王子豪 王 成 潘世林

(濟(jì)南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，山東 濟(jì)南250022)

試驗(yàn)是驗(yàn)證理論和完成產(chǎn)品性能測試的有效手段，而試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)則是完成試驗(yàn)的基礎(chǔ)。RV減速器試驗(yàn)臺(tái)主要用來測量RV減速器的傳動(dòng)效率、空程回差、扭轉(zhuǎn)剛度、振動(dòng)特性和溫度特性等。張杰等[1]利用自行設(shè)計(jì)的RV減速器試驗(yàn)臺(tái)，完成了RV減速器幾何回差的試驗(yàn)測試，驗(yàn)證了所提出的理論。陳李果等[2-3]研制了1臺(tái)RV減速器試驗(yàn)裝置，完成了對(duì)SHPR-20E型RV減速器傳動(dòng)效率、傳動(dòng)誤差和回差的試驗(yàn)以及振動(dòng)測試。仉喜洋等[4]完成了RV減速器傳動(dòng)誤差、回差、扭轉(zhuǎn)剛度、靜摩擦力矩和動(dòng)摩擦力矩等5個(gè)項(xiàng)目的誤差測量，為改進(jìn)RV減速器的生產(chǎn)和加工工藝提供了有效手段。王輝等[5]利用RV減速器綜合性能試驗(yàn)臺(tái)，完成了RV減速器動(dòng)態(tài)傳動(dòng)誤差的測試。王瑞欣等[6]研制了RV減速器綜合性能試驗(yàn)臺(tái)，完成了RV減速器傳動(dòng)精度、扭轉(zhuǎn)剛度、背隙、啟動(dòng)停止轉(zhuǎn)矩及空載摩擦轉(zhuǎn)矩等項(xiàng)目的測試。馬渝翔等[7]基于測控技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)，完成了RV減速器試驗(yàn)臺(tái)測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)RV減速器試驗(yàn)臺(tái)通常只能完成1種型號(hào)RV減速器的性能測試，這就造成了極大的浪費(fèi)。雖然一些研究文獻(xiàn)指出通過改變安裝結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)不同類型RV減速器的測試。例如，關(guān)通等[8]利用自主研發(fā)的RV減速器試驗(yàn)樣機(jī)，完成了對(duì)RV-40E減速器傳動(dòng)效率的測試與分析。其指出，試驗(yàn)樣機(jī)的安裝支架采用組合式模塊化結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格RV減速器的安裝，因?yàn)槠溲芯康闹攸c(diǎn)不在此，所以未給出具體結(jié)構(gòu)和安裝方法。因此，針對(duì)上述問題，作者提出了可測試不同型號(hào)RV減速器性能試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方法。

1 可測試不同型號(hào)RV減速器性能試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)的理論分析

根據(jù)RV減速器的結(jié)構(gòu)形式，RV減速器試驗(yàn)臺(tái)采用的是功率開放型結(jié)構(gòu)。該類結(jié)構(gòu)雖然能耗大，但組成簡單[9]。常用RV減速器試驗(yàn)臺(tái)的組成原理以及RV減速器的安裝方式如圖1所示。

在圖1中，驅(qū)動(dòng)裝置通過螺栓連接安裝在驅(qū)動(dòng)裝置安裝底座上，驅(qū)動(dòng)裝置輸出軸使用聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器輸入軸連接，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器通過螺栓連接安裝在輸入端測量裝置安裝方箱上，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器輸出軸使用聯(lián)軸器與輸入端角度測量裝置配軸連接，輸入端角度測量裝置配軸與輸入端測量裝置安裝板的套筒利用緊定螺釘配合穿過，角度傳感器與輸入端角度測量裝置配軸配合安裝在輸入端測量裝置安裝板上，輸入端角度測量裝置配軸大徑端與RV減速器中軸通過平鍵與緊定螺釘配合，RV減速器外殼通過螺栓與過渡法蘭配合并安裝在RV減速器安裝底座上，通過螺栓連接RV減速器輸出端、RV減速器連接盤及RV減速器軸端連接盤，RV減速器軸端連接盤通過平鍵加緊定螺釘方式與輸出端角度測量裝置配軸配合，輸出端角度測量裝置配軸與輸出端測量裝置安裝板的套筒利用緊定螺釘配合穿過，角度傳感器與輸出端角度測量裝置配軸配合安裝在輸出端測量裝置安裝板上，輸出端角度測量裝置配軸通過聯(lián)軸器與轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器輸入端連接，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器通過螺栓安裝在輸出端測量裝置安裝方箱上，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器通過聯(lián)軸器與加載裝置軸連接，加載裝置、輸出端測量裝置安裝方箱、輸出端測量裝置安裝板、RV減速器安裝底座、輸入端測量裝置安裝板、輸入端測量裝置安裝方箱和驅(qū)動(dòng)裝置安裝底座通過螺栓連接固定在固定底板上。

當(dāng)測試不同型號(hào)RV減速器的性能時(shí)，僅需要更換與該RV減速器型號(hào)相對(duì)應(yīng)的過渡法蘭、RV減速器連接盤和軸端連接盤(圖2)。在固定底板的不同位置開有螺紋孔(圖3)，根據(jù)安裝的RV減速器型號(hào)調(diào)整其他部件在固定底板的安裝位置，使得更換RV減速器后的其他部件可以正常安裝。

