一种减速器专用高低温环境模拟测试设备及试验方法与流程

1.本发明涉及减速器实验测试技术领域，具体为一种减速器专用高低温环境模拟测试设备及试验方法。


背景技术：

2.减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置，在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，其中，用在航空航天领域的减速器，例如太空机械臂上的减速器既要求精度非常高又要求可靠性高，而太空又是一个高低温环境，故减速器必须经过地面高低温测试满足要求后才能上天。
3.现有的常规测试设备为了保证测角精度，整个试验设备放在实验室环境下进行，被测减速器也处在一个良好的环境，然而实际上减速器经常工作在高低温环境下，高低温对润滑脂及传递误差的影响很大(其中，润滑脂的状态能够通过扭矩变化判断其是否合理)，一旦进入严寒的环境或者其它高温环境，精密减速器就会出现传递精度下降(即传递误差增大)，低温启动扭矩增大的缺点，但是常规的测试设备无法测试出来减速器在高低温环境下的传递误差以及润滑脂的状态是否满足使用要求。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种减速器专用高低温环境模拟测试设备及试验方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，包括铸铁平台，所述铸铁平台上依次设置有驱动电机、输入端隔热轴系、模拟环境温箱、输出端隔热轴系、扭矩传感器和扭矩加载器，所述模拟环境温箱的温度范围为-60℃-150℃之间；
6.所述模拟环境温箱内设置有被测减速器，所述被测减速器的输入轴和输出轴上分别安装有输入端联轴器和输出端联轴器；
7.所述驱动电机输出轴通过输入端隔热轴系与输入端联轴器固定连接，所述输出端联轴器通过输出端隔热轴系与所述扭矩传感器固定连接；
8.所述输入端隔热轴系上设置有用于测量输入角的第一测量组件，所述输出端隔热轴系上安装有用于测量输出角的第二测量组件；
9.所述被测减速器一侧安装有用于检测温度的温度测量模块、另一侧安装有泄露检查模块。
10.优选的，所述输入端隔热轴系和输出端隔热轴系结构相同，所述输入端隔热轴系包括第一隔热轴，所述第一隔热轴靠近驱动电机的一端设置有第一法兰、另一端设置有第二法兰，所述第二法兰、第一隔热轴和第一法兰通过多个第一内六角螺钉固定连接；
11.所述输出端隔热轴系包括第二隔热轴，所述第二隔热轴靠近被测减速器的一端设
置有第四法兰、另一端设置有第三法兰，所述第三法兰、第二隔热轴和第四法兰通过多个第二内六角螺钉固定连接。
12.优选的，所述第一隔热轴和第二隔热轴上均开设有第一通孔，所述第一通孔和所述内六角螺钉之间设置有隔热片。
13.优选的，所述第一测量组件包括固定连接在所述第一法兰上的输入端测角圆光栅，所述第一法兰底部设置有输入端测角读数头；
14.所述第二测量组件包括固定连接在所述第三法兰上的输出端测角圆光栅，所述第三法兰底部设置有输出端测角读数头。
15.优选的，所述模拟环境温箱的两侧分别开设有第二通孔和第三通孔，所述第二法兰和所述第四法兰分别贯穿第二通孔和第三通孔与输入端联轴器和输出端联轴器固定连接。
16.优选的，所述第二通孔和输入端联轴器之间以及所述第三通孔和输出端联轴器之间均设置有毛毡。
17.优选的，所述铸铁平台顶部依次固定连接有电机支架、第一安装座、第二安装座和第三安装座；
18.所述输入端测角读数头固定安装在第一安装座顶部，所述输出端测角读数头固定安装在第二安装座顶部；所述驱动电机固定连接在电机支架上；
19.所述被测减速器通过被测变速器安装座规定在所述模拟环境温箱内；
20.所述扭矩传感器固定安装在所述第三安装座顶部。
21.优选的，所述隔热片为聚四氟乙烯隔热片；
