器、一与所述陪测减速器的输出端相连接的输出转矩转速传感器、以及一与所述上位机传信连接并能够控制所述输出伺服电机工作的第二伺服驱动器，且所述输入转矩转速传感器和所述输出转矩转速传感器还分别对应与被测减速机的输入端和输出端相连接。

作为本发明的进一步改进，所述输入伺服电机的最大输出转速不低于所述被测减速机的最大输入转速；所述输入伺服电机的额定输出转速不低于所述被测减速机的容许平均输入转速的最大值；所述输入伺服电机的额定输出转矩不低于所述被测减速机的容许平均输入转矩的最大值。

作为本发明的进一步改进，所述输出伺服电机的额定输出转矩t2满足以下关系式：n1*t2*η＞t0，n1*t2*m*η＞t1；式中的n1为所述陪测减速器的减速比，η为所述陪测减速器的传递效率，m为所述输出伺服电机的转矩最大允许过载倍数，t0为所述被测减速机的平均负载转矩容许的最大值，t1为所述被测减速机的最大加减速转矩。

作为本发明的进一步改进，在所述第一伺服驱动器与所述输入伺服电机的控制端之间还连接有第一泄放电阻；在所述第二伺服驱动器与所述输出伺服电机的控制端之间还连接有第二泄放电阻。

作为本发明的进一步改进，所述陪测减速器的输出端和所述被测减速机的输出端各分别通过一联轴器与所述输出转矩转速传感器的两端相连接。

作为本发明的进一步改进，所述输入伺服电机、所述增速器、所述输入转矩转速传感器、所述被测减速机、所述输出转矩转速传感器、所述陪测减速器和所述输出伺服电机沿线性依次排布。

本发明还提供了一种所述减速机性能测试平台的测试方法，按下述步骤进行：

步骤1)：所述上位机传信给所述第一伺服驱动器，以控制所述输入伺服电机在转速模式下按照恒转速运行；

同时，所述上位机传信给所述第二伺服驱动器，以控制所述输出伺服电机处于转矩模式，并还控制所述输出伺服电机的输出转矩随时间变化；

步骤2)：根据所述被测减速机的最大加减速转矩t1和所述陪测减速器的传递效率η来调整所述输出伺服电机的输出转矩峰值，以使得所述被测减速机的输出转矩峰值t2≤t1；

同时，在一个完整的转矩加载周期内，还应控制所述被测减速机的输出转矩均方根值不超过所述被测减速机的平均负载转矩容许的最大值t0；

步骤3)：采样所述被测减速机在若干个转矩加载周期内的输入转速、输出转速、输入转矩和输出转矩，并以时间值为横坐标、转速和转矩值为纵坐标来绘制曲线；

a)、对比若干时间点所对应的输入转速值和输出转速值，其差异值即表征所述被测减速机速度传递的精度性能；

b)、根据公式p＝(t*n)/9550，式中t为每个采样时间点所对应的输入转矩值或者输出转矩值，n为每个采样时间点所对应的输入转速或者输出转速；来计算出所述被测减速机在每个采样时间点所对应的输入功率和输出功率，然后再计算出所述被测减速机在一个转矩加载周期内的输入功率均方根值p1和输出功率均方根值p2，而p2与p1的比值即为所述被测减速机的传递效率。

本发明还提供了一种所述减速机性能测试平台的测试方法，按下述步骤进行：

步骤1)：所述上位机传信给所述第二伺服驱动器，以控制所述输出伺服电机在转矩模式下按照恒转矩运行；并使得所述被测减速机的输出转矩值等于所述被测减速机的平均负载转矩容许的最大值t0；

同时，所述上位机传信给所述第一伺服驱动器，以控制所述输入伺服电机处于转速模式，并还控制所述输入伺服电机的输出转速随时间变化；

步骤2)：根据所述被测减速机的最大输入转速n1来调整所述输入伺服电机的输出转速峰值，以使得所述被测减速机的输入转速峰值n2≤n1；

同时，在一个完整的转速加载周期内，还应控制所述被测减速机的输入转速均方根值不超过所述被测减速机的容许平均输入转速；

步骤3)：采样所述被测减速机在若干个转速加载周期内的输入转速、输出转速、输入转矩和输出转矩，并以时间值为横坐标、转速和转矩值为纵坐标来绘制曲线；

a)、对比若干时间点所对应的输入转速值和输出转速值，其差异值即表征所述被测减速机速度传递的精度性能；

b)、根据公式p＝(t*n)/9550，式中t为每个采样时间点所对应的输入转矩值或者输出转矩值，n为每个采样时间点所对应的输入转速或者输出转速；来计算出所述被测减速机在每个采样时间点所对应的输入功率和输出功率，然后再计算出所述被测减速机在一个转速加载周期内的输入功率均方根值p1和输出功率均方根值p2，而p2与p1的比值即为所述被测减速机的传递效率。

