一種基于光彈性貼片法的諧波齒輪傳動齒面摩擦力測試系統(tǒng)及方法
【專利摘要】一種基于光彈性貼片法的諧波齒輪傳動齒面摩擦力測試系統(tǒng)，包括光路入射系統(tǒng)、諧波系統(tǒng)和光路采集系統(tǒng)。光路入射系統(tǒng)由導(dǎo)軌、光源、透鏡和起偏鏡組成，諧波系統(tǒng)由光彈貼片、電機(jī)、聯(lián)軸器、諧波減速器和制動器組成，光路采集系統(tǒng)由導(dǎo)軌、玻璃板、檢偏鏡、補(bǔ)償片和鏡頭組成。測試方法采用偏振光照射固定在待測輪齒端面上的光彈貼片，經(jīng)貼片表面和輪齒端面反射后形成干涉條紋，透過檢偏鏡和補(bǔ)償片后被鏡頭捕捉，經(jīng)過標(biāo)定和計算，可以得到任意嚙合位置處齒面摩擦力的大小和方向及其沿齒面的分布，測量精度主要取決于所用補(bǔ)償片的類型和光彈貼片的厚度。本發(fā)明不僅適用于不同型號的諧波減速器，還可以分析負(fù)載和輸入轉(zhuǎn)速等參數(shù)對齒面摩擦力的影響。
【專利說明】
一種基于光彈性貼片法的諧波齒輪傳動齒面摩擦力測試系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于諧波齒輪傳動測試技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種基于光彈性貼片法的諧波齒輪傳動齒面摩擦力測試系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)進(jìn)行測試的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]諧波齒輪傳動憑借其輕量化、大傳動比等優(yōu)勢在航空航天和機(jī)器人等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。由于諧波齒輪傳動具有多齒嚙合的特點，所以傳動過程中的摩擦主要來源于輪齒嚙合區(qū)域。摩擦對諧波齒輪的傳動性能造成極大危害:一方面，摩擦導(dǎo)致諧波齒輪傳動過程中大部分的能量損失；另一方面，摩擦與系統(tǒng)柔性耦合而誘發(fā)的剛度滯回現(xiàn)象進(jìn)一步降低諧波齒輪傳動的輸出精度。因此，諧波齒輪傳動齒面摩擦的精確描述對實現(xiàn)摩擦的建模與補(bǔ)償以及研究滯回剛度的產(chǎn)生機(jī)理具有重要的意義。
[0003]常見的諧波齒輪傳動機(jī)構(gòu)由波發(fā)生器、剛輪和柔輪組成，通過波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動使柔輪產(chǎn)生周期性彈性變形，并與剛輪相互嚙合來實現(xiàn)運動和力的傳遞。從諧波齒輪傳動的結(jié)構(gòu)角度來看，其齒面摩擦測試的難度主要來源于兩方面:第一，剛、柔輪的齒數(shù)較多，而模數(shù)很小，一般不超過0.5mm;第二，剛、柔輪之間采用內(nèi)嚙合傳動方式，且嚙合區(qū)域的位置隨著波發(fā)生器的轉(zhuǎn)動而不斷改變。
[0004]目前齒輪齒面摩擦的測試方法主要包括電阻應(yīng)變片法、等效轉(zhuǎn)矩法、等效重力擺法和光彈性法。但是，上述四種方法均不能直接應(yīng)用于諧波齒輪傳動齒面摩擦的測試。首先，電阻應(yīng)變片不易固定在微小的柔輪齒面上，且其外圍電路也很難設(shè)計;其次，等效轉(zhuǎn)矩法通過測量傳動系統(tǒng)整體的轉(zhuǎn)矩?fù)p失來計算齒面摩擦系數(shù)，但對于諧波齒輪傳動來說，波發(fā)生器柔性軸承內(nèi)部區(qū)域以及波發(fā)生器柔性軸承外圈與柔輪接觸區(qū)域的摩擦也是造成系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩?fù)p失的原因，所以由該方法得到的計算結(jié)果的精度有限，此外，即使假定諧波齒輪傳動的能量損耗都來源于齒面摩擦，由于諧波齒輪傳動過程中存在多齒嚙合，也無法得到單個齒面上摩擦力的變化規(guī)律;再次，等效重力擺法常用于靜態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)下齒面摩擦力的測試，且重力擺不易懸掛在尺寸極小的柔輪或者剛輪輪齒上；最后，由于剛、柔輪不具有光彈性材料，所以光彈性法也不合適。由于諧波齒輪傳動齒面摩擦測試存在上述諸多難點，現(xiàn)階段尚無成熟的諧波齒輪傳動齒面摩擦測試技術(shù)。
[0005]載人航天、微納機(jī)器人等技術(shù)的發(fā)展對諧波齒輪傳動的傳動性能提出了更高的要求。因此，需要一種諧波齒輪傳動齒面摩擦測試方法以系統(tǒng)地分析傳動過程中齒面摩擦的變化規(guī)律，從而進(jìn)一步研究諧波齒輪傳動齒面摩擦的作用機(jī)理以及不同參數(shù)對齒面摩擦的影響，實現(xiàn)對諧波齒輪傳動中摩擦的精確建模與補(bǔ)償，提高諧波齒輪的傳動性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種基于光彈性貼片法的諧波齒輪傳動齒面摩擦力測試系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)進(jìn)行測試的方法，用來填補(bǔ)諧波齒輪傳動齒面摩擦測試研究領(lǐng)域的空白。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]該系統(tǒng)主要包括光路入射系統(tǒng)、諧波系統(tǒng)和光路采集系統(tǒng)。