2 可測試不同型號(hào)RV減速器性能試驗(yàn)臺(tái)的三維建模與運(yùn)動(dòng)仿真

根據(jù)RV減速器試驗(yàn)臺(tái)的組成，利用SolidWorks軟件完成了試驗(yàn)臺(tái)零部件和RV減速器(這里以RV-20E和RV-40E為例)的三維建模(部分零部件圖如表1所示)。在此基礎(chǔ)上，完成了不同型號(hào)RV減速器在試驗(yàn)臺(tái)上的裝配(圖4和圖5)和運(yùn)動(dòng)分析(圖6和圖7，這里將SolidWorks建立的模型導(dǎo)入到ADAMS軟件中，完成運(yùn)動(dòng)分析，再將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Matlab軟件完成運(yùn)動(dòng)分析圖的繪制)。從圖6～7中可以看出，RV-20E和RV-40E完全可以安裝在試驗(yàn)臺(tái)上。RV-20E減速器的傳動(dòng)比為141，RV-40E減速器的傳動(dòng)比為185。仿真時(shí)，輸入轉(zhuǎn)速分別為141°/s和185°/s，從圖6～7可以看出，輸出轉(zhuǎn)速均圍繞1°/s波動(dòng)，與理論計(jì)算結(jié)果相吻合，因此設(shè)計(jì)的可測試不同型號(hào)RV減速器性能試驗(yàn)臺(tái)能夠順利完成預(yù)定運(yùn)動(dòng)。

表1 RV減速器試驗(yàn)臺(tái)主要零部件以及RV減速器(RV-20E和RV-40E)的三維模型

表1中：1為固定底板；2為輸出端測量裝置安裝方箱；3為輸出端角度測量裝置配軸；4為輸出端測量裝置安裝板；5為RV減速器軸端連接盤；6為RV減速器連接盤；7為過渡法蘭；8為RV減速器安裝底座；9為輸入端測量裝置安裝板；10為輸入端角度測量裝置配軸；11為輸入端測量裝置安裝方箱；12為驅(qū)動(dòng)裝置安裝底座；13為RV-20E減速器；14為RV-40E減速器。

3 試驗(yàn)

完成了可測試不同型號(hào)RV減速器性能試驗(yàn)臺(tái)零部件的實(shí)際加工，過渡法蘭、RV-40E減速器連接盤/軸端連接盤、RV-20E減速器和RV-40E減速器分別如圖8～11所示?？筛鼡QRV減速器型號(hào)試驗(yàn)臺(tái)如圖12和圖13所示。其中圖12為未安裝RV減速器時(shí)的試驗(yàn)臺(tái)，圖13為安裝RV-20E減速器后的試驗(yàn)臺(tái)。RV-40E減速器的安裝類似，僅需要更換與RV-40E減速器配套的過渡法蘭、RV減速器連接盤和軸端連接盤即可，通過調(diào)整固定底板上螺紋孔的安裝位置，實(shí)現(xiàn)其他零部件的正常安裝。此外，利用設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)完成了RV減速器傳動(dòng)效率的測試(部分結(jié)果見圖14和圖15，測試結(jié)果在合理范圍內(nèi))。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)能夠完成不同型號(hào)RV減速器的性能測試。

4 結(jié)語

RV減速器試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)對(duì)于完成RV減速器的性能測試和相關(guān)理論驗(yàn)證具有重要意義。目前RV減速器試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)朝著綜合測試方向發(fā)展。單臺(tái)RV減速器綜合試驗(yàn)臺(tái)能夠完成RV減速器的傳動(dòng)效率、空程回差、扭轉(zhuǎn)剛度、振動(dòng)特性和溫度特性等方面的測試。然后，1種RV減速器試驗(yàn)臺(tái)通常只能完成1種型號(hào)RV減速器的性能測試，這就造成了極大的浪費(fèi)。雖然部分研究指出通過改變安裝結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)不同類型RV減速器的性能測試，但關(guān)于這方面的具體介紹相對(duì)較少。因此，針對(duì)這一問題，本文提出了1種可測試不同型號(hào)RV減速器性能試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)方法，從原理、仿真和試驗(yàn)3個(gè)方面進(jìn)行了系統(tǒng)地闡述。

(1)根據(jù)RV減速器試驗(yàn)臺(tái)的組成，完成了可測試不同型號(hào)RV減速器性能試驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì)方法的理論分析。該方法僅需更換與RV減速器型號(hào)配套的過渡法蘭、RV減速器連接盤和軸端連接盤，合理設(shè)計(jì)固定底板上螺紋孔的位置，通過改變相關(guān)零部件在固定底板上安裝位置，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同型號(hào)RV減速器的性能測試。

(2)建立了可測試不同型號(hào)RV減速器性能試驗(yàn)臺(tái)的三維模型，通過對(duì)不同型號(hào)RV減速器在試驗(yàn)臺(tái)上的三維裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，從虛擬仿真的角度驗(yàn)證了所提方法的可行性。

(3)以RV-20E減速器和RV-40E減速器為例，完成了可測試不同型號(hào)RV減速器性能試驗(yàn)臺(tái)零部件的實(shí)際加工、安裝和傳動(dòng)效率性能測試，從試驗(yàn)角度驗(yàn)證了所提方法的可行性。

本研究也為其他類型功率開放型試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)提供了思路和指導(dǎo)。