本发明还提供了一种所述减速机性能测试平台的测试方法，按下述步骤进行：

步骤1)：所述上位机传信给所述第二伺服驱动器，以控制所述输出伺服电机在转速模式下按照恒转速运行；并使得所述被测减速机的输出转速值等于所述被测减速机的额定输出转速；

同时，所述上位机传信给所述第一伺服驱动器，以控制所述输入伺服电机处于转矩模式，并还控制所述输入伺服电机的输出转矩随时间变化；

步骤2)：根据所述被测减速机的最大加减速转矩t1来调整所述输入伺服电机的输出转矩峰值，以使得所述被测减速机的输出转矩峰值t2≤t1；

同时，在一个完整的转矩加载周期内，还应控制所述被测减速机的输出转矩均方根值不超过所述被测减速机的平均负载转矩容许的最大值t0；

步骤3)：采样所述被测减速机在若干个转矩加载周期内的输入转速、输出转速、输入转矩和输出转矩，并以时间值为横坐标、转速和转矩值为纵坐标来绘制曲线；

a)、对比若干时间点所对应的输入转速值和输出转速值，其差异值即表征所述被测减速机速度传递的精度性能；

b)、根据公式p＝(t*n)/9550，式中t为每个采样时间点所对应的输入转矩值或者输出转矩值，n为每个采样时间点所对应的输入转速或者输出转速；来计算出所述被测减速机在每个采样时间点所对应的输入功率和输出功率，然后再计算出所述被测减速机在一个转矩加载周期内的输入功率均方根值p1和输出功率均方根值p2，而p2与p1的比值即为所述被测减速机的传递效率。

本发明的有益效果是：本发明所述的输入侧单元和输出侧单元，均采用伺服电机和变速机构(增速器或者陪测减速器)组合的形式；借由这种组合形式，并在利用伺服电机的转速模式和转矩模式条件下，可通过所述上位机传信给伺服驱动器，以实现驱动伺服电机随时间变化的或恒定的转速/转矩输出，进而实现减速机在加载随时间变化的运行工况下的性能测试，包括：①被测减速机按额定功率(恒转速和时变力矩加载)运行时的速度传递精度、效率和寿命测试；②被测减速机按额定功率(时变转速和恒力矩加载)运行时的速度传递精度、效率和寿命测试；③被测减速机反向驱动下按额定功率(恒转速反向驱动和时变力矩加载)运行时的速度传递精度、效率和寿命测试；等等；很好的满足了减速机加载持续变化的转速和转矩的测试需求。

附图说明

图1为本发明所述减速机性能测试平台的工作原理方框图；

图2为本发明所述减速机性能测试平台的局部结构示意图。

结合附图，作以下说明：

1—上位机；20—输入伺服电机；21—增速器；22—输入转矩转速传感器；23—第一伺服驱动器；24—第一泄放电阻；30—输出伺服电机；31—陪测减速器；32—输出转矩转速传感器；33—第二伺服驱动器；34—第二泄放电阻；35—联轴器；4—被测减速机。

具体实施方式

以下藉由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技艺的人士可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技艺的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。另外，于本说明书中所述的“第一”、“第二”等仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围。

实施例1：

请参阅附图1和附图2所示，分别为本发明所述减速机性能测试平台的工作原理方框图和局部结构示意图。

本发明所述减速机性能测试平台包括上位机1、输入侧单元和输出侧单元，其中，所述输入侧单元具有一输入伺服电机20、一与所述输入伺服电机20的动力输出轴相连接的增速器21、一与所述增速器21的输出端相连接的输入转矩转速传感器22、以及一与所述上位机1传信连接并能够控制所述输入伺服电机20工作的第一伺服驱动器23，所述输出侧单元具有一输出伺服电机30、一与所述输出伺服电机30的动力输出轴相连接的陪测减速器31、一与所述陪测减速器31的输出端相连接的输出转矩转速传感器32、以及一与所述上位机1传信连接并能够控制所述输出伺服电机30工作的第二伺服驱动器33，且所述输入转矩转速传感器22和所述输出转矩转速传感器32还分别对应与被测减速机4的输入端和输出端相连接。

在本实施例中，优选的，所述输入伺服电机20的最大输出转速不低于所述被测减速机4的最大输入转速；所述输入伺服电机20的额定输出转速不低于所述被测减速机4的容许平均输入转速的最大值；所述输入伺服电机20的额定输出转矩不低于所述被测减速机4的容许平均输入转矩的最大值。