[0009]所述光路入射系統(tǒng)包括光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌、汞燈光源、透鏡和起偏鏡。汞燈光源安裝在汞燈光源支架上，透鏡安裝在透鏡支架上，起偏鏡安裝在起偏鏡支架上；
[0010]所述光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌上設(shè)置有便于支架滑動的凸臺；
[0011]所述汞燈光源支架底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌上，所述汞燈光源支架滑塊的凹槽與所述入射系統(tǒng)導(dǎo)軌的凸臺配合設(shè)置，以便汞燈光源支架可以在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌上自由滑動；
[0012]所述透鏡支架底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌上，所述透鏡支架滑塊的凹槽與所述入射系統(tǒng)導(dǎo)軌的凸臺配合設(shè)置，以便透鏡支架可以在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌上自由滑動；
[0013]所述起偏鏡支架底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌上，所述偏鏡支架滑塊的凹槽與所述入射系統(tǒng)導(dǎo)軌的凸臺配合設(shè)置，以便起偏鏡支架可以在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌上自由滑動；
[0014]所述起偏鏡支架、透鏡支架和汞燈光源支架依次從光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌的游動端裝入，并且保證汞燈光源、透鏡和起偏鏡的光軸重合。
[0015]所述諧波系統(tǒng)包括支撐臺面、光彈貼片、伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、諧波減速器和磁粉制動器。光彈貼片固定在諧波減速器待測輪齒的端面上，伺服電機(jī)安裝在電機(jī)支架上，諧波減速器安裝在諧波減速器支架上，磁粉制動器安裝在制動器支架上，伺服電機(jī)通過第一聯(lián)軸器與諧波減速器連接，諧波減速器通過第二聯(lián)軸器與磁粉制動器連接；
[0016]所述諧波減速器支架通過螺栓與支撐臺面固定；
[0017]所述電機(jī)支架通過螺栓與支撐臺面固定；
[0018]所述制動器支架通過螺栓與支撐臺面固定；
[0019]所述伺服電機(jī)、聯(lián)軸器、諧波減速器和磁粉制動器的軸線重合；
[0020]定義支撐臺面的某一側(cè)面為A面，諧波系統(tǒng)的軸線和A面法線平行；
[0021]所述光路采集系統(tǒng)包括光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌、玻璃板、檢偏鏡、補(bǔ)償片和鏡頭。玻璃板安裝在玻璃板支架上，檢偏鏡安裝在檢偏鏡支架上，補(bǔ)償片安裝在補(bǔ)償片支架上，鏡頭安裝在鏡頭支架上。
[0022]所述光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌上設(shè)置有便于支架滑動的凸臺；
[0023]所述玻璃板支架底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌上，所述玻璃板支架滑塊的凹槽與所述光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌的凸臺配合設(shè)置，以便玻璃板支架可以在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌上自由滑動，同時玻璃板的法線與光路入射以及光路采集系統(tǒng)的光軸均成45。角;
[0024]所述檢偏鏡支架底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌上，所述檢偏鏡支架滑塊的凹槽與所述光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌的凸臺配合設(shè)置，以便檢偏鏡支架可以在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌上自由滑動；