22.所述铸铁平台底部设置有多个调平地脚
23.一种减速器专用高低温环境模拟试验方法，包括如下步骤：
24.步骤一，常温下，空载启动试验台，记录扭矩传感器的读数记为t0，输入端测角读数头的读数记为a0以及输出端测角读数头的读数记为b0；
25.步骤二，温度和步骤一对应，扭矩加载器施加扭矩，带载启动试验台，记录下此时扭矩传感器的读数记为t1，输入端测角读数头的读数记为a1以及输出端测角读数头的读数记为b1；
26.依据步骤一和步骤二的数据就可以测得常温的空载启动扭矩和不同载荷下的传递误差。
27.步骤三，温箱下降温度到零下m，并在所述温度保持一段时间，确保减速器内轴承、润滑脂、齿轮等的温度都达到该温度。
28.步骤四，在所述步骤三完成后，在零下m度时，空载启动试验台，记录下此时扭矩传感器的读数记为t2，输入端测角读数头的读数记为a2以及输出端测角读数头的读数记为b2；
29.步骤五，在零下m度时，扭矩加载器施加与所述步骤二相同的扭矩，带载启动试验台，记录下此时扭矩传感器的读数记为t3，输入端测角读数头的读数记为a3以及输出端测角读数头的读数记为b3；
30.依据步骤四和步骤五的数据测得零下低温的空载启动扭矩和不同载荷下的传递误差。
31.步骤六，将温度调高至n度，重复步骤四和步骤五的空载和扭矩加载数据记录，测得高温下的传递误差，同时高温下对泄漏模块进行泄漏检测。
32.步骤七，依据上述测得的数据，获得常温和高低温下的空载启动扭矩数值以及常温和高低温下的传递误差，对比在常温和高低温下的被测减速器的传递误差，同时观察在同一温度下的扭矩变化并根据扭矩变化判断润滑脂状态。
33.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
34.一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，通过铸铁平台上依次设置的驱动电机、第一隔热轴系、模拟环境温箱、第二隔热轴系、扭矩传感器以及扭矩加载器，设置模拟环境温箱内的温度，能够对被测减速器在高低温和常温下的传递误差以及扭矩变化进行检测，其中第一隔热轴系和第二隔热轴系的设置能够将模拟环境温箱内部的温度与外界隔开，减少热交换，为被测减速器提供了可靠的实验环境。
35.一种减速器专用高低温环境模拟测试设备的试验方法，通过对模拟环境温箱内的温度进行调节，记录其分别在常温、低温以及高温下的扭矩传感器、输入端测角读数头以及输出端测角读数头的读数，获得常温和高低温下的空载启动扭矩以及传递误差，通过扭矩变化判断润滑脂的状态，能够对比不同工况下的被测减速器的实际情况，进而保证颜值出的被测减速器在高低温以及常温下均满足精度要求和润滑脂使用要求，为装有减速器的仪器在高低温环境下可靠运行提供了有力保障。
附图说明
36.图1为本发明的测试设备平面剖视图；
37.图2为本发明的输入端隔热轴系平面示意图；
38.图3为本发明的输出端隔热轴系平面示意图。
39.图中：1、驱动电机；2、电机支架；3、输入端测角圆光栅；4、输入端隔热轴系；401、第一法兰；402、第一隔热轴；403、隔热片；404、peek垫片；405、毛毡；406、第二法兰；5、输入端联轴器；6、被测减速器；7、模拟环境温箱；8、输出端联轴器；9、输出端隔热轴系；901、第三法兰；902、第二隔热轴；906、第四法兰；10、输出端测角圆光栅；11、扭矩传感器；12、加载联轴器；13、扭矩加载器；14、输入端测角读数头；15、第一安装座；16、温度测量模块；17、被测变速器安装座；18、泄露检查模块；19、输出端测角读数头；20、第二安装座；21、第三安装座；22、铸铁平台；23、调平地脚。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件所必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
