混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺的製作方法

2023-05-10 17:09:01

混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺,為克服現有技術加載方式簡單，不能反映伺服驅動系統的實際工況的問題，試驗臺包括有伺服電機支撐部分、慣量加載部分、扭矩加載部分、振動溫溼度加載部分和自動控制部分。伺服電機支撐部分安裝在地平鐵(1)的左側，慣量加載部分安裝在伺服電機支撐部分右側的地平鐵(1)上，扭矩加載部分安裝在慣量加載部分右側的地平鐵(1)上；被測的伺服電機(11)和慣量加載部分中的階梯軸(8)左端聯軸器連接，慣量加載部分的階梯軸(8)右端和扭矩加載部分的測功機(2)輸出軸聯軸器連接，振動溫溼度加載部分的RS-232C埠與自動控制部分的工控機(13)的RS-232C埠電線連接。
【專利說明】混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種應用於伺服驅動系統可靠性的試驗裝置，更確切地說，本發明涉 及一種對伺服驅動系統實現慣量和扭矩加載並進行可靠性試驗的混合加載伺服驅動系統 可靠性試驗臺。

【背景技術】
[0002] 數控技術的發展為製造業的騰飛創造了機會，數控工具機的性能和使用數量是衡量 一個國家工業發展的重要標準。我國現在已經是數控工具機生產及使用大國，所研發的數控 工具機在精度、速度、多軸聯動控制等性能上已經有很大進步，但數控工具機的主要組成部件一 伺服驅動系統，其性能和可靠性水平與國際先進產品仍有一定的差距，還有待提高。伺服驅 動系統現已成為國產數控工具機業發展的瓶頸之一，急待於解決此問題。因此，研究開發伺服 驅動系統可靠性試驗裝置和試驗技術具有極其重要的實際意義，伺服驅動系統可靠性水平 的提高對整機可靠性水平的提高起著重要的作用。
[0003] 我國的伺服驅動系統可靠性試驗研究起步較晚，目前僅有一些加載方法簡單的可 靠性試驗裝置。例如，某些試驗臺可以對伺服驅動系統伺服電機進行空運轉試驗，或者採用 簡單的機械加載，試驗模擬的工況與真實工況有很大的差距，不能在試驗中快速、準確的找 到故障部位及故障原因。


【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是克服了目前伺服驅動系統可靠性試驗臺加載方式 簡單，不能反映伺服驅動系統的實際工況的問題，提供了一套能夠模擬實際工況，對伺服驅 動系統進行扭矩和慣量混合加載的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明是採用如下技術方案實現的：所述的混合加載伺服 驅動系統可靠性試驗臺包括有伺服電機支撐部分、慣量加載部分、扭矩加載部分、振動溫溼 度加載部分和自動控制部分。
[0006] 伺服電機支撐部分安裝在地平鐵的左側，慣量加載部分安裝在伺服電機支撐部分 右側的地平鐵上，扭矩加載部分安裝在慣量加載部分右側的地平鐵上；安裝在伺服電機支 撐部分中的伺服電機支撐座上的被測的伺服電機的輸出軸採用2號膜片聯軸器和慣量加 載部分中的階梯軸的左端連接，慣量加載部分中的階梯軸的右端採用1號膜片聯軸器和扭 矩加載部分中的測功機的輸出軸連接，測功機輸出軸的迴轉軸線、1號膜片聯軸器的迴轉 軸線、階梯軸的迴轉軸線、2號膜片聯軸器的迴轉軸線與被測的伺服電機的迴轉軸線共線； 振動溫溼度加載部分即振動溫溼度試驗箱的RS-232C埠與自動控制部分中的工控機的 RS-232C埠電線連接，自動控制部分中的伺服放大器的電源接口與被測的伺服電機電線 連接。
[0007] 技術方案中所述的伺服電機支撐部分包括伺服電機支撐座和電機調節墊板。所述 的伺服電機支撐座由底板與垂直支撐壁焊接或機械連接而成，底板與垂直支撐壁底端的左 /右側面接觸連接，底板的底端面與垂直支撐壁的底端面共面，底板與垂直支撐壁之間的夾 角為90度；底板為倒"T"字型等橫截面的板類結構件，其四角處對稱地設置有四個U型開 口，垂直支撐壁的中心處設置有圓通孔，圓通孔直徑大於被測的伺服電機輸出軸的直徑，圓 通孔周圍均勻分布有四個沿圓通孔徑向方向的結構相同的安裝不同型號的被測的伺服電 機的長條通孔。電機調節墊板安裝在伺服電機支撐座的下面，伺服電機支撐座的底面與電 機調節墊板的頂端面接觸連接。
[0008] 技術方案中所述的電機調節墊板包括有上楔形板、鎖緊螺母、下楔形板、絲母和絲 杆。所述的上楔形板為矩形的從左至右具有斜度的板類結構件，上楔形板的中間處焊接一 個支撐座，支撐座中心處設置有圓通孔，圓通孔迴轉軸線與上楔形板的縱向對稱面共面，在 圓通孔周圍均布四個螺紋孔；中心處設置有螺紋孔的絲母安裝在支撐座內，支撐座的兩側 對稱地設置有相互平行的橫截面為矩形的導軌。所述的下楔形板為矩形的從左至右具有斜 度的板類結構件，下楔形板從左至右具有的斜度與上楔形板從左至右具有的斜度相同，但 斜度方向相反，下楔形板左右兩端各焊接一個支撐臺，左右兩支撐臺的中心處皆設置有圓 通孔，絲杆插入下楔形板（25)左右兩端支撐臺的圓通孔中，下楔形板左右兩端支撐臺的兩 側對稱地設置有相互平行的橫截面為矩形的導軌槽。上楔形板安裝在下楔形板上，安裝在 上楔形板上的支撐座內的絲母套裝在絲杆上，上楔形板上的兩條導軌裝入下楔形板上的兩 條導軌槽中，鎖緊螺母安裝在從右端的支撐臺圓通孔中伸出的絲杆的右端上。