[0025]所述補(bǔ)償片支架底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌上，所述補(bǔ)償片支架滑塊的凹槽與所述光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌的凸臺配合設(shè)置，以便補(bǔ)償片支架可以在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌上自由滑動；
[0026]所述鏡頭支架底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌上，所述鏡頭支架滑塊的凹槽與所述光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌的凸臺配合設(shè)置，以便鏡頭支架可以在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌上自由滑動；
[0027]所述玻璃板支架、檢偏鏡支架、補(bǔ)償片支架和鏡頭支架依次從光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌的游動端裝入，并保證檢偏鏡、補(bǔ)償片和鏡頭的光軸重合。
[0028]所述光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌的一端和光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌的一端接觸且相互垂直，并且光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌和光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌分別設(shè)置在玻璃板的兩側(cè)；
[0029]所述支撐臺面的A面法線與光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌的軸線垂直且與光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌的軸線平行；
[0030]所述光路采集系統(tǒng)的光軸經(jīng)過諧波系統(tǒng)中諧波減速器待測輪齒端面上的光彈貼片，并且和輪齒端面垂直；
[0031]所述光路入射和光路采集系統(tǒng)中所有支架上均安裝有高度和水平微調(diào)絲杠螺母機(jī)構(gòu)，便于調(diào)整支架上各個儀器的位置。
[0032]該測試方法包括系統(tǒng)準(zhǔn)備階段和系統(tǒng)測試階段，其中系統(tǒng)準(zhǔn)備階段包括以下步驟:
[0033](a)調(diào)整諧波系統(tǒng)中的伺服電機(jī)、諧波減速器和磁粉制動器的位置，給定波發(fā)生器初始轉(zhuǎn)動位置；
[0034](b)調(diào)整光路采集系統(tǒng)中光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌、檢偏鏡、補(bǔ)償片和鏡頭的位置；
[0035](C)調(diào)整光路入射系統(tǒng)中光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌、汞燈光源、透鏡和起偏鏡的位置；
[0036](d)對起偏鏡和檢偏鏡的轉(zhuǎn)角進(jìn)行標(biāo)定；
[0037]系統(tǒng)測試階段包括以下步驟:
[0038](a)接通電源，使諧波減速器和磁粉制動器發(fā)生旋轉(zhuǎn)；
[0039](b)調(diào)整鏡頭的采樣頻率；
[0040](C)汞燈光源發(fā)出光線，先反射到貼有光彈貼片的待測輪齒端面上，然后再反射到鏡頭；
[0041 ] (d)轉(zhuǎn)動起偏鏡，記錄干涉條紋。
[0042]本發(fā)明的有益效果是:
[0043](I)本發(fā)明基于光彈性原理，通過對光彈條紋圖的分析與計算，可以得到諧波齒輪傳動任意嚙合位置處齒面摩擦力的大小和方向及其沿齒面的分布，從而實現(xiàn)對整個嚙合過程中齒面摩擦的動態(tài)測量；
[0044](2)本發(fā)明可以實現(xiàn)對不同型號的諧波減速器齒面摩擦的測試。當(dāng)諧波減速器的型號發(fā)生變化時，只需更換與諧波減速器配套的支架，并調(diào)整其他支架的位置即可；
[0045](3)本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)磁粉制動器和伺服電機(jī)的參數(shù)，來分析負(fù)載和輸入轉(zhuǎn)速等參數(shù)對諧波齒輪傳動齒面摩擦的影響；
[0046](4)本發(fā)明可以通過選擇不同類型的補(bǔ)償片和不同厚度的光彈貼片，來滿足不同精度等級的諧波齒輪傳動齒面摩擦測試需求。
【附圖說明】