42.此外，应当理解，为了便于描述，附图中所示出的各个部件的尺寸并不按照实际的比例关系绘制，例如某些层的厚度或宽度可以相对于其他层有所夸大。
43.应注意的是，相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义或说明，则在随后的附图的说明中将不需要再对其进行进一步的具体讨论和描述。
44.如图1-图3所示，本发明提供一种技术方案：一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，包括测试设备包括铸铁平台22，铸铁平台22上依次设置有驱动电机1、输入端隔热轴系4、模拟环境温箱7、输出端隔热轴系9、扭矩传感器11和扭矩加载器13，需要知道的是，扭矩传感器11用来测量扭矩，扭矩加载器13对电机施加扭矩，模拟环境温箱7的内部温度为-60℃-150℃之间。
45.模拟环境温箱7内设置有被测减速器6，被测减速器6的输入轴和输出轴上分别安装有输入端联轴器5和输出端联轴器8；
46.驱动电机1输出轴通过输入端隔热轴系4与输入端联轴器5固定连接，输出端联轴器8通过输出端隔热轴系9与扭矩传感器11固定连接，输入端隔热轴系4上设置有用于测量输入角的第一测量组件，输出端隔热轴系9上安装有用于测量输出角的第二测量组件；
47.第一测量组件包括固定连接在第一法兰401上的输入端测角圆光栅3，第一法兰401底部设置有输入端测角读数头14，第二测量组件包括固定连接在第三法兰901上的输出端测角圆光栅10，第三法兰901底部设置有输出端测角读数头19
48.被测减速器6一侧安装有用于检测温度的温度测量模块16、另一侧安装有泄露检查模块18。
49.如图2所示，输入端隔热轴系4和输出端隔热轴系9结构相同，输入端隔热轴系4包括第一隔热轴402，第一隔热轴402靠近驱动电机1的一端设置有第一法兰401、另一端设置有第二法兰406，第二法兰406、第一隔热轴402和第一法兰401通过多个第一内六角螺钉固定连接。
50.如图3所示，输出端隔热轴系9包括第二隔热轴902，第二隔热轴902靠近被测减速器6的一端设置有第四法兰906、另一端设置有第三法兰901，第三法兰901、第二隔热轴902和第四法兰906通过第二内六角螺钉固定连接。需要说明的是，多个第一内六角螺钉从第二法兰406一侧穿入，从第一法兰401处穿出，若设置方向相反，第一内六角螺钉表面与第一法兰401表面接触，将热量传递到输入端测角圆光栅3，起不到隔热的效果，多个第二内六角螺钉从第四法兰906穿入，从第三法兰901处穿出，若设置方向相反，第二内六角螺钉表面与第三法兰901表面接触，将热量传递到输出端测角圆光栅10，起不到隔热的效果。
51.具体的，模拟环境温箱7的两侧分别开设有第二通孔和第三通孔，第二法兰406和第四法兰906分别贯穿第二通孔和第三通孔与输入端联轴器5和输出端联轴器8固定连接。
52.具体的，第一隔热轴402和第二隔热轴902上均开设有第一通孔，第一通孔和内六角螺钉之间设置有隔热片403，其中隔热片403为聚四氟乙烯隔热片，隔热片403的设置极大的减小了内六角螺钉的传热面积。需要说明的是，为了防止内六角螺钉将热量导入输入端测角圆光栅3和输出端测角圆光栅10，在内六角螺钉与隔热片403之间设置隔热性能和强度都较高的peek材料制成的peek垫片404，第一隔热轴402和第二隔热轴902均为大理石隔热轴，第一隔热轴402、第二隔热轴902、隔热片403以及peek垫片404均能够有效阻止模拟环境
温箱7内部温度通过第一法兰401和第三法兰901分别传入到输入端测角圆光栅3和输出端测角圆光栅10处，保证了测量精度的准确。