[0009] 技術方案中所述的慣量加載部分還包括1號軸承支撐裝置、套筒、慣量加載裝置 和2號軸承支撐裝置。階梯軸從右到左依次設置有1號至7號不同直徑的軸段，慣量加載 裝置套裝在階梯軸的3號軸段上，慣量加載裝置中的慣量盤的左端面與階梯軸上的4號軸 段的右端面接觸連接，套筒的左端面和慣量加載裝置中的慣量盤的右端面接觸連接，套筒 的右端面和1號軸承支撐裝置中的左端蓋的左端面接觸連接，並且套筒和1號軸承支撐裝 置套裝在階梯軸的2號軸段上，2號軸承支撐裝置套裝在階梯軸的6號軸段上，2號軸承支 撐裝置的右端蓋右端面與階梯軸上的5號軸段的左端面接觸連接，1號軸承支撐裝置與2號 軸承支撐裝置採用螺栓固定在地平鐵（1)上。
[0010] 技術方案中所述的1號軸承支撐裝置與2號軸承支撐裝置結構相同；所述的1號 軸承支撐裝置包括右端蓋、卡簧、軸承、軸承座和左端蓋。所述的左端蓋的迴轉軸線處設置 有圓通孔，圓通孔周圍均布有4個螺栓通孔，左端蓋採用螺栓固定在軸承座的左端面上，左 端蓋的右端面與軸承外軸承環的左端面相接觸，軸承安裝在軸承座的中心通孔內，卡簧安 裝在階梯軸上的卡簧槽內，軸承內軸承環的右端面與卡簧的左端面相接觸，右端蓋的迴轉 軸線處設置有圓通孔，圓通孔圓周均布螺栓通孔，右端蓋採用螺栓固定在軸承座的右端面 上，右端蓋左端面與軸承外軸承環的右端面相接觸。
[0011] 技術方案中所述的軸承座由一塊水平長方體形的底板與一塊長方體形的垂直支 撐壁焊接而成，長方體形的垂直支撐壁上半部分的中心處設置一個用於安裝軸承的圓通 孔，圓通孔的左右端面上呈圓周地均勻分布有用於和左端蓋與右端蓋連接的螺紋盲孔，水 平長方體形的底板前後兩側設置有用於安裝T型螺栓的U形開口槽。
[0012] 技術方案中所述的慣量加載裝置包括慣量盤、4個結構相同的T型螺母、4個結構 相同的慣量滑塊和4個結構相同的螺栓。所述的慣量盤為一圓盤，圓盤中心處設有一圓通 孔，在慣量盤的圓通孔周圍沿徑向方向設置有4個結構相同的T型槽，T型槽上設有刻度， 4個結構相同的T型槽的裡端不和圓通孔連通，相鄰的兩個T型槽之間的夾角為90度。所 述的4個結構相同的慣量滑塊中心處皆設置有與螺栓相配裝的圓通孔。所述的4個結構相 同的Τ型螺母裝入4個結構相同的Τ型槽內為滑動連接，4個結構相同的慣量滑塊放置在Τ 型螺母的上方，採用螺栓將慣量滑塊與裝入Τ型槽內的Τ型螺母連接，即將4個結構相同的 慣量滑塊固定在慣量盤上。
[0013] 技術方案中所述的扭矩加載部分還包括水冷卻機。扭矩加載部分中的測功機採用 型號為DW10的電渦流測功機，水冷卻機選擇型號為LW35的水冷卻機，測功機採用螺栓固 定在地平鐵上，測功機上的進水口與出水口通過管道分別與水冷卻機的出水口和進水口連 接。
[0014] 技術方案中所述的自動控制部分還包括數控系統、可編程控制器與測功機控制 儀。工控機的RS-232C埠與可編程控制器的RS-232C埠電線連接，工控機的RS-232C 埠與測功機控制儀的RS-232C埠電線連接，工控機（13)的RS-232C埠與數控系統的 RS-232C埠電線連接，數控系統的輸入與輸出接口和可編程控制器的輸入單元與輸出單 元導線連接，數控系統的軸控制接口與伺服放大器的伺服驅動接口連接；伺服放大器的編 碼器接口與編碼器電線連接。
[0015] 與現有技術相比本發明的有益效果是：
[0016] 1.本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺採用慣量加載裝置對伺服 驅動系統進行慣量加載，來模擬伺服電機在啟停和變速時的負載扭矩，同時利用測功機對 伺服驅動系統進行扭矩加載，來模擬伺服電機在勻速時所受的負載扭矩。通過對被測的伺 服驅動系統進行模擬真實工況的可靠性試驗，暴露和激發產品故障，為產品的可靠性增長 和評估提供實用的基礎數據。
[0017] 2.本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺的慣量加載裝置可根據不 同的負載要求，能在不更換原有慣量盤的情況下實現慣量的連續調節，體現了本試驗臺的 靈活性。
[0018] 3.本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺中的伺服電機的支撐部分 高度可連續調節，能根據不同的伺服電機型號調節伺服電機的支撐部分高度，實現伺服電 機輸出軸軸線、軸承支撐裝置和測功機輸出軸軸線共線，體現了本試驗臺的靈活性和通用 性。
[0019] 4.本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺中採用測功機進行伺服電 機勻速時所受的負載扭矩加載，測功機最高吸收功率為10KW，最高轉速為13000rpm，最高 加載扭矩為50Nm。對大功率、高轉速的伺服電機進行加載試驗更具有實際意義。