所述增速器21，其根据所述输入伺服电机20的额定转速是否满足被测减速机4持续运行测试时所需的输入转速决定是否增加，即当所述输入伺服电机20的额定转速不满足被测减速机4持续运行测试时所需的最高输入转速时，通过增速器放大后，给被测减速机4输入端提供持续运行的高转速。

在本实施例中，优选的，所述输出伺服电机30的额定输出转矩t2满足以下关系式：n1*t2*η＞t0，n1*t2*m*η＞t1；式中的n1为所述陪测减速器31的减速比，η为所述陪测减速器31的传递效率，m为所述输出伺服电机30的转矩最大允许过载倍数，t0为所述被测减速机4的平均负载转矩容许的最大值，t1为所述被测减速机4的最大加减速转矩。

在本实施例中，优选的，在所述第一伺服驱动器23与所述输入伺服电机20的控制端之间还连接有第一泄放电阻24，所述第一泄放电阻24能够确保所述输入伺服电机20在转矩工作模式时，被动拖动时产生的能量被消耗；在所述第二伺服驱动器33与所述输出伺服电机30的控制端之间还连接有第二泄放电阻34，所述第二泄放电阻34能够确保所述输出伺服电机30在转矩工作模式时，被动拖动时产生的能量被消耗。

优选的，所述陪测减速器31的输出端和所述被测减速机4的输出端各分别通过一联轴器35与所述输出转矩转速传感器32的两端相连接。

优选的，所述输入伺服电机20、所述增速器21、所述输入转矩转速传感器22、所述被测减速机4、所述输出转矩转速传感器32、所述陪测减速器31和所述输出伺服电机30沿线性依次排布。

因本发明所述减速机性能测试平台的输入侧单元和输出侧单元均采用“伺服电机和变速机构(增速器或者陪测减速器)”组合的形式，借由这种组合形式，并在利用伺服电机的转速模式和转矩模式条件下，可通过所述上位机传信给伺服驱动器，以实现驱动伺服电机随时间变化的或恒定的转速/转矩输出，并进而实现减速机在加载随时间变化的运行工况下的性能测试。

以下举例说明所述减速机性能测试平台的几种测试方法，分别为：

实施例2：

所述减速机性能测试平台的测试方法，按下述步骤进行：

步骤1)：所述上位机1传信给所述第一伺服驱动器23，以控制所述输入伺服电机20在转速模式下按照恒转速运行，可设定所述输入伺服电机20的输出转速等于所述被测减速机4的额定输入转速；

同时，所述上位机1传信给所述第二伺服驱动器33，以控制所述输出伺服电机30处于转矩模式，并还控制所述输出伺服电机30的输出转矩随时间变化；一般该时变转矩是关于时间的周期函数，如asin(time*pi)，a为转矩振幅，time是时间，pi是圆周率；

步骤2)：根据所述被测减速机4的最大加减速转矩t1和所述陪测减速器31的传递效率η来调整所述输出伺服电机30的输出转矩峰值，以使得所述被测减速机4的输出转矩峰值t2≤t1(本例可优选设定t2＝t1)；

同时，在一个完整的转矩加载周期内，还应控制所述被测减速机4的输出转矩均方根值不超过所述被测减速机4的平均负载转矩容许的最大值t0；

步骤3)：采样所述被测减速机4在若干个转矩加载周期内的输入转速、输出转速、输入转矩和输出转矩，并以时间值为横坐标、转速和转矩值为纵坐标来绘制曲线；

a)、对比若干时间点所对应的输入转速值和输出转速值，其差异值即表征所述被测减速机4速度传递的精度性能；

b)、根据公式p＝(t*n)/9550，式中t为每个采样时间点所对应的输入转矩值或者输出转矩值，n为每个采样时间点所对应的输入转速或者输出转速；来计算出所述被测减速机4在每个采样时间点所对应的输入功率和输出功率，然后再计算出所述被测减速机4在一个转矩加载周期内的输入功率均方根值p1和输出功率均方根值p2，而p2与p1的比值(即p2/p1)即为所述被测减速机4的传递效率。

本实施例2示出了被测减速机按额定功率(恒转速和时变力矩加载)运行时的速度传递精度、效率和寿命测试方法，由于运行周期里包括了被测减速机最大加减速转矩、连续运行转矩两个应用转矩区域，长期持续运行时，可较为真实地模拟出被测减速机在这种应用工况下的寿命、温度等性能。此外，通过定期绘制功率传递效率曲线，当效率呈现明显下降时，即表征被测减速机性能寿命的终结。

实施例3：

所述减速机性能测试平台的测试方法，按下述步骤进行：

步骤1)：所述上位机1传信给所述第二伺服驱动器33，以控制所述输出伺服电机30在转矩模式下按照恒转矩运行；并使得所述被测减速机4的输出转矩值等于所述被测减速机4的平均负载转矩容许的最大值t0；