[0047]圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖2為測試系統(tǒng)的光路入射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖3為測試系統(tǒng)的諧波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖4為測試系統(tǒng)的光路采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0051]圖5為諧波減速器柔輪輪齒端面固定光彈貼片的示意圖。
[0052]圖中編號:
[0053]11-汞燈光源，12-透鏡，13-起偏鏡，14-光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌，15-起偏鏡支架，16-透鏡支架，17-汞燈光源支架，21-磁粉制動器，22-制動器支架，23-第二聯(lián)軸器，24-諧波減速器，25-諧波減速器支架，26-光彈貼片，27-第一聯(lián)軸器，28-伺服電機(jī)，29-電機(jī)支架，210-支撐臺面，31-玻璃板，32-檢偏鏡，33-補(bǔ)償片，34-鏡頭，35-鏡頭支架，36-補(bǔ)償片支架，37-光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌，38-檢偏鏡支架，39-玻璃板支架。
【具體實施方式】
[0054]如圖1所示，一種基于光彈性貼片法的諧波齒輪傳動齒面摩擦力測試系統(tǒng)，主要包括光路入射系統(tǒng)、諧波系統(tǒng)和光路采集系統(tǒng)。
[0055]如圖2所示，所述光路入射系統(tǒng)包括光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14、汞燈光源11、透鏡12和起偏鏡13。汞燈光源11安裝在汞燈光源支架17上，透鏡12安裝在透鏡支架16上，起偏鏡13安裝在起偏鏡支架15上；
[0056]所述光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14上設(shè)置有便于支架滑動的凸臺；
[0057]所述汞燈光源支架17底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14上，所述汞燈光源支架17滑塊的凹槽與所述入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14的凸臺配合設(shè)置，以便汞燈光源支架17可以在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14上自由滑動；
[0058]所述透鏡支架16底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14上，所述透鏡支架16滑塊的凹槽與所述入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14的凸臺配合設(shè)置，以便透鏡支架16可以在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14上自由滑動；
[0059]所述起偏鏡支架15底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14上，所述偏鏡支架15滑塊的凹槽與所述入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14的凸臺配合設(shè)置，以便起偏鏡支架15可以在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14上自由滑動；
[0060]所述起偏鏡支架15、透鏡支架16、汞燈光源支架17依次從光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14的游動端裝入，并保證汞燈光源11、透鏡12和起偏鏡13的光軸重合。
[0061]如圖3所示，所述諧波系統(tǒng)包括支撐臺面210、光彈貼片26、伺服電機(jī)28、第一聯(lián)軸器27、第二聯(lián)軸器23、諧波減速器24和磁粉制動器21，光彈貼片26固定設(shè)置在諧波減速器24待測輪齒的端面上，伺服電機(jī)28安裝在電機(jī)支架29上，諧波減速器24安裝在諧波減速器支架25上，磁粉制動器21安裝在制動器支架22上，伺服電機(jī)28通過第一聯(lián)軸器27與諧波減速器24連接，諧波減速器24通過第二聯(lián)軸器23與磁粉制動器21連接；
[0062]所述諧波減速器支架25通過螺栓與支撐臺面210固定；
[0063]所述電機(jī)支架29通過螺栓與支撐臺面210固定；
[0064]所述制動器支架22通過螺栓與支撐臺面210固定；
[0065]所述諧波系統(tǒng)伺服電機(jī)28、第一聯(lián)軸器27、第二聯(lián)軸器23、諧波減速器23和磁粉制動器21的軸線重合；