[0020] 5.本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺中數控系統可通過工控機 遠程操控，並通過可編程控制器（PLC)和工控機來模擬和觀測數控系統輸入輸出信號，同 時通過工控機控制振動溫溼度試驗箱來實現伺服放大器在實際工況下的環境條件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 下面結合附圖對本發明作進一步的說明：
[0022] 圖1為本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺對伺服電機進行慣量 和扭矩加載狀態的軸測投影圖；
[0023] 圖2為本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺對伺服電機進行慣量 加載狀態的軸測投影圖；
[0024] 圖3為本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺對伺服電機進行扭矩 加載狀態的軸測投影圖；
[0025] 圖4為本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺中的慣量加載裝置的 分解式軸測投影圖；
[0026] 圖5為本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺中的軸承支撐裝置的 分解式軸測投影圖；
[0027] 圖6為本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺中的伺服電機支撐座 的軸測投影圖；
[0028] 圖7為本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺中的電機調節墊板的 分解式軸測投影圖；
[0029] 圖8為本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺中的電機調節墊板中 上楔形板的分解式軸測投影圖；
[0030] 圖9為本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺中的自動控制部分的 結構原理及與其它部件連接關係的示意框圖。
[0031] 圖中：1.地平鐵，2.測功機，3. 1號膜片聯軸器，4. 1號軸承支撐裝置，5.套筒， 6慣量加載裝置，7. 2號軸承支撐裝置，8.階梯軸，9. 2號膜片聯軸器，10.伺服電機支撐 座，11.伺服電機，12.電機調節墊板，13.工控機，14.慣量盤，15. T型螺母，16.慣量滑塊， 17.螺栓，18.右端蓋，19.卡簧，20.軸承，21.軸承座，22.左端蓋，23.上楔形板、24.鎖緊 螺母，25.下楔形板、26.絲母、27.絲杆。

【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖對本發明作詳細的描述：
[0033] 所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺由伺服電機支撐部分、慣量加
[0034] 載部分、扭矩加載部分、振動溫溼度加載部分和自動控制部分組成。
[0035] 伺服電機支撐部分安裝在地平鐵1的左側，慣量加載部分安裝在伺服電機支撐部 分右側的地平鐵1上，扭矩加載部分安裝在慣量加載部分右側的地平鐵1上；安裝在伺服電 機支撐部分中的伺服電機支撐座10上的被測的伺服電機11的輸出軸採用2號膜片聯軸器 9和慣量加載部分中的階梯軸8的左端連接，慣量加載部分中的階梯軸8的右端採用1號膜 片聯軸器3和扭矩加載部分中的測功機2的輸出軸連接，測功機2輸出軸的迴轉軸線、1號 膜片聯軸器3的迴轉軸線、階梯軸8的迴轉軸線、2號膜片聯軸器9的迴轉軸線與被測的伺 服電機11的迴轉軸線共線；振動溫溼度加載部分即振動溫溼度試驗箱中的伺服放大器的 輸入輸出線與外部件連接；自動控制部分中的工控機13分別與可編程控制器（PLC)和測功 機控制儀連接，可編程控制器（PLC)與數控系統連接，數控系統與伺服放大器連接。
[0036] -、伺服電機支撐部分
[0037] 所述的伺服電機支撐部分包括伺服電機支撐座10和電機調節墊板12。電機調節 墊板12安裝在伺服電機支撐座10的下面，伺服電機支撐座10的底面與電機調節墊板12 的頂端面接觸連接。
[0038] 參閱圖1和圖6,所述的伺服電機支撐座10呈"L"型的板式結構件，由底板與垂 直支撐壁焊接或機械連接而成，底板與垂直支撐壁底端的左/右側面接觸連接，底板的底 端面與垂直支撐壁的底端面共面，底板與垂直支撐壁之間的夾角為90度。底板為倒"T"字 型等橫截面的板類結構件，其四角處對稱地設置有四個U型開口，用於穿過T型螺栓將伺服 電機支撐座10固定在地平鐵1上，底板的橫截面設計為倒"T"字型，防止T型螺栓在穿過 U型開口固定電機支撐座10時與伺服電機11發生幹涉。垂直支撐壁的中心處設置有圓通 ?L，圓通孔直徑大於伺服電機11輸出軸的直徑，且圓通孔周圍均布有四個沿圓通孔徑向方 向的結構相同的長條通孔，能夠實現不同型號的伺服電機11通過四個長條孔與電機支撐 座10中的垂直支撐壁的螺栓固定連接。
