CN112611561B - 一种电磁谐波活齿传动系统振动测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了测量仪器领域的一种电磁谐波活齿传动系统振动测试装置，以提供一种对柔轮的振动问题进行探究的测试装置，为系统的设计及改进提供理论基础，为了实现上述目的本装置包括设有柔轮的电磁谐波活齿传动装置的本体，还包括横截面为“凵”的支架，电磁谐波活齿传动装置架设于支架之间，且电磁谐波活齿传动装置表面可拆卸设置有端盖，端盖的竖向和轴向都带有圆形的通孔，通孔内都接触有压敏传感装置，压敏传感装置之间连接有一体制造的轴架。本技术方案通过轴架连接三个方位的压敏传感装置，以实现对柔轮自由振动和受迫振动的多向振动研究，随后可以拆卸端盖更换柔轮尺寸，更换柔轮厚度，或者改变磁感应线圈以实现柔轮振动幅度的监测。

Description

一种电磁谐波活齿传动系统振动测试装置

技术领域

本发明属于测量仪器领域，具体是一种电磁谐波活齿传动系统振动测试装置。

背景技术

电磁谐波传动与传统的齿轮传动系统有着很大的区别，电磁谐波传动是由磁场来控制柔轮发生弹性变形从而实现运动传递的一种新型机构。谐波传动分为谐波齿轮传动与摩擦式谐波传动。

在结合了电磁谐波传动和活齿传动的诸多优点的基础上，现有技术CN104767319A公开了机电集成电磁谐波活齿传动。机电集成电磁谐波活齿传动中柔轮壳体的变形是一个磁场与机械场耦合的非线性问题，对其进行磁场分析和磁场结构场的耦合分析至关重要。整个系统在运行中，由于多场作用，难免会产生振动，而整个系统中柔轮是核心部件，对其单独进行振动分析是非常必要的。因此亟需一种对柔轮的振动问题进行探究的测试装置，为系统的设计及改进提供理论基础。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种对柔轮的振动问题进行探究的测试装置，为系统的设计及改进提供理论基础。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种电磁谐波活齿传动系统振动测试装置，包括设有柔轮的电磁谐波活齿传动装置的本体，还包括横截面为“凵”的支架，所述电磁谐波活齿传动装置架设于支架之间，且电磁谐波活齿传动装置表面可拆卸设置有端盖，端盖的竖向和轴向都带有圆形的通孔，通孔内都接触有压敏传感装置，压敏传感装置之间连接有一体制造的轴架；所述轴架与支架之间连接有横轴，支架的中部与电磁谐波活齿传动装置的输出轴连接有自由转盘。

采用上述方案后实现了以下有益效果：1、相对于单一感应器架设的现有技术，本技术方案通过轴架连接三个方位的压敏传感装置，以实现对柔轮自由振动和受迫振动的多向振动研究。

2、相对于采用固定式端盖的现有技术，本技术方案通过拆卸端盖更换柔轮尺寸，更换柔轮厚度，或者改变磁感应线圈以实现柔轮振动幅度的监测。

进一步，所述压敏传感装置包括压力感应器、探头和三连腔室，所述三连腔室沿通孔至感应器的方向依次滑动连接有第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板，所述第一隔板与第二隔板围成受力腔室、第二隔板与第三隔板围成平衡腔室，第三隔板与第四隔板围成感应腔室，所述第一隔板与第四隔板都带有探头，连第一个隔板的探头接触柔轮，连接第四隔板的探头接触压力感应器。

有益效果：1、相对于压力感应器直接测量的现有技术，本技术方案通过隔板带动探头传递压力，将柔轮的不规则振动转化为点触式压力，同时将柔轮振动的幅度转化为隔板运动行程，便于将隔板的振动幅度转化为直线运动。

2、相对于转化点接触的现有技术，本技术方案中利用三连腔室实现腔室之间的距离稳定，以保持测量的精度，保持稳定的原理如下当柔轮振动时，受力腔室受到柔轮传递的力矩，从而被压缩，此时为了维持受力腔室内的压强不变，第一隔板向内移动时，第二隔板向外移动，从而改变了平衡腔室的压强，此时平衡腔室根据相同原理将力矩传递至第四隔板，与第四隔板的从而使第四隔板的探头接触压力感应器，实现振动的测量，其中平衡腔室维持三连腔室内的平衡修正性，即无论受力腔室和感应腔室体积如何变化相对独立的平衡腔室为了维持自身压强稳定，会促使其余腔室体积改变以校对初始的压强。

进一步，所述连接第四隔板的探头外部包裹有拉簧，拉簧接触压力感应器。

有益效果：相对于带有矫正功能的现有技术，本技术方案中拉簧进行回位操作，以保持第一隔板的探头始终接触柔轮。

进一步，自由转盘与支架之间连接有圆头销。

有益效果：相对于轴向设计感应器的现有技术，本技术方案中通过电磁谐波活齿传动装置的输出轴连接转盘，以转盘自身的振动幅度测量柔轮轴向的振动。

进一步，所述任意压力感应器之间线路相互并联。

有益效果：便于压力感应器之间独立工作。

进一步，所述第三隔板朝向第二隔板处带有针孔摄像机，第三隔板与第二隔板之间连接有柔性条，所述柔性条的长度等于自然状态下第三隔板与第二隔板的距离，柔性条一端与第三隔板粘接。