[0066]定義支撐臺面210的某一側(cè)面為A面，諧波系統(tǒng)的軸線和A面法線平行。
[0067]如圖4所示，所述光路采集系統(tǒng)包括光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37、玻璃板31、檢偏鏡32、補(bǔ)償片33和鏡頭34。玻璃板31安裝在玻璃板支架39上，檢偏鏡32安裝在檢偏鏡支架38上，補(bǔ)償片33安裝在補(bǔ)償片支架36上，鏡頭34安裝在鏡頭支架35上；
[0068]所述光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37上設(shè)置有便于支架滑動的凸臺；
[0069]所述玻璃板支架39底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37上，所述玻璃板支架39滑塊的凹槽與所述光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37的凸臺配合設(shè)置，以便玻璃板支架39可以在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37上自由滑動，同時玻璃板31的法線與光路入射以及光路采集系統(tǒng)的光軸均成45°角；
[0070]所述檢偏鏡支架38底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37上，所述檢偏鏡支架38滑塊的凹槽與所述光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37的凸臺配合設(shè)置，以便檢偏鏡支架38可以在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37上自由滑動；
[0071]所述補(bǔ)償片支架36底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37上，所述補(bǔ)償片支架36滑塊的凹槽與所述光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37的凸臺配合設(shè)置，以便補(bǔ)償片支架36可以在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37上自由滑動；
[0072]所述鏡頭支架35底部設(shè)置有帶凹槽的滑塊，并安裝在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37上，所述鏡頭支架35滑塊的凹槽與所述光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37的凸臺配合設(shè)置，以便鏡頭支架35可以在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37上自由滑動；
[0073]所述玻璃板支架39、檢偏鏡支架38、補(bǔ)償片支架36、鏡頭支架35依次從光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37的游動端裝入，并保證檢偏鏡32、補(bǔ)償片33和鏡頭34的光軸重合。
[0074]如圖1所示，所述光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14的一端和光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37的一端接觸且相互垂直，并且光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14和光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37分別設(shè)置在玻璃板31的兩側(cè)；
[0075]所述支撐臺面210的A面法線與光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14的軸線垂直且與光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37的軸線平行；
[0076]所述光路采集系統(tǒng)的光軸經(jīng)過諧波系統(tǒng)中諧波減速器24待測輪齒端面上的光彈貼片26，并且和輪齒端面垂直；
[0077]所述光路入射系統(tǒng)和光路采集系統(tǒng)中所有支架上均安裝有高度和水平微調(diào)絲杠螺母機(jī)構(gòu)，便于調(diào)整支架上各個儀器的位置。
[0078]本系統(tǒng)的工作過程如下；
[0079]首先調(diào)整諧波系統(tǒng)伺服電機(jī)28、諧波減速器24和磁粉制動器21的位置，使三者的軸線重合，且與支撐臺面210的A面法線平行，同時給定波發(fā)生器初始轉(zhuǎn)動位置；