[0039] 參閱圖1、圖7與圖8,所述的電機調節墊板12包括有上楔形板23、鎖緊螺母24， 下楔形板25、絲母26和絲杆27。電機調節墊板12放置在電機支撐座10和地平鐵1之間。
[0040] 所述的上楔形板23為矩形的從左至右具有斜度的板類結構件，上楔形板23的中 間處焊接一個支撐座，支撐座中心處設置有圓通孔，圓通孔迴轉軸線與上楔形板23的縱向 對稱面共面，在圓通孔周圍均布四個螺紋孔；中心處設置有螺紋孔的呈"丁"字形的絲母26 安裝在支撐座內，並採用螺釘與上楔形板23上的支撐座固定連接，支撐座的兩側對稱地設 置有相互平行的橫截面為矩形的貫通的導軌。
[0041] 所述的下楔形板25為矩形的從左至右具有斜度的板類結構件，下楔形板25從左 至右具有的斜度與上楔形板23從左至右具有的斜度相同，但斜度的方向相反，這樣，上楔 形板23安裝在下楔形板25上後，上楔形板23的頂端面與下楔形板25的底面平行，下楔形 板25左右兩端各焊接一個支撐臺，左右兩支撐臺中心處設置有圓通孔，絲杆27插入下楔形 板25左右兩端的支撐臺圓通孔中，鎖緊螺母24安裝在從右端的支撐臺圓通孔中伸出的絲 杆27的右端上，使絲杆27通過5左右兩端的支撐臺安裝在下楔形板25的上表面上；下楔 形板25左右兩端支撐臺的兩側對稱地設置有相互平行的橫截面為矩形的貫通的導軌槽， 下楔形板25上的兩條導軌槽與上楔形板23上的兩條導軌相配裝，兩者之間為滑動連接。
[0042] 上楔形板23放置在下楔形板25上，安裝在上楔形板23上的支撐座內的絲母26 套裝在絲杆27,上楔形板23上的兩條導軌裝入下楔形板25上的兩條導軌槽中，下楔形板 25固定不動，通過旋轉絲杆27,上楔形板23沿著兩條導軌槽相對下楔形板25左右移動，通 過調節電機調節墊板12的高度，使得被測的伺服電機11上的輸出軸的迴轉軸線和測功機 2輸出軸的迴轉軸線、1號軸承支撐裝置4與2號軸承支撐裝置7的迴轉軸線共線。被測的 伺服電機11的高度調整好後，通過鎖緊螺母24,使電機調節墊板12鎖緊。
[0043] 二·慣量加載部分
[0044] 所述的慣量加載部分包括1號軸承支撐裝置4、套筒5、慣量加載裝置6、2號軸承 支撐裝置7和階梯軸8。
[0045] 參閱圖1與圖5,所述的1號軸承支撐裝置4與2號軸承支撐裝置7的結構相同。 所述的1號軸承支撐裝置4包括右端蓋18、卡簧19、軸承20、軸承座21和左端蓋22。
[0046] 本發明所述的1號軸承支撐裝置4與2號軸承支撐裝置7所採用的軸承20是深 溝球軸承，採取面對面的安裝方式。所述的左端蓋22的迴轉軸線處設置有圓通孔，圓通孔 周圍均布有4個螺栓通孔，左端蓋22採用螺栓固定在軸承座21的左端面上，左端蓋22的 右端面與軸承20外軸承環的左端面相接觸起到定位作用，軸承20安裝在軸承座21的中心 通孔內，卡簧19安裝在階梯軸8上的卡簧槽內，處於軸承20與右端蓋18之間，軸承20內 軸承環的右端面與卡簧19的左端面相接觸起到定位作用，防止軸承20的軸向運動，右端蓋 18的迴轉軸線處設置有圓通孔，圓通孔圓周均布螺栓通孔，右端蓋18採用螺栓固定在軸承 座21的右端面上，右端蓋18左端面與軸承20外軸承環的右端面相接觸起到定位作用。階 梯軸8和軸承20內軸承環之間為過盈配合連接。
[0047] 參閱圖1與圖5,所述的軸承座21由一塊水平長方體形的底板與一塊長方體形的 垂直支撐壁焊接連接而成，長方體形的垂直支撐壁上半部分的中心處設置一個用於安放階 梯軸8和軸承20的圓通孔，圓通孔的左右端面上呈圓周地均勻地分布有螺紋盲孔，用於和 左端蓋22、右端蓋18的螺栓連接，水平長方體形的底板前後兩側設置有U形開口槽，用於穿 過T型螺栓將軸承座21固定在地平鐵1上。
[0048] 所述的階梯軸8為軸類結構件，其由右至左依次設置有1號?7號不同直徑的軸 段，軸兩端的1號軸段和7號軸段開有鍵槽，分別用於安裝1號膜片聯軸器3和2號膜片聯 軸器9, 2號軸段安裝1號軸承支撐裝置4與套筒5, 3號軸段用於安裝慣量加載裝置6,4號 軸段和5號軸段作為定位軸肩分別對慣量加載裝置6和2號軸承支撐裝置7起定位作用，6 號軸段安裝2號軸承支撐裝置7。
[0049] 參閱圖4,所述的慣量加載裝置6包括慣量盤14、4個結構相同的T型螺母15,4個 結構相同的慣量滑塊16和4個結構相同的螺栓17。
[0050] 所述的慣量盤14為一圓盤，圓盤中心處設有一圓通孔，在慣量盤14圓通孔周圍沿 徑向方向設置有4個結構相同的T型槽，4個結構相同的T型槽的裡端不和圓通孔連通，4 個結構相同的T型槽是兩兩相對地布置，相鄰的兩個T型槽之間的夾角為90度。慣量盤14 通過中心處的圓通孔套裝在階梯軸8上為過盈配合，慣量盤14隨著階梯軸8轉動，慣量盤 14的左端面與階梯軸8的4號軸段相接觸起到定位作用，右端面與套筒5接觸起到定位作 用，防止慣量盤14的軸向運動。
