Стенд для испытаний Harmonic Drive и RV-редуктора: Прецизионный люфт, Кинематическая погрешность, и проверка эффективности

Почему Harmonic Drive и редукторы RV требуют собственного протокола испытаний

Планетарные и цилиндрические коробки передач выдерживают относительно грубые испытания.: крутящий момент в, выкручивать, КПД при номинальной нагрузке. Гармонические приводы и РВ (вращать вектор) редукторы разные. Деформационно-волновая передача, рассчитанная на погрешность передачи ±30 угловых секунд, может поставляться с необнаруженным дефектом, который проявляется только при циклической двунаправленной нагрузке — невидимый при простом измерении потерь мощности в установившемся режиме..

Как коботы, хирургические роботы, оборудование для обработки полупроводников, и аэрокосмические исполнительные системы распространяются, рынок гармонических приводов и редукторов RV быстро расширяется. Каждое из этих применений включает редуктор с нулевым люфтом в контур управления положением, где угловая погрешность напрямую определяет качество продукции., безопасность пациента, или структурная целостность. Испытательный стенд в конце производственной линии (или тот, который квалифицирует нового поставщика) должен обнаруживать проблемы микронного уровня до того, как они перерастут в сбои на местах..

Что делает эти редукторы механически отличными

• Гармонический драйв (деформационно-волновая передача): Гибкий сплайн (гибкийсплайн) деформируется подшипником генератора эллиптических волн так, что его внешние зубья зацепляются с внутренними зубьями кругового шлица одновременно в двух диаметрально противоположных точках. Коэффициенты сокращения 30:1 к 320:1 в один этап, с почти нулевым люфтом — обычно <1 угловая минута в новом состоянии. Гибкая шлица является важнейшим усталостным компонентом..
• RV-редуктор (циклоидальное вертушка): Использует эксцентриковый коленчатый вал для приведения одного или двух циклоидальных дисков к штифтовым роликам., затем выводится через несущую пластину. Общие соотношения 57:1 к 192:1. Более жесткая, чем гармонические приводы, при высокой нагрузке, более низкий пиковый КПД, но более длительный усталостный срок службы при постоянном большом крутящем моменте. Доминирует в крупных соединениях промышленных роботов. (плечо, локоть).
• Ключевое отличие от прямозубого/планетарного: Оба типа имеют принципиально упругую податливость под нагрузкой — гибкая шлица гармонического привода отклоняется., подшипники коленчатого вала автофургона сжимаются. Эта эластичность вызывает потерянное движение и крутильная жесткость зависеть от нагрузки таким образом, что простые карты эффективности передачи никогда не отражают.

Основные тестовые элементы для Harmonic Drive и RV-редукторов

1. Кинематическая погрешность (ТО) Картирование

Ошибка передачи — это разница между идеальным выходным углом (входной угол ÷ соотношение) и фактический выходной угол, измеряется непрерывно в течение нескольких входных оборотов. Для гармонических приводов, TE обычно показывает две доминирующие гармоники.: один на входной оборот (эксцентриситет генератора волн) и один на два входных оборота (гибкая сплайн овальность). Пределы спецификации варьируются от ±15 угловых секунд для прецизионных аэрокосмических классов до ±120 угловых секунд для промышленных классов..

Ключевые показатели: пик-пик TE (угловые секунды), амплитуды доминирующих гармоник, Повторяемость TE по всему 5 последовательные циклы.

2. Измерение люфта и гистерезиса

Гармонические приводы с настоящим нулевым люфтом по-прежнему демонстрируют небольшой упругий гистерезис, когда входной сигнал реверсируется без нагрузки.: выходная мощность отстает от идеального угла на 1–5 угловых минут в зависимости от степени износа. Это измеряется путем блокировки выхода, применение колебаний ±номинального крутящего момента на входе, и записывают результирующее отклонение выходного угла в виде петли гистерезиса.. Редукторы RV обычно имеют люфт в 3–10 угловых минут по конструкции и рассчитаны на максимум после ускоренного износа..

Ключевые показатели: угловой гистерезис (угловые минуты), люфт на холостом ходу (угловые секунды для гармоники, угловые минуты для RV).

3. Торсионная жесткость по сравнению с. Кривая нагрузки

Жесткость не постоянна: оба типа редукторов имеют прогрессивную кривую жесткости — ниже при небольших нагрузках, выше при номинальной нагрузке. В тесте применяется квазистатическое колебание крутящего момента от 0 до рейтинга до пика, запись выходного угла на каждом шаге. Наклон кривой крутящего момента/угла на каждом уровне нагрузки определяет дополнительную жесткость в Нм/угловую минуту.. Это критически важные данные для настройки контроллера соединения робота..