有益效果：相对于采用路径探测仪的现有技术，本技术方案利用柔性条瞬时抵触时偏折的幅度遮蔽针孔摄像机的摄像范围，此时操作人员可以对照此时间点针孔摄像机被遮蔽的视野幅度参考压力感应器的受力，绘制当前振动幅度时柔轮振动产生的轨迹。

附图说明

图1为本技术方案中电磁谐波活齿传动系统振动测试装置的结构图；

图2为图1中轴架的剖面图；

图3为图2中B处的放大图；

图4为薄壳理论下柔轮的受力分析；

图5为初始磁场688HZ的情况下根据测试装置数据构建的模型；

图6为变化磁场4296HZ的情况下根据测试装置数据构建的模型。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：电磁谐波活齿传动装置1、支架2、端盖3、通孔4、轴架5、横轴6、自由转盘7、压力感应器8、探头9、第一隔板10、第二隔板11、第三隔板12、第四隔板13、受力腔室14、平衡腔室15、感应腔室16、柔性条17、拉簧18、针孔摄像机19。

现有技术

以公告号CN104767319A的技术方案为例，此现有技术公开了本技术方案中的电磁谐波活齿传动装置结构，主要包括：机座、端盖、定子组件、柔轮、活齿架、输出轴、活齿、中心轮和轴承，该机座为中空筒体，机座的两端分别通过螺栓固定连接端盖，在该机座的内部设有定子组件，定子组件的外径与上述机座的内径相同，在定子组件的内部置有杯状柔轮，该柔轮为一侧开口的圆柱形壳体，柔轮的外径小于定子组件的内径，柔轮的长度比定子组件的长度长，柔轮的一端与上述机座一端的端盖A固定连接，柔轮的自由端外侧套接活齿架，该活齿架的一端固定连接输出轴，活齿架的壁上设有一周径向通孔，在该径向通孔内设有活齿，该活齿与中心轮内壁的内齿形相啮合，中心轮为环状筒体，该中心轮的外径与上述机座的内径相同，在上述机座另一端的端盖B中部设有轴承，上述输出轴的另一端通过轴承的中部，延伸到端盖B的外部。

实施例

实施例基本如附图1所示：一种电磁谐波活齿传动系统振动测试装置包括设有柔轮的电磁谐波活齿传动装置1的本体，还包括横截面为“凵”的支架2，电磁谐波活齿传动装置1 架设于支架2之间，且电磁谐波活齿传动装置1表面设置有端盖3，端盖3的竖向和轴向都带有圆形的通孔4，通孔4内都接触有压敏传感装置，压敏传感装置之间连接有一体制造的轴架5；轴架5与支架2之间连接有横轴6，支架2的中部与电磁谐波活齿传动装置1的输出轴连接有自由转盘7，自由转盘7与支架2之间连接有圆头销。

请参考图2和图3，压敏传感装置包括压力感应器8、探头9和三连腔室，三连腔室沿通孔4至感应器的方向依次滑动连接有第一隔板10、第二隔板11、第三隔板12和第四隔板13，所述第一隔板10与第二隔板11围成受力腔室14、第二隔板11与第三隔板12围成平衡腔室15，第三隔板12与第四隔板13围成感应腔室16，所述第一隔板10与第四隔板13都带有探头9，连第一个隔板的探头9接触柔轮，连接第四隔板13的探头9接触压力感应器8，连接第四隔板13的探头9外部包裹有拉簧18，拉簧18接触压力感应器8，任意压力感应器 8之间线路相互并联。

第三隔板12朝向第二隔板11处带有针孔摄像机19，第三隔板12与第二隔板11之间连接有柔性条17，所述柔性条17的长度等于自然状态下第三隔板12与第二隔板11的距离，柔性条17一端与第三隔板12粘接，针孔摄像机19位于柔性条17的偏折行程中。

具体实施过程如下：A、前置阶段，此时操作人员将磁谐波活齿传动装置的输出轴连接转盘，随后将轴架5连接的压敏传感装置没入壳体的通孔4内尤其是探头9部位，随后将整体通电，以开始测量。

B、测量阶段，此时引入方位参数形成坐标①柔轮的轴线方向为：α②柔轮的周向方向为：β③柔轮的中面方向为φ；④在截面α的单位宽度上受到的拉压内力用N1表示，平错力用S12表示；⑤在φ截面上单位宽度所受的拉压内力用N2表示，平错力用S21表示。α截面上单位宽度的弯矩用M1表示，扭矩用M12表示，截面φ上单位宽度的弯矩用M2表示，扭矩用M21表示，横向剪力用Q2表示。