[0051] 所述的4個結構相同的慣量滑塊16中心處設置有與T型螺母15和螺栓17相配 合的圓通孔，慣量滑塊16放置在T型螺母15的上方，慣量滑塊16通過T型螺母15和螺栓 17的螺紋連接固定在慣量盤14上，通過T型螺母15在T型槽內滑動，改變慣量滑塊16在 慣量盤14上的位置，且慣量盤14的T型槽上設有刻度，保證在改變慣量滑塊16在慣量盤 14上的位置後，4個方向的慣量滑塊16仍在同一圓周上，保證慣量加載裝置6在旋轉時的 動平衡。在符合電機負載慣量匹配的原則下，可通過改變慣量滑塊16在T型槽上的位置、 更換不同質量的慣量滑塊16或者同時改變慣量滑塊16在T型槽上的位置和更換不同質量 的慣量滑塊16來改變慣量加載裝置6的慣量。
[0052] 參閱圖1，當對伺服電機11進行慣量和扭矩加載時，先將慣量加載裝置6通過過盈 配合安裝在3號軸段上，4號軸段作為定位軸肩對慣量加載裝置6起定位作用，再將1號軸 承支撐裝置4與2號軸承支撐裝置7分別安裝在2號軸段和6號軸段上，5號軸段作為定位 軸肩對2號軸承支撐裝置7起定位作用，套筒5安裝在1號軸承支撐裝置4和慣量加載裝 置6之間的2號軸段上，對慣量加載裝置6和1號軸承支撐裝置4起定位作用，最後將階梯 軸8的7號軸段通過2號膜片聯軸器9與伺服電機11的右端鍵連接，1號軸段通過1號膜 片聯軸器3與測功機2的左端鍵連接傳遞扭矩。
[0053] 參閱圖2,當對伺服電機11進行慣量加載時，先將慣量加載裝置6通過過盈配合安 裝在3號軸段，4號軸段作為定位軸肩對慣量加載裝置6起定位作用，再將1號軸承支撐裝 置4與2號軸承支撐裝置7分別安裝在2號軸段和6號軸段上，5號軸段作為定位軸肩對2 號軸承支撐裝置7起定位作用，套筒5安裝在1號軸承支撐裝置4和慣量加載裝置6之間 的2號軸段上，對慣量加載裝置6和1號軸承支撐裝置4起定位作用，最後將階梯軸8的軸 段7通過2號膜片聯軸器9與伺服電機11的右端鍵連接。
[0054] 三.扭矩加載部分
[0055] 所述的扭矩加載部分包括測功機2和水冷卻機。
[0056] 為實現在高轉速、自動化控制條件下的扭矩加載，測功機2應選用具有較小的轉 動慣量、較高的許容轉速、閉環控制、且能夠通過工控機自動控制的測功機。本發明以型號 為DW10的電渦流測功機為例，對伺服電機11進行扭矩加載。為實現測功機2能夠在允許溫 度下長時間的進行扭矩加載，應使用水冷卻機進行冷卻，其液體種類可以是水、水溶液或其 它不含腐蝕性的液體。本發明為配合型號為DW10的電渦流測功機的使用，選擇型號為LW35 的水冷卻機，且液體種類是水。測功機2採用螺栓固定在地平鐵1上，測功機2上的進水口 和出水口通過管道分別與水冷卻機的出水口和進水口連接。
[0057] 參閱圖1，當對伺服電機11進行慣量和扭矩加載時，測功機2的一（左）端輸出 軸與1號膜片聯軸器3 -（右）端鍵連接，1號膜片聯軸器3另一（左）端與階梯軸8 - (右）端鍵連接，階梯軸8另一（左）端與2號膜片聯軸器9 一（右）端鍵連接，2號膜片 聯軸器9另一（左）端與伺服電機11的右端鍵連接。測功機2輸出軸的迴轉軸線、1號膜 片聯軸器3的迴轉軸線、階梯軸8的迴轉軸線、2號膜片聯軸器9的迴轉軸線與被測的伺服 電機11的迴轉軸線共線。
[0058] 參閱圖3,當對伺服電機11進行扭矩加載時，測功機2的一（左）端輸出軸與2號 膜片聯軸器9的一（右）端鍵連接，2號膜片聯軸器9的另一（左）端與伺服電機11的右 端鍵連接。測功機2輸出軸的迴轉軸線、2號膜片聯軸器9的迴轉軸線與被測伺服電機11 的迴轉軸線共線。
[0059] 四·振動溫溼度加載部分
[0060] 所述的振動溫溼度加載部分即振動溫溼度試驗箱。
[0061] 所述的振動溫溼度試驗箱可以進行溫度溼度調節，同時可以實現在不同頻率下的 振幅可調，振動方向為X、Y、Z軸三方向的掃頻運動。本發明所述的振動溫溼度試驗箱型號 為TEMI-880,溫度可調範圍為-20°c?50°C，溼度可調範圍為30?95% R. H，振動頻率調 節範圍為1?600HZ，振幅調節範圍為1?5mm，該振動溫溼度試驗箱帶有編程控制器，並設 有RS-232/485接口，箱體內部設有上下兩層，兩層均為密閉，且互相隔離，上層進行溫度溼 度調節，下層設有掃頻振動裝置，推動上層進行掃頻振動。
[0062] 所述的振動溫溼度試驗箱的RS-232C埠與工控機13的RS-232C埠電線連接， 從而實現工控機對振動溫溼度試驗箱參數的控制。
[0063] 五·自動控制部分
[0064] 參閱圖9,所述的自動控制部分包括工控機13、數控系統、可編程控制器（PLC)、伺 服放大器與測功機控制儀。
[0065] 所述的工控機13設有RS-232/485、USB等通訊接口，可在工控機上編寫控制程序， 工控機13的RS-232C埠與測功機控制儀的RS-232C埠、可編程控制器（PLC)的RS-232C 埠和數控系統的RS-232C埠電線連接，從而實現對各連接部件的自動控制。
[0066] 所述的測功機控制儀型號為ET2100,與測功機2配套使用，設有RS-232/485接口、 扭矩轉速輸入接口、勵磁電流接口等通訊及控制接口，測功機控制儀的RS-232C埠與工 控機13的RS-232C埠電線連接，測功機控制儀的扭矩轉速輸入接口與測功機2的扭矩轉 速接口電線連接，測功機控制儀的勵磁電流接口與測功機2的勵磁電流接口電線連接。 [0067] 所述的可編程控制器（PLC)型號為CP1H，設有輸入單元、輸出單元、USB接口和 RS-232C埠，可編程控制器（PLC)的RS-232C埠與工控機13的RS-232C埠電線連接， 可編程控制器（PLC)的輸入單元和輸出單元與數控系統的輸入和輸出接口電線連接。