[0080]然后調(diào)整光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37靠近玻璃板31的一端，使其靠在支撐臺面210的A面上，并保證光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37的軸線與A面法線平行，調(diào)整光路采集系統(tǒng)的各個支架，使檢偏鏡32、補(bǔ)償片33、鏡頭34的光軸重合，并且光軸通過諧波減速器24待測輪齒端面上的光彈貼片26 ；
[0081]接著調(diào)整光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌14靠近起偏鏡13的一端，使其與光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌37靠近玻璃板31的一端接觸且相互垂直，調(diào)整光路入射系統(tǒng)汞燈光源11、透鏡12和起偏鏡13的位置，使三者的光軸重合，并保證光路入射系統(tǒng)和光路采集系統(tǒng)的光軸高度相同并交于玻璃板31的中心，再調(diào)整玻璃板31的位置，使其法線與光路入射系統(tǒng)以及光路采集系統(tǒng)的光軸均呈45° ；
[0082]最后標(biāo)定起偏鏡13和檢偏鏡32的轉(zhuǎn)角。啟動汞燈電源11和鏡頭34，記錄起偏鏡13和檢偏鏡32的初始光軸方向，并使起偏鏡13逆時針轉(zhuǎn)動10°，再轉(zhuǎn)動檢偏鏡32，直到鏡頭34采集到的干涉條紋全部為暗條紋為止，記錄起偏鏡13和檢偏鏡32光軸轉(zhuǎn)動角度的對應(yīng)關(guān)系，重復(fù)此過程，直到起偏鏡轉(zhuǎn)至90°為止；
[0083]完成以上準(zhǔn)備工作后，即可進(jìn)行測試。接通電源，伺服電機(jī)28通過第一聯(lián)軸器27帶動諧波減速器24旋轉(zhuǎn)，諧波減速器24通過第二聯(lián)軸器23帶動磁粉制動器21旋轉(zhuǎn)。調(diào)整鏡頭34的采樣頻率使諧波減速器24的輸入端旋轉(zhuǎn)頻率為鏡頭34采樣頻率的整數(shù)倍，保證每次測試的嚙合位置是相同的。汞燈光源11發(fā)出光線，通過透鏡12會聚，再通過起偏鏡13，然后經(jīng)玻璃板31反射到貼有光彈貼片26的待測輪齒端面上，再經(jīng)過反射后，光線經(jīng)玻璃板31通過檢偏鏡32和補(bǔ)償片33，到達(dá)鏡頭34，可在計算機(jī)上觀測到相應(yīng)的干涉條紋。轉(zhuǎn)動起偏鏡13使其光軸逆時針轉(zhuǎn)動10°，檢偏鏡32轉(zhuǎn)到之前標(biāo)定的對應(yīng)位置，記錄一次干涉條紋，重復(fù)上述工作，直到起偏鏡13光軸轉(zhuǎn)至90°為止。此時，可以得到待測輪齒端面上光彈貼片的干涉條紋，其中包括等差線條紋和等傾線條紋，通過分析計算等差線條紋可以得到待測輪齒端面上光彈貼片的主應(yīng)力差值，通過分析計算等傾線條紋可以得到待測輪齒端面上光彈貼片的主應(yīng)力方向。再根據(jù)得到的主應(yīng)力差值和主應(yīng)力方向可以計算出沿待測輪齒嚙合齒面切向的切應(yīng)力，通過對切應(yīng)力沿嚙合齒面的積分可以得到沿嚙合齒面切向的摩擦力。
[0084]調(diào)整諧波減速器24的波發(fā)生器初始轉(zhuǎn)動位置，可以測出不同嚙合位置處齒面摩擦力的大小和方向。調(diào)節(jié)磁粉制動器21和伺服電機(jī)28的參數(shù)，可以測出諧波減速器24在不同轉(zhuǎn)速和負(fù)載下齒面摩擦的變化規(guī)律。
【主權(quán)項】
1.一種基于光彈性貼片法的諧波齒輪傳動齒面摩擦力測試系統(tǒng)，其特征在于，包括:光路入射系統(tǒng)、諧波系統(tǒng)和光路采集系統(tǒng)； 所述光路入射系統(tǒng)包括:光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌(14)、汞燈光源(11)、透鏡(12)和起偏鏡(13)； 所述諧波系統(tǒng)包括:支撐臺面(210)、光彈貼片(26)、伺服電機(jī)(28)、第一聯(lián)軸器(27)、第二聯(lián)軸器(23)、諧波減速器(24)和磁粉制動器(21)，定義支撐臺面(210)的其中一側(cè)面為A面，光彈貼片(26)固定設(shè)置在諧波減速器(24)待測輪齒的端面上，伺服電機(jī)(28)通過第一聯(lián)軸器(27)與諧波減速器(24)連接，諧波減速器(24)通過第二聯(lián)軸器(23)與磁粉制動器(21)連接； 