53.作为一种具体的实施例，第二通孔和输入端联轴器5之间以及第三通孔和输出端联轴器8之间均设置有毛毡405。其模拟环境温箱7两侧分别开设的第二通孔和第三通孔内均设置的毛毡405和第一隔热轴402以及第二隔热轴902之间形成的动密封，有效的将模拟环境温箱7内部的温度和外界隔绝开，减少热交换，为被测减速器6提供了可靠的试验环境。
54.作为一种具体的实施例，铸铁平台22顶部依次固定连接有电机支架2、第一安装座15、第二安装座20和第三安装座21；
55.输入端测角读数头14固定安装在第一安装座15顶部，输出端测角读数头19固定安装在第二安装座20顶部；驱动电机1固定连接在电机支架2上，被测减速器6通过被测变速器安装座17规定在模拟环境温箱7内，扭矩传感器11固定安装在第三安装座21顶部，铸铁平台22底部设置有多个调平地脚23，
56.具体的，驱动电机1采用伺服电机，安装在电机支架2上，驱动电机1的输出轴和第一法兰401相连，第一法兰401上有螺纹孔，第一隔热轴402上开设有第一通孔，将内六角螺钉依次穿入peek垫片404和聚四氟乙烯隔热片，再穿入第二法兰406和第一隔热轴402，最后拧入第一法兰401上的螺纹孔并紧固。
57.第一法兰401上安装有输入端测角圆光栅3，其输入端测角读数头14安装在第一安装座15上，测量被测减速器6的输入角度。第二法兰406通过模拟环境温箱7上开设的第二通孔和被测减速器6的输入轴用输入端联轴器5连接，模拟环境温箱7第二通孔内部设置有毛毡405，与第二法兰406形成动密封，被测减速器6通过被测变速器安装座17规定在模拟环境温箱7内，其上有温度测量模块16和泄露检查模块18。
58.被测减速器6的输出轴通过输出端联轴器8和第四法兰906连接，其中输出端隔热轴系9的结构和输入端隔热轴系4相同，第三法兰901和扭矩传感器11的输入端相连，扭矩传感器11安装在第三安装座21上，扭矩传感器11的输出端通过加载联轴器12和扭矩加载器13相连。电机支架2、第一安装座15、第二安装座20、第三安装座21和扭矩加载器13安装在铸铁平台22上，便于台体的整体运输，铸铁平台22底下有调平地脚23，可对整个铸铁平台22进行调平。
59.一种减速器专用高低温环境模拟试验方法包括如下步骤：
60.步骤一，常温下(在此实施例中，规定常温范围为20℃-30℃之间)，空载启动试验台，记录扭矩传感器11的读数记为t0，输入端测角读数头14的读数记为a0以及输出端测角读数头19的读数记为b0；
61.步骤二，温度和步骤一对应，扭矩加载器13施加扭矩，带载启动试验台，记录下此时扭矩传感器11的读数记为t1，输入端测角读数头14的读数记为a1以及输出端测角读数头19的读数记为b1；
62.依据步骤一和步骤二的数据就能够测得常温的空载启动扭矩和不同载荷下的传递误差。
63.步骤三，温箱下降温度到零下m，并在所述温度保持一段时间，确保减速器内轴承、润滑脂、齿轮等的温度都达到该温度。
64.步骤四，在所述步骤三完成后，在零下m度时，空载启动试验台，记录下此时扭矩传
感器11的读数记为t2，输入端测角读数头14的读数记为a2以及输出端测角读数头19的读数记为b2；
65.步骤五，在零下m度时，扭矩加载器13施加与所述步骤二相同的扭矩，带载启动试验台，记录下此时扭矩传感器11的读数记为t3，输入端测角读数头14的读数记为a3以及输出端测角读数头19的读数记为b3；
66.依据步骤四和步骤五的数据就可以测得零下低温的空载启动扭矩和不同载荷下的传递误差，零下m值可选择不同的零下温度进行试验。
67.步骤六，将温度调高至n度(在此实施例中，规定高温范围为100℃-150℃之间)，重复步骤四和步骤五的空载和扭矩加载数据记录，测得高温下的传递误差，同时高温下对泄漏检查模块18进行泄漏检测。