[0068] 所述的數控系統型號為GSK988T，包括顯示屏、操作面板和控制面板，設有 RS-232/485、USB、輸入輸出接口、軸控制接口等控制接口，數控系統的RS-232C埠與工控 機13的RS-232C埠電線連接，數控系統的輸入與輸出接口和可編程控制器（PLC)的輸入 單元與輸出單元連接，數控系統的軸控制接口與伺服放大器的伺服驅動接口連接。
[0069] 所述的伺服放大器設有伺服驅動接口、電源接口、編碼器接口等，伺服放大器的伺 服驅動接口與數控系統的軸控制接口電線連接，伺服放大器的編碼器接口與編碼器電線連 接，伺服放大器的電源接口與伺服電機11電線連接。通過接收並處理來自數控系統、編碼 器等的信號，從而實現伺服驅動系統的閉環控制。
[0070] 參閱圖1、圖2和圖3,本發明所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺可以實 現三種工況可靠性試驗，分別是對伺服電機進行慣量和扭矩加載的可靠性試驗、對伺服電 機進行慣量加載的可靠性試驗和對伺服電機進行扭矩加載的可靠性試驗。
[0071] 所述的三種工況可靠性試驗中的對伺服電機進行慣量和扭矩加載的可靠性試驗 由伺服電機支撐部分、慣量加載部分、扭矩加載部分、振動溫溼度加載部分和自動控制部分 組成。
[0072] 所述的三種工況可靠性試驗中的對伺服電機進行慣量加載的可靠性試驗由伺服 電機支撐部分、慣量加載部分、振動溫溼度加載部分和自動控制部分組成。
[0073] 所述的三種工況可靠性試驗中的對伺服電機進行扭矩加載的可靠性試驗由伺服 電機支撐部分、扭矩加載部分、振動溫溼度加載部分和自動控制部分組成。
[0074] 混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺的工作原理：
[0075] 參閱圖1，圖中給出了對伺服電機11進行慣量和扭矩加載試驗時的示意圖，首先 將套筒5和慣量加載裝置6安裝在階梯軸8上，並用1號軸承支撐裝置4和2號軸承支撐 裝置7對階梯軸8兩端支撐，將伺服電機11安裝在伺服電機支撐座10上，再將伺服電機11 和伺服電機支撐座10放置在電機調節墊板12上，然後將階梯軸8 -（左）端通過2號膜 片聯軸器9與伺服電機11連接，通過調節電機調節墊板12的高度，使得被測伺服電機11 上的軸心線、測功機2輸出軸的軸心線、1號軸承支撐裝置4的軸心線和2號軸承支撐裝置 7共線，最後將階梯軸8另一（右）端通過1號膜片聯軸器3與測功機2連接。
[0076] 參閱圖2,圖中給出了對伺服電機11進行慣量加載試驗時的示意圖，首先將套筒5 和慣量加載裝置6安裝在階梯軸8上，並用1號軸承支撐裝置4和2號軸承支撐裝置7對 階梯軸8兩端支撐，將伺服電機11安裝在伺服電機支撐座10上，再將伺服電機11和伺服 電機支撐座10放置在電機調節墊板12上，然後將階梯軸8 -（左）端通過2號膜片聯軸 器9與伺服電機11連接，通過調節電機調節墊板12的高度，使得被測伺服電機11上的軸 心線和2號軸承支撐裝置7的軸心線共線。
[0077] 參閱圖3,圖中給出了對伺服電機11進行扭矩加載試驗時的示意圖，首先將伺服 電機11安裝在伺服電機支撐座10上，再將伺服電機11和伺服電機支撐座10放置在電機調 節墊板12上，通過調節電機調節墊板12的高度，使得被測伺服電機11上的軸心線和測功 機2的軸心線共線，最後將伺服電機11的輸出軸通過1號膜片聯軸器3與測功機2連接。
[0078] 參閱圖4,圖中給出了慣量加載裝置6的示意圖，可設計多個質量依次遞增的慣量 滑塊16,在符合電機負載慣量匹配的原則下，根據轉動慣量與迴轉半徑的平方和質量成正 t匕，可通過改變慣量滑塊16在慣量盤14上的位置、更換不同質量的慣量滑塊16或者同時 改變慣量滑塊16在慣量盤14上的位置和更換不同質量的慣量滑塊16來改變慣量加載裝 置6的慣量，從而改變對伺服電機11的慣量加載，能夠在不更換慣量盤的情況下，對不同負 載慣量的伺服驅動系統進行可靠性試驗。
[0079] 參閱圖9,在工控機13的VB控制界面上選定一定扭矩和速度參數，通過RS-232C 埠與測功機控制儀通訊，測功機控制儀按照設定的參數通過調節勵磁電流控制測功機2 給轉動的伺服電機11施加扭矩，並控制伺服電機11的速度，測功機2中自帶的扭矩傳感器 和轉速傳感器將檢測到扭矩和速度信號反饋給測功機控制儀，通過扭矩和速度測量值與設 定值的比較，從而實現扭矩和速度的閉環控制，同時進行實時監控。設定水冷卻機的冷卻溫 度，向測功機2提供冷卻水，避免測功機2發熱嚴重，使得測功機2能夠長時間正常的運行。
[0080] 工控機通過RS-232C埠與數控系統通訊，將在工控機手動編制的數控程序或三 維建模後自動生成的數控程序傳輸給數控系統，可實現遠程控制。數控系統通過伺服放大 器控制伺服電機11按照數控程序動作，伺服電機11自帶編碼器，通過編碼器對伺服放大器 進行位置速度反饋，實現閉環控制。