所述光路采集系統(tǒng)包括:光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌(37)、玻璃板(31)、檢偏鏡(32)、補(bǔ)償片(33)和鏡頭(34)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光彈性貼片法的諧波齒輪傳動齒面摩擦力測試系統(tǒng)，其特征在于:所述光路入射系統(tǒng)的汞燈光源(11)安裝在汞燈光源支架(17)上，透鏡(12)安裝在透鏡支架(16)上，起偏鏡(13)安裝在起偏鏡支架(15)上;起偏鏡支架(15)、透鏡支架(16)和汞燈光源支架(17)依次從光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌(14)的游動端裝入；所述汞燈光源支架(17)、透鏡支架(16)和起偏鏡支架(15)安裝在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌(14)上，可在光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌(14)上自由滑動。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光彈性貼片法的諧波齒輪傳動齒面摩擦力測試系統(tǒng)，其特征在于:所述諧波系統(tǒng)的伺服電機(jī)(28)安裝在電機(jī)支架(29)上，諧波減速器(24)安裝在諧波減速器支架(25)上，磁粉制動器(21)安裝在制動器支架(22)上，所述諧波減速器支架(25)通過螺栓與支撐臺面(210)固定;所述電機(jī)支架(29)通過螺栓與支撐臺面(210)固定；所述制動器支架(22)通過螺栓與支撐臺面(210)固定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光彈性貼片法的諧波齒輪傳動齒面摩擦力測試系統(tǒng)，其特征在于:所述光路采集系統(tǒng)的玻璃板(31)安裝在玻璃板支架(39)上，檢偏鏡(32)安裝在檢偏鏡支架(38)上，補(bǔ)償片(33)安裝在補(bǔ)償片支架(36)上，鏡頭(34)安裝在鏡頭支架(35)上;玻璃板支架(39)、檢偏鏡支架(38)、補(bǔ)償片支架(36)和鏡頭支架(35)依次從光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌(37)的游動端裝入;所述玻璃板支架(39)、檢偏鏡支架(38)、補(bǔ)償片支架(36)和鏡頭支架(35)安裝在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌(37)上，可在光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌(37)上自由滑動。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光彈性貼片法的諧波齒輪傳動齒面摩擦力測試系統(tǒng)，其特征在于:所述光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌(14)的一端和光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌(37)的一端接觸且相互垂直，并且光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌(14)和光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌(37)分別設(shè)置在玻璃板(31)的兩偵L諧波系統(tǒng)的軸線和A面法線平行，所述支撐臺面(210)的A面法線與光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌(14)的軸線垂直且與光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌(37)的軸線平行;所述光路采集系統(tǒng)的光軸經(jīng)過諧波系統(tǒng)中諧波減速器(24)待測輪齒端面上的光彈貼片(26)，并且和輪齒端面垂直。6.使用根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的諧波齒輪傳動齒面摩擦力測試系統(tǒng)進(jìn)行測試的方法，其特征在于:所述方法包括系統(tǒng)準(zhǔn)備階段和系統(tǒng)測試階段，其中系統(tǒng)準(zhǔn)備階段包括以下步驟: (a)調(diào)整諧波系統(tǒng)中的伺服電機(jī)(28)、諧波減速器(24)和磁粉制動器(21)的位置，給定波發(fā)生器初始轉(zhuǎn)動位置； (b)調(diào)整光路采集系統(tǒng)中光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌(37)、檢偏鏡(32)、補(bǔ)償片(33)和鏡頭(34)的位置； (c)調(diào)整光路入射系統(tǒng)中光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌(14)、汞燈光源(11)、透鏡(12)和起偏鏡(13)的位置; (d)對起偏鏡(13)和檢偏鏡(32)的轉(zhuǎn)角進(jìn)行標(biāo)定； 系統(tǒng)測試階段包括以下步驟: (a)接通電源，使諧波減速器(24)和磁粉制動器(21)發(fā)生旋轉(zhuǎn)； (b)調(diào)整鏡頭(34)的采樣頻率； (c)汞燈光源(11)發(fā)出光線，先反射到貼有光彈貼片(26)的待測輪齒端面上，然后再反射到鏡頭(34); (d)轉(zhuǎn)動起偏鏡(13)，記錄干涉條紋。