68.步骤七，依据上述测得的数据，获得常温和高低温下的空载启动扭矩以及常温和高低温下的传递误差，对比常温和高低温下的被测减速器6的传递误差。同时关注在同一温度下扭矩的变化，经过多轮高低温后，润滑脂可能失效，也可能润滑状况改变，这能够根据扭矩的变化来判断，作为润滑脂是否合理(即润滑脂是否满足使用要求)的一个验证依据。
69.需要说明的是，本试验设备的设计思路不仅仅局限于减速器试验，任何高低温下工作的零部件都能够在本试验设备上进行，只要对相关部件参数做调整即可完成。
70.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，其特征在于：所述测试设备包括铸铁平台(22)，所述铸铁平台(22)上依次设置有驱动电机(1)、输入端隔热轴系(4)、模拟环境温箱(7)、输出端隔热轴系(9)、扭矩传感器(11)和扭矩加载器(13)，所述模拟环境温箱(7)的温度范围为-60℃-150℃之间；所述模拟环境温箱(7)内设置有被测减速器(6)，所述被测减速器(6)的输入轴和输出轴上分别安装有输入端联轴器(5)和输出端联轴器(8)；所述驱动电机(1)输出轴通过输入端隔热轴系(4)与输入端联轴器(5)固定连接，所述输出端联轴器(8)通过输出端隔热轴系(9)与所述扭矩传感器(11)固定连接；所述输入端隔热轴系(4)上设置有用于测量输入角的第一测量组件，所述输出端隔热轴系(9)上安装有用于测量输出角的第二测量组件；所述被测减速器(6)一侧安装有用于检测温度的温度测量模块(16)、另一侧安装有泄露检查模块(18)。2.根据权利要求1所述的一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，其特征在于：所述输入端隔热轴系(4)和输出端隔热轴系(9)结构相同，所述输入端隔热轴系(4)包括第一隔热轴(402)，所述第一隔热轴(402)靠近驱动电机(1)的一端设置有第一法兰(401)、另一端设置有第二法兰(406)，所述第二法兰(406)、第一隔热轴(402)和第一法兰(401)通过多个第一内六角螺钉固定连接；所述输出端隔热轴系(9)包括第二隔热轴(902)，所述第二隔热轴(902)靠近被测减速器(6)的一端设置有第四法兰(906)、另一端设置有第三法兰(901)，所述第三法兰(901)、第二隔热轴(902)和第四法兰(906)通过多个第二内六角螺钉固定连接。3.根据权利要求2所述的一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，其特征在于：所述第一隔热轴(402)和第二隔热轴(902)上均开设有第一通孔，所述第一通孔和所述内六角螺钉之间设置有隔热片(403)。4.根据权利要求3所述的一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，其特征在于：所述第一测量组件包括固定连接在所述第一法兰(401)上的输入端测角圆光栅(3)，所述第一法兰(401)底部设置有输入端测角读数头(14)；所述第二测量组件包括固定连接在所述第三法兰(901)上的输出端测角圆光栅(10)，所述第三法兰(901)底部设置有输出端测角读数头(19)。5.根据权利要求2所述的一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，其特征在于：所述模拟环境温箱(7)的两侧分别开设有第二通孔和第三通孔，所述第二法兰(406)和所述第四法兰(906)分别贯穿第二通孔和第三通孔与输入端联轴器(5)和输出端联轴器(8)固定连接。6.根据权利要求5所述的一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，其特征在于：所述第二通孔和输入端联轴器(5)之间以及所述第三通孔和输出端联轴器(8)之间均设置有毛毡(405)。7.根据权利要求4所述的一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，其特征在于：所述铸铁平台(22)顶部依次固定连接有电机支架(2)、第一安装座(15)、第二安装座(20)和第三安装座(21)；所述输入端测角读数头(14)固定安装在第一安装座(15)顶部，所述输出端测角读数头