[0081] 伺服放大器通過T型螺栓與振動溫溼度試驗箱內的帶有T型槽平面固定，其輸入 輸出線可通過振動溫溼度試驗箱的引線孔與外部件連接。振動溫溼度試驗箱帶有編程控制 器，並設有RS-232/485接口。通過工控機13的VB控制界面設定需要的溫溼度、振幅、振動 頻率等參數後，工控機13與振動溫溼度試驗箱通過RS-232C通訊，使振動溫溼度試驗箱按 照設定值對伺服放大器周圍環境進行溫溼度設定和X、Y、Z三方向的掃頻振動，模擬伺服放 大器受到的由室內溫溼度和工具機振動產生的影響。
[0082] 在工控機VB控制界面上選定輸入信號，工控機與可編程控制器PLC通過RS232C 進行串口通訊來控制可編程控制器PLC的通斷，從而將選定的輸入信號經過輸入接口傳給 數控系統，可模擬工具機上各種開關、按鈕信號。數控系統可以經過輸出接口將信號傳給可編 程控制器PLC，通過可編程控制器PLC的通斷，工控機與可編程控制器PLC通過RS232C進行 串口通訊，從而在工控機控制界面上觀測數控系統的輸出信號，可模擬工具機上各運動部件 狀態的信號和故障指示。
[〇〇83] 本發明中所述的實施例是為了便於該【技術領域】的技術人員能夠理解和應用本發 明，本發明只是一種優化的實施例，或者說是一種較佳的具體的技術方案，它只適用於一定 範圍內的不同型號，不同尺寸的伺服驅動系統的可靠性試驗，範圍之外的不同型號，不同尺 寸的伺服驅動系統的可靠性試驗，基本的技術方案不變，但其所用零部件的規格型號將隨 之改變，如伺服電機、伺服放大器和測功機等標準件的選擇等，故本發明不限於實施這一種 比較具體技術方案的描述。如果相關的技術人員在堅持本發明基本技術方案的情況下做出 不需要經過創造性勞動的等效結構變化或各種修改都在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1. 一種混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺，其特徵在於，所述的混合加載伺服驅動 系統可靠性試驗臺包括有伺服電機支撐部分、慣量加載部分、扭矩加載部分、振動溫溼度加 載部分和自動控制部分； 伺服電機支撐部分安裝在地平鐵（1)的左側，慣量加載部分安裝在伺服電機支撐部分 右側的地平鐵（1)上，扭矩加載部分安裝在慣量加載部分右側的地平鐵（1)上；安裝在伺服 電機支撐部分中的伺服電機支撐座（10)上的被測的伺服電機（11)的輸出軸採用2號膜片 聯軸器（9)和慣量加載部分中的階梯軸（8)的左端連接，慣量加載部分中的階梯軸（8)的 右端採用1號膜片聯軸器（3)和扭矩加載部分中的測功機（2)的輸出軸連接，測功機（2) 輸出軸的迴轉軸線、1號膜片聯軸器（3)的迴轉軸線、階梯軸（8)的迴轉軸線、2號膜片聯軸 器（9)的迴轉軸線與被測的伺服電機（11)的迴轉軸線共線；振動溫溼度加載部分即振動溫 溼度試驗箱的RS-232C埠與自動控制部分中的工控機（13)的RS-232C埠電線連接，自 動控制部分中的伺服放大器的電源接口與被測的伺服電機（11)電線連接。
2. 按照權利要求1所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺，其特徵在於，所述的 伺服電機支撐部分包括伺服電機支撐座（10)和電機調節墊板（12); 所述的伺服電機支撐座（10)由底板與垂直支撐壁焊接或機械連接而成，底板與垂直 支撐壁底端的左/右側面接觸連接，底板的底端面與垂直支撐壁的底端面共面，底板與垂 直支撐壁之間的夾角為90度；底板為倒"T"字型等橫截面的板類結構件，其四角處對稱地 設置有四個U型開口，垂直支撐壁的中心處設置有圓通孔，圓通孔直徑大於被測的伺服電 機（11)輸出軸的直徑，圓通孔周圍均勻分布有四個沿圓通孔徑向方向的結構相同的安裝 不同型號的被測的伺服電機（11)的長條通孔； 電機調節墊板（12)安裝在伺服電機支撐座（10)的下面，伺服電機支撐座（10)的底面 與電機調節墊板（12)的頂端面接觸連接。
3. 按照權利要求2所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺，其特徵在於，所述的 電機調節墊板（12)包括有上楔形板（23)、鎖緊螺母（24)、下楔形板（25)、絲母（26)和絲杆 (27)； 所述的上楔形板（23)為矩形的從左至右具有斜度的板類結構件，上楔形板（23)的中 間處焊接一個支撐座，支撐座中心處設置有圓通孔，圓通孔迴轉軸線與上楔形板（23)的縱 向對稱面共面，在圓通孔周圍均布四個螺紋孔；中心處設置有螺紋孔的絲母（26)安裝在支 撐座內，支撐座的兩側對稱地設置有相互平行的橫截面為矩形的導軌； 所述的下楔形板（25)為矩形的從左至右具有斜度的板類結構件，下楔形板（25)從 左至右具有的斜度與上楔形板（23)從左至右具有的斜度相同，但斜度方向相反，下楔形板 (25) 左右兩端各焊接一個支撐臺，左右兩支撐臺的中心處皆設置有圓通孔，絲杆（27)插入 下楔形板（25)左右兩端支撐臺的圓通孔中，下楔形板（25)左右兩端支撐臺的兩側對稱地 設置有相互平行的橫截面為矩形的導軌槽； 上楔形板（23)安裝在下楔形板（25)上，安裝在上楔形板（23)上的支撐座內的絲母 (26) 套裝在絲杆（27)上，上楔形板（23)上的兩條導軌裝入下楔形板（25)上的兩條導軌槽 中，鎖緊螺母（24)安裝在從右端的支撐臺圓通孔中伸出的絲杆（27)的右端上。