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試方法，其特征在于:所述調(diào)整諧波系統(tǒng)中的伺服電機(jī)(28)、諧波減速器(24)和磁粉制動器(21)的位置包括使三者的光軸重合，且與支撐面(210)的A面法線平行；所述調(diào)整光路采集系統(tǒng)中光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌(37)、檢偏鏡(32)、補(bǔ)償片(33)、鏡頭(34)的位置包括調(diào)整光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌(37)靠近玻璃板(31)的一端，使其靠在支撐臺面(210)的A面上，并保證光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌(37)的軸線與A面法線平行，調(diào)整光路采集系統(tǒng)的各個支架，使檢偏鏡(32)、補(bǔ)償片(33)、鏡頭(34)的光軸重合，并且光軸通過諧波減速器(24)待測輪齒端面上的光彈貼片(26);所述調(diào)整光路入射系統(tǒng)中光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌(14)、汞燈光源(11)、透鏡(12)和起偏鏡(13)的位置包括調(diào)整光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌(14)靠近起偏鏡(13)的一端，使其與光路采集系統(tǒng)導(dǎo)軌(37)靠近玻璃板(31)的一端接觸且相互垂直，調(diào)整光路入射系統(tǒng)汞燈光源(II)、透鏡(12)和起偏鏡(13)的位置，使三者的光軸重合，并使得光路入射系統(tǒng)和光路采集系統(tǒng)的光軸高度相同且交于玻璃板(31)的中心;所述對干涉條紋進(jìn)行標(biāo)定包括啟動汞燈電源(II)和鏡頭(34)，記錄起偏鏡(13)和檢偏鏡(32)的初始光軸方向，并使起偏鏡(13)逆時針轉(zhuǎn)動10°，再轉(zhuǎn)動檢偏鏡(32)，直到鏡頭(34)采集到的干涉條紋全部為暗條紋為止，記錄起偏鏡(13)和檢偏鏡(32)光軸轉(zhuǎn)動角度的對應(yīng)關(guān)系，重復(fù)此過程，直到起偏鏡轉(zhuǎn)至90°為止。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的測試方法，其特征在于:所述調(diào)整光路入射系統(tǒng)中光路入射系統(tǒng)導(dǎo)軌(14)、汞燈光源(11)、透鏡(12)和起偏鏡(13)的位置還包括調(diào)整玻璃板(31)的位置，使其法線與光路入射系統(tǒng)以及光路采集系統(tǒng)的光軸均呈45°。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的測試方法，其特征在于:所述使諧波減速器(24)和磁粉制動器(21)發(fā)生旋轉(zhuǎn)包括伺服電機(jī)(28)通過第一聯(lián)軸器(27)帶動諧波減速器(24)旋轉(zhuǎn)，諧波減速器(24)通過第二聯(lián)軸器(23)帶動磁粉制動器(21)旋轉(zhuǎn);所述調(diào)整鏡頭(34)的采樣頻率包括使諧波減速器(24)的輸入端旋轉(zhuǎn)頻率為鏡頭(34)采樣頻率的整數(shù)倍;所述汞燈光源(11)發(fā)出光線，先反射到貼有光彈貼片(26)的待測輪齒端面上，然后再反射到鏡頭(34)包括光線首先通過透鏡(12)會聚后再通過起偏鏡(13)，然后經(jīng)玻璃板(31)反射到貼有光彈貼片(26)的待測輪齒端面上，再經(jīng)過反射后，光線經(jīng)玻璃板(31)通過檢偏鏡(32)和補(bǔ)償片(33)到達(dá)鏡頭(34);所述轉(zhuǎn)動起偏鏡(13)，記錄干涉條紋包括轉(zhuǎn)動起偏鏡(13)使其光軸逆時針轉(zhuǎn)動10°，檢偏鏡(32)轉(zhuǎn)到系統(tǒng)準(zhǔn)備階段標(biāo)定的對應(yīng)位置，記錄一次干涉條紋，重復(fù)上述工作，直到起偏鏡(13)光軸轉(zhuǎn)至90°為止。
【文檔編號】G01L1/24GK106092407SQ201610398631
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月7日
【發(fā)明人】馬東輝, 吳澤, 林大淵, 閻紹澤
【申請人】清華大學(xué)