应用激光干涉仪进行谐波减速器高低温弯曲刚度的测试方法

　　1 引 言

　　谐波减速器在工作过程中各个零件之间的挤压、摩擦和碰撞等是一个较为复杂的受力变形过程，难以通过数值计算精确地得到它的刚度值，因此通过试验方法测定其刚度是普遍采用且较为有效的办法。刚度测试装置用于测试机构、结构件在不同加载力矩下的刚度值，包括拉伸刚度、压缩刚度、扭转刚度和弯曲刚度。目前，利用拉压试验机、角度传感器、电涡流位移传感器等装置，已经能够实现机构、结构件在常温下的刚度测试，但在高低温环境中的刚度测试问题仍未解决。

　　本文介绍的高低温刚度测试系统，用激光干涉仪实现谐波减速器的弯曲偏转角度测量，串联在钢丝绳上的力传感器实现拉力测量，集成的高低温箱单独为谐波减速器提供高低温环境，可以为谐波减速器等机构提供高低温下的刚度实测数据。

　　2 刚度测试系统设计

　　测试系统主要由测试机构单元、控制单元和软件单元组成。可完成被测件( 如谐波减速器等) 在高低温环境中的弯曲刚度测量。

　　2. 1 弯曲刚度测量原理

　　如图 1 所示，将谐波减速器安装在基板上，固定输入端，在输出端由零逐渐增加一额定弯矩 T，测量输出端相对于安装基板的偏转角度Φ，由公式

　　计算出当前温度下的弯曲刚度 K^[1]。

　　式( 1) 中，偏转角 Φ 定义为谐波减速器输出端与安装面连线的偏转角度，而非轴端法向的转动角度。弯矩 T=加载力 P×力臂 L。

　　2. 2 测试机构单元

　　测试机构单元主要由激光干涉仪、激光反射镜、弯矩加载组件、谐波减速器、高低温箱体、支架组件、拉力传感器、加载驱动组件组成，被测谐波减速器固定在支架组件的测试平台上; 弯曲刚度的力矩加载通过弯矩加载组件实现; 激光头发出激光束，穿过温度箱的透光玻璃，经安装在谐波减速器输出轴和安装面上的反射镜反射，回到干涉仪的激光接收器，测量出谐波减速器弯矩加载前后的偏转角度; 电机等部件完成拉力的施加和释放; 力传感器完成加载绳拉力的测量; 高低温箱为谐波减速器提供所需的高低温环境。

　　2. 3 控制单元和软件单元

　　控制单元和软件单元完成电机控制、力和角位移信号采集、数据处理，并给出弯曲刚度测试结果。

　　3 误差分析

　　假设 y 是几个独立变量的已知函数，即

　　用泰勒级数展开可得

　　把偏导数看作 y 对特定 x 变化的灵敏度，如果现在把所有 Δx 视为在每个测量值 xi中的不确定度 uxi，相应的 y 不确定度为[2]