(1)相比于柔轮中面最小曲率半径，其厚度尺寸相当小，所以在受力分析中可将其视为薄壳进行处理。

(2)本文假定定子绕组通以三相正弦交流电，假设所通电流保持频率与相位稳定，不会因输入电流不均匀而产生扰动。

(3)将柔轮所受的电磁力均向中面简化，中性面不会伸长，其上的应变为零且将柔轮视为各向同性体。

(4)柔轮的变形量很小，符合小变形条件，变形后仍可按照柱形壳计算，满足力的叠加原理。

请参考图4，随后根据薄壳理论建立了柔轮的一般受力方程，然后经过相应推导和化简，求得了第一类振动方程的微分方程组。随后，引入了电磁感应的影响，推导出了二维电动力学方程及洛伦兹力方程组，把结果带入柔轮的动态受力方程，便求得了柔轮振动的非线性动力学微分方程。

随后在实际测量过程中操作人员对实际数据进行读取，此时在柔轮转动过程中柔轮对不同的探头9进行接触，此时当第一隔板10连接的探头9将力矩传递至受力腔室14从而被压缩，此时为了维持受力腔室14内的压强不变，第一隔板10向内移动时，第二隔板11向外移动，从而改变了平衡腔室15的压强，此时平衡腔室15根据相同原理将力矩传递至第四隔板13，与第四隔板13的从而使第四隔板13的探头9接触压力感应器8，实现振动的测量，其中平衡腔室15维持三连腔室内的平衡修正性，即无论受力腔室14和感应腔室16体积如何变化相对独立的平衡腔室15为了维持自身压强稳定，会促使其余腔室体积改变以校对初始的压强。

将柔轮的不规则振动转化为点触式压力，同时将柔轮振动的幅度转化为隔板运动行程，便于将隔板的振动幅度转化为直线运动。

C、进行数据统计和分析，利用柔性条17瞬时抵触时偏折的幅度遮蔽针孔摄像机19的摄像范围，此时操作人员可以对照此时间点针孔摄像机19被遮蔽的视野幅度参考压力感应器8的受力，绘制当前振动幅度时柔轮振动产生的轨迹。

D、进行变量计算，改变变量为磁场ω为主，此时将初始磁场ω＝688HZ时，柔轮轴线方向，中面方向，周向方向的转动轨迹请参考图5，其中(a)为柔轮轴线方向，其中(b)为周向方向，而(c)为柔轮的中面方向的振动轨迹。

请参考图6，随后将初始磁场改变为ω＝4296HZ时，请参考图5，其中(a)为柔轮轴线方向，其中(b)为周向方向，而(c)为柔轮的中面方向的振动轨迹

在谐波电流的激励下，柔轮的受迫振动也是呈简谐变化的，在固定端，各个方向的振动幅度很小，沿着柔轮轴向方向，其振动幅度也越来越大。同时依然发现和自由振动类似的结论，即随着模态阶数的升高，振幅却逐渐减小，这说明低阶模态是振动的主要形式。

由图5和图6的对比可以发现，柔轮的振型和时间存在一定关系。在柔轮的某一横截面内，随着时间的增加，振幅在减小，在起振的瞬时，振幅比较大，从这里可以说明此运动系统需要平缓启动，从而减少振动。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.一种电磁谐波活齿传动系统振动测试装置，包括设有柔轮的电磁谐波活齿传动装置的本体，其特征在于：还包括横截面为“凵”的支架，所述电磁谐波活齿传动装置架设于支架之间，且电磁谐波活齿传动装置表面设置有端盖，端盖的竖向和轴向都带有圆形的通孔，通孔内都接触有压敏传感装置，压敏传感装置之间连接有一体制造的轴架；所述轴架与支架之间连接有横轴，支架的中部与电磁谐波活齿传动装置的输出轴连接有自由转盘；

所述压敏传感装置包括压力感应器、探头和三连腔室，所述三连腔室沿通孔至压力感应器的方向依次滑动连接有第一隔板、第二隔板、第三隔板和第四隔板，所述第一隔板与第二隔板围成受力腔室、第二隔板与第三隔板围成平衡腔室，第三隔板与第四隔板围成感应腔室，所述第一隔板与第四隔板都带有探头，连第一个隔板的探头接触柔轮，连接第四隔板的探头接触压力感应器。

2.根据权利要求1所述的一种电磁谐波活齿传动系统振动测试装置，其特征在于：所述连接第四隔板的探头外部包裹有拉簧，拉簧接触压力感应器。

3.根据权利要求2所述的一种电磁谐波活齿传动系统振动测试装置，其特征在于：自由转盘与支架之间连接有圆头销。

4.根据权利要求3所述的一种电磁谐波活齿传动系统振动测试装置，其特征在于：所述任意压力感应器之间线路相互并联。

5.根据权利要求4所述的一种电磁谐波活齿传动系统振动测试装置，其特征在于：所述第三隔板朝向第二隔板处带有针孔摄像机，第三隔板与第二隔板之间连接有柔性条，所述柔性条的长度等于自然状态下第三隔板与第二隔板的距离，柔性条一端与第三隔板粘接。

6.根据权利要求5所述的一种电磁谐波活齿传动系统振动测试装置，其特征在于：所述针孔摄像机位于柔性条的偏折行程中。

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