(19)固定安装在第二安装座(20)顶部；所述驱动电机(1)固定连接在电机支架(2)上；所述被测减速器(6)通过被测变速器安装座(17)安装在所述模拟环境温箱(7)内，所述模拟环境温箱(7)的内部温度为-60℃-150℃之间；所述扭矩传感器(11)固定安装在所述第三安装座(21)顶部。8.根据权利要求3所述的一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，其特征在于：所述隔热片(403)为聚四氟乙烯隔热片；所述铸铁平台(22)底部设置有多个调平地脚(23)。9.一种减速器专用高低温环境模拟测试设备的试验方法，使用了权利要求1-8中任一所述的一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，常温下，空载启动试验台，记录扭矩传感器(11)的读数记为t0，输入端测角读数头(14)的读数记为a0以及输出端测角读数头(19)的读数记为b0；步骤二，温度和步骤一对应，扭矩加载器(13)施加扭矩，带载启动试验台，记录下此时扭矩传感器(11)的读数记为t1，输入端测角读数头(14)的读数记为a1以及输出端测角读数头(19)的读数记为b1；依据步骤一和步骤二的数据就可以测得常温的空载启动扭矩和不同载荷下的传递误差；步骤三，温箱温度下降到零下m，并在所述温度保持一段时间，确保减速器内轴承、润滑脂、齿轮等的温度都达到该温度；步骤四，在所述步骤三完成后，在零下m度时，空载启动试验台，记录下此时扭矩传感器(11)的读数记为t2，输入端测角读数头(14)的读数记为a2以及输出端测角读数头(19)的读数记为b2；步骤五，在零下m度时，扭矩加载器(13)施加与所述步骤二相同的扭矩，带载启动试验台，记录下此时扭矩传感器(11)的读数记为t3，输入端测角读数头(14)的读数记为a3以及输出端测角读数头(19)的读数记为b3；依据步骤四和步骤五的数据测得零下低温的空载启动扭矩和不同载荷下的传递误差；步骤六，将温度调高至n度，重复步骤四和步骤五的空载和扭矩加载数据记录，测得高温下的传递误差，同时高温下对泄漏模块(18)进行泄漏检测；步骤七，依据上述步骤一到步骤六测得的数据，获得常温和高低温下的空载启动扭矩数值以及常温和高低温下的传递误差，对比在常温和高低温下的被测减速器(6)的传递误差，同时观察在同一温度下的扭矩变化并根据扭矩变化判断润滑脂状态。

技术总结
本发明公开了一种减速器专用高低温环境模拟测试设备及试验方法，涉及减速器实验测试技术领域。一种减速器专用高低温环境模拟测试设备，包括铸铁平台，所述铸铁平台上依次设置有驱动电机、输入端隔热轴系、模拟环境温箱、输出端隔热轴系、扭矩传感器和扭矩加载器，所述模拟环境温箱内设置有被测减速器，所述驱动电机输出轴通过输入端隔热轴系与被测减速器的输入轴固定连接，所述被测减速器的输出轴通过输出端隔热轴系与所述扭矩传感器固定连接。本发明能够对被测减速器在高低温和常温下的传递误差以及扭矩变化进行检测，且模拟环境温箱内部的温度与外界隔开，减少热交换，为被测减速器提供了可靠的实验环境。速器提供了可靠的实验环境。速器提供了可靠的实验环境。


技术研发人员：赵向飞 常广 李绍 林锥 王怀喜
受保护的技术使用者：北京京仪仪器仪表研究总院有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/8/28