4. 按照權利要求1所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺，其特徵在於，所述的 慣量加載部分還包括1號軸承支撐裝置（4)、套筒（5)、慣量加載裝置（6)和2號軸承支撐 裝置（7); 階梯軸（8)從右到左依次設置有1號至7號不同直徑的軸段，慣量加載裝置（6)套裝 在階梯軸（8)的3號軸段上，慣量加載裝置￠)中的慣量盤（14)的左端面與階梯軸（8)上 的4號軸段的右端面接觸連接，套筒（5)的左端面和慣量加載裝置（6)中的慣量盤（14)的 右端面接觸連接，套筒（5)的右端面和1號軸承支撐裝置（4)中的左端蓋（22)的左端面接 觸連接，並且套筒（5)和1號軸承支撐裝置（4)套裝在階梯軸（8)的2號軸段上，2號軸承 支撐裝置（7)套裝在階梯軸（8)的6號軸段上，2號軸承支撐裝置（7)的右端蓋（18)右端 面與階梯軸（8)上的5號軸段的左端面接觸連接，1號軸承支撐裝置（4)與2號軸承支撐裝 置（7)採用螺栓固定在地平鐵（1)上。
5. 按照權利要求4所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺，其特徵在於，所述的1 號軸承支撐裝置（4)與2號軸承支撐裝置（7)結構相同；所述的1號軸承支撐裝置（4)包 括右端蓋（18)、卡簧（19)、軸承（20)、軸承座（21)和左端蓋（22); 所述的左端蓋（22)的迴轉軸線處設置有圓通孔，圓通孔周圍均布有4個螺栓通孔，左 端蓋（22)採用螺栓固定在軸承座（21)的左端面上，左端蓋（22)的右端面與軸承（20)外 軸承環的左端面相接觸，軸承（20)安裝在軸承座（21)的中心通孔內，卡簧（19)安裝在階 梯軸（8)上的卡簧槽內，軸承（20)內軸承環的右端面與卡簧（19)的左端面相接觸，右端蓋 (18)的迴轉軸線處設置有圓通孔，圓通孔圓周均布螺栓通孔，右端蓋（18)採用螺栓固定在 軸承座（21)的右端面上，右端蓋（18)左端面與軸承（20)外軸承環的右端面相接觸。
6. 按照權利要求5所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺，其特徵在於，所述的 軸承座（21)由一塊水平長方體形的底板與一塊長方體形的垂直支撐壁焊接而成，長方體 形的垂直支撐壁上半部分的中心處設置一個用於安裝軸承（20)的圓通孔，圓通孔的左右 端面上呈圓周地均勻分布有用於和左端蓋（22)與右端蓋（18)連接的螺紋盲孔，水平長方 體形的底板前後兩側設置有用於安裝T型螺栓的U形開口槽。
7. 按照權利要求4所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺，其特徵在於，所述的 慣量加載裝置（6)包括慣量盤（14)、4個結構相同的T型螺母（15)、4個結構相同的慣量滑 塊（16)和4個結構相同的螺栓（17); 所述的慣量盤（14)為一圓盤，圓盤中心處設有一圓通孔，在慣量盤（14)的圓通孔周圍 沿徑向方向設置有4個結構相同的T型槽，T型槽上設有刻度，4個結構相同的T型槽的裡 端不和圓通孔連通，相鄰的兩個T型槽之間的夾角為90度； 所述的4個結構相同的慣量滑塊（16)中心處皆設置有與螺栓（17)相配裝的圓通孔； 所述的4個結構相同的T型螺母（15)裝入4個結構相同的T型槽內為滑動連接，4個 結構相同的慣量滑塊（16)放置在T型螺母（15)的上方，採用螺栓（17)將慣量滑塊（16) 與裝入T型槽內的T型螺母（15)連接，即將4個結構相同的慣量滑塊（16)固定在慣量盤 (14)上。
8. 按照權利要求1所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺，其特徵在於，所述的 扭矩加載部分還包括水冷卻機； 扭矩加載部分中的測功機（2)採用型號為DW10的電渦流測功機，水冷卻機選擇型號為 LW35的水冷卻機，測功機（2)採用螺栓固定在地平鐵（1)上，測功機（2)上的進水口與出水 口通過管道分別與水冷卻機的出水口和進水口連接。
9.按照權利要求1所述的混合加載伺服驅動系統可靠性試驗臺，其特徵在於，所述的 自動控制部分還包括數控系統、可編程控制器與測功機控制儀； 工控機（13)的RS-232C埠與可編程控制器的RS-232C埠電線連接，工控機（13) 的RS-232C埠與測功機控制儀的RS-232C埠電線連接，工控機（13)的RS-232C埠與 數控系統的RS-232C埠電線連接，數控系統的輸入與輸出接口和可編程控制器的輸入單 元與輸出單元導線連接，數控系統的軸控制接口與伺服放大器的伺服驅動接口連接；伺服 放大器的編碼器接口與編碼器電線連接。
【文檔編號】G01M99/00GK104048844SQ201410294084
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月26日 優先權日:2014年6月26日
【發明者】陳菲, 何佳龍, 楊兆軍, 劉博 , 王中, 馬帥, 鄭志同, 張歡歡, 石靖楠, 王東亮 申請人:吉林大學