同时，所述上位机1传信给所述第一伺服驱动器23，以控制所述输入伺服电机20处于转速模式，并还控制所述输入伺服电机20的输出转速随时间变化；一般该时变转速是关于时间的周期函数，如asin(time*pi)，a为转速振幅，time是时间，pi是圆周率；

步骤2)：根据所述被测减速机4的最大输入转速n1来调整所述输入伺服电机20的输出转速峰值，以使得所述被测减速机4的输入转速峰值n2≤n1(本例可优选设定n2＝n1)；

同时，在一个完整的转速加载周期内，还应控制所述被测减速机4的输入转速均方根值不超过所述被测减速机4的容许平均输入转速；

步骤3)：采样所述被测减速机4在若干个转速加载周期内的输入转速、输出转速、输入转矩和输出转矩，并以时间值为横坐标、转速和转矩值为纵坐标来绘制曲线；

a)、对比若干时间点所对应的输入转速值和输出转速值，其差异值即表征所述被测减速机4速度传递的精度性能；

b)、根据公式p＝(t*n)/9550，式中t为每个采样时间点所对应的输入转矩值或者输出转矩值，n为每个采样时间点所对应的输入转速或者输出转速；来计算出所述被测减速机4在每个采样时间点所对应的输入功率和输出功率，然后再计算出所述被测减速机4在一个转速加载周期内的输入功率均方根值p1和输出功率均方根值p2，而p2与p1的比值(即p2/p1)即为所述被测减速机4的传递效率。

本实施例3示出了被测减速机按额定功率(时变转速和恒力矩加载)运行时的速度传递精度、效率和寿命测试方法，由于运行周期里包括了被测减速机最大加减速转速、连续运行转速两个应用转速区域，长期持续运行时，可较为真实地模拟出被测减速机在这种应用工况下的寿命、温度等性能。此外，通过定期绘制功率传递效率曲线，当效率呈现明显下降时，即表征被测减速机性能寿命的终结。

实施例4：

所述减速机性能测试平台的测试方法，按下述步骤进行：

步骤1)：所述上位机1传信给所述第二伺服驱动器33，以控制所述输出伺服电机30在转速模式下按照恒转速运行；并使得所述被测减速机4的输出转速值等于所述被测减速机4的额定输出转速；

同时，所述上位机1传信给所述第一伺服驱动器23，以控制所述输入伺服电机20处于转矩模式，并还控制所述输入伺服电机20的输出转矩随时间变化；一般该时变转矩是关于时间的周期函数，如asin(time*pi)，a为转矩振幅，time是时间，pi是圆周率；

步骤2)：根据所述被测减速机4的最大加减速转矩t1来调整所述输入伺服电机20的输出转矩峰值，以使得所述被测减速机4的输出转矩峰值t2≤t1(本例可优选设定t2＝t1)；

同时，在一个完整的转矩加载周期内，还应控制所述被测减速机4的输出转矩均方根值不超过所述被测减速机4的平均负载转矩容许的最大值t0；

步骤3)：采样所述被测减速机4在若干个转矩加载周期内的输入转速、输出转速、输入转矩和输出转矩，并以时间值为横坐标、转速和转矩值为纵坐标来绘制曲线；

a)、对比若干时间点所对应的输入转速值和输出转速值，其差异值即表征所述被测减速机4速度传递的精度性能；

b)、根据公式p＝(t*n)/9550，式中t为每个采样时间点所对应的输入转矩值或者输出转矩值，n为每个采样时间点所对应的输入转速或者输出转速；来计算出所述被测减速机4在每个采样时间点所对应的输入功率和输出功率，然后再计算出所述被测减速机4在一个转矩加载周期内的输入功率均方根值p1和输出功率均方根值p2，而p2与p1的比值(即p2/p1)即为所述被测减速机4的传递效率。

本实施例4示出了被测减速机反向驱动下按额定功率(恒转速反向驱动和时变力矩加载)运行时的速度传递精度、效率和寿命测试方法，由于运行周期里包括了被测减速机最大加减速转矩、连续运行转矩两个应用转矩区域，长期持续运行时，可较为真实地模拟出被测减速机在这种应用工况下的寿命、温度等性能。此外，通过定期绘制功率传递效率曲线，当效率呈现明显下降时，即表征被测减速机性能寿命的终结。

另外，除上述三种测试方法外，借由所述减速机性能测试平台还可实现其它多种测试需求，如：还可实现多种转速和转矩组合叠加加载需求下的减速机性能测试。

综上所述，本发明所述减速机性能测试平台的结构合理、功能多，易操作，可很好的满足减速机加载持续变化的转速和转矩的测试需求。

上述实施方式仅例示性说明本发明的功效，而非用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为在本发明的保护范围内。