Ключевые показатели: жесткость при 0%, 25%, 50%, 100% номинальный крутящий момент; жесткость при пиковой нагрузке.

4. Крутящий момент при работе без нагрузки и потери на сопротивление

Оба типа редукторов имеют значительное сопротивление холостому ходу.: гармонический привод от преднатяга гибкой шлицы и трения подшипника генератора волн, РВ от преднатяга подшипника коленвала. Крутящий момент измеряется во всем диапазоне номинальных скоростей и отображается как функция температуры. (от −20°C до +80°C типично) поскольку вязкость смазки преобладает при холодном пуске.

Ключевые показатели: крутящий момент холостого хода (Нм) на каждом шаге скорости, температурный коэффициент лобового момента.

5. Эффективность при номинальной и пиковой нагрузке

Гармонические приводы достигают КПД 70–90 % в зависимости от передаточного числа., оборотов, и смазка; Редукторы RV 60–75% при большой продолжительной нагрузке. Испытательный стенд одновременно измеряет входной и выходной крутящий момент с помощью высокоточных датчиков крутящего момента. (лучше, чем 0.05% Фс) и рассчитывает мгновенную эффективность. Эффективность обратного движения (ориентированный на результат) отдельно характеризуется для оценки пригодности рекуперативного торможения.

Ключевые показатели: передовая эффективность (%), эффективность заднего привода (%), термическая установившаяся температура при номинальной нагрузке.

6. Усталостная долговечность и ускоренные испытания на износ

Для квалификационного или жизненного тестирования, Редуктор работает в заданном рабочем цикле — обычно синусоидальное колебание положения при номинальном крутящем моменте 50–80 % — при этом возникает ошибка трансмиссии., крутящий момент сопротивления, и температура регистрируются каждые 100,000 циклы. МЭК 61800 и ИСО 9283 обеспечить рамки; большинство производителей роботов указывают собственные профили жизненных испытаний. Признаками раннего износа в гармонических приводах являются монотонное увеличение амплитуды TE и возрастающее сопротивление холостого хода на низкой скорости..

Ключевые показатели: Темпы роста (угловых секунд на миллион циклов), увеличение крутящего момента (%), время до определенного критерия отказа.

Конфигурация испытательного стенда для редукторов гармоник и RV

Механическая конфигурация должна обеспечивать чрезвычайно высокое угловое разрешение на выходном валу.: требуется прецизионный поворотный энкодер с точностью ±1 угловая секунда или выше., по сравнению с энкодерами ±10–30 угловых секунд, подходящими для тестирования эффективности редуктора. На стенде обычно используется механическая схема «спина к спине» — два идентичных редуктора, соединенных последовательно — для механического замыкания энергии и обеспечения продолжительных испытаний при номинальном крутящем моменте без рассеивания полной номинальной мощности в виде тепла.. Серводвигатель управляет входом; второй сервопривод или механический тормоз удерживает выходной сигнал на программируемом заданном значении крутящего момента.

Циркуляция масла или смазки с контролируемой температурой имеет решающее значение.: гармонические приводы особенно чувствительны к деградации смазки при температуре выше 90°C., поэтому терморегулирование подшипника генератора волн является первоклассным требованием к контрольно-измерительным приборам.. Интеграция экологической камеры (от −30°С до +120°С) позволяет отображать температурные коэффициенты за один тестовый прогон.

Что это означает для вашей программы квалификации редукторов

Подбираете ли вы нового поставщика гармонического привода для плечевого сустава кобота, проверка редуктора RV для робота, работающего с полупроводниковыми пластинами, или разработка модели усталостной долговечности для привода закрылков в аэрокосмической отрасли., разрешение измерений и механическая жесткость испытательного стенда определяют качество данных. Готовые динамометрические испытательные стенды, предназначенные для испытаний двигателей, редко бывают адекватными.: их поворотные энкодеры разрешают 0,1° — на три порядка слишком грубо для отображения ошибок передачи..

На специально созданном испытательном стенде прецизионных редукторов установлены энкодеры угловой секунды как на входном, так и на выходном валу., комплект муфт с характеристиками жесткости, соответствующий каждой модели испытуемого редуктора, и программное обеспечение для автоматического анализа TE, которое разлагает ошибку на гармоники и сравнивает ее с зонами допуска производственного чертежа.. Если вы разрабатываете программу приемочных испытаний редуктора или вам необходимо охарактеризовать продукт нового поставщика, Наша команда инженеров может подобрать правильную конфигурацию стенда в соответствии с вашим диапазоном соотношений и требованиями к точности.. Поговорите с нашей командой инженеров чтобы обсудить ваши конкретные требования к тестированию.