GBT 35089-2018机器人用精密齿轮传动装置 试验方法

GB/T35089-2026《机器人用精密齿轮传动装置试验方法》本标准规定了机器人用精密齿轮传动装置台架试验的试验件、试验设备、安装调试、转矩效率试验、传动精度试验、寿命试验、弯曲刚度试验及其数据处理的基本要求。本标准适用于一般工业环境下机器人用谐波齿轮减速器、行星摆线减速器、摆线针轮减速器等精密齿轮传动装置的台架试验。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。GB/T2828.1计数抽样检验程序第1部分：按接收质量限(AQL)检索的逐批检验抽样计划GB/T2828.11计数抽样检验程序第11部分：小总体声称质量水平的评定程序GB/T6404.1齿轮装置的验收规范第1部分：空气传播噪声的试验规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。空载摩擦转矩no-loadrunningtorque输出端无负载，驱动输入端，不同稳定转速下的输入转矩。启动转矩startingtorque输出端无负载，缓慢扭转输入端至输出端启动瞬间所需的转矩。反向启动转矩backdrivingtorque增速启动转矩输入端无负载，缓慢扭转输出端至输入端启动瞬间所需的转矩。滞回曲线hysteresiscurve输入端固定，给输出端逐渐加载至额定转矩后卸载，再反向逐渐加载至额定转矩后卸载，记录输出端对应的转矩、转角值，绘制完成的封闭的转矩-转角曲线。弯曲刚度bendingmomentrigidity输出端承受的弯矩与输出端轴线的弹性偏转角之比值。扭转刚度torsionalrigidity输入端固定，输出端承受的转矩与输出端的弹性扭转角的比值。工2回差lostmotion滞回曲线上，±3%额定转矩处两组交点的中点的转角差的绝对值。传动误差transmissionerror输出端实际转角与理论转角之差。4试验件4.1试验件及数量试验件为产品或样机，数量由试验目的和要求决定。若为抽样检验，试验件数量应依据GB/T2828.1或GB/T2828.11进行确定。4.2试验件的材质和加工精度试验件的主要零件的材料、热处理、机械加工应符合产品设计要求并有检查记录。5试验设备5.1转矩、转速试验设备5.1.1用于空载、负载、超载、空载摩擦转矩、启动转矩、机械效率等试验项目，基本组成如图1所示(可以不装角度传感器)。在试验件的输入和输出端各安装一台转速转矩传感器，直接测量试验件的输入和输出转矩、转速。5.1.2驱动与加载方式不受限制，应能保持运转稳定。在额定转速下，驱动转速波动不应超过±1r/min,负载转矩波动不应超过±1.5%FS。5.1.3应可以正、反转及带载启动，位置调节部件应能锁死。5.1.4仪器仪表的规格、量程、精度应与试验要求相适应，并通过校准及理论计算得出系统误差。试验过程中应能自动记录数据。5.2传动精度试验设备5.2.1用于扭转刚度、回差、传动误差等试验项目，基本组成如图1所示。在试验件的输入和输出端各安装一组角度传感器和转速转矩传感器，直接测量试验件的输入和输出转角、转矩、转速。试验件与角度传感器之间联接应保证同步。5.2.2驱动与加载方式不受限制，应能保持运转稳定。在额定转速下，驱动转速波动不应超过±1r/min,负载转矩波动不应超过±1.5%FS。转角测量误差应不大于试验件传动误差的1/3。5.2.3应可以正、反转及带载启动，位置调节部件应能锁死，旋转制动部件应作用可靠(即制动状态下不能有松动，松开状态下不能有摩擦)。5.2.4仪器仪表的规格、量程、精度应与试验要求相适应，并通过校准及理论计算得出系统误差。试验过程中应能自动记录数据。3说明：1——驱动系统；2——转矩转速传感器；3——角度传感器；4——试验件；5——加载系统；6--—工作平台。图1转矩、效率及传动精度试验设备示意图5.3寿命试验设备5.3.1用于疲劳寿命试验项目。应采用模拟机器人实际工况的摆动试验方法，包括但不限于摆动n×360°、180°、90°、45°。分为卧式和立式两种型式，基本组成如图2、图3所示。在惯性负载上安装加速度传感器，测量输出轴的角加速度。4说明：1——驱动系统；2—试验件及安装支承系统；3——惯性负载；4——加速度传感器；图2卧式寿命试验设备示意图1——驱动系统；2——试验件及安装支承系统；3——惯性负载；4——加速度传感器；5——工作平台。图3立式寿命试验设备示意图5.3.2仪器仪表的规格、量程、精度应与试验要求相适应，并通过校准及理论计算得出系统误差。试验过程中应能自动记录数据。55.4弯曲刚度试验设备5.4.1用于弯曲刚度试验项目。基本组成如图4所示。将试验件固定于工作平台后，可以分别对输出轴施加径向负载力W₁和轴向负载力W₂,方式不限。说明：1——试验件；2——安装支承系统；3——工作平台。图4弯曲刚度试验设备示意图5.4.2仪器仪表的规格、量程、精度应与试验要求相适应，并通过校准及理论计算得出系统误差。测试参数包括轴向、径向负载力及输出轴偏转角。采用力传感器分别测量轴向、径向负载；采用角度测试仪器直接测量输出轴偏转角，或采用位移传感器测量偏转位移后计算得到偏转角。5.5温度、噪声测试仪器5.5.1试验件壳体温度的测量优先采用贴片式温度传感器。5.5.2噪声测试仪器和测试方法应符合GB/T6404.1的规定。6安装调试试验件安装完毕应符合下列要求：——试验件与试验设备各部件连接可靠，保证刚度，减少调整环节，减小系统误差。——试验件的输入、输出轴线与相邻设备的同轴度应不大于0.02mm,并保证系统运转灵活。67转矩、效率试验与数据处理7.1空载试验在额定转速下，正、反两方向各运转不小于30min。试验过程中应观察并记录：——各连接件、紧固件是否有松动；——各密封处、各接合处是否漏油、渗油；——运转是否平稳，是否发生冲击、异响；——试验件壳体温度是否超过上限；———输出转速是否异常波动。7.2空载摩擦转矩7.2.1输出端空载状态下，从输入端启动试验件，在不同转速下稳定运转，实时采集试验件输入转速及转矩，绘制转速-转矩曲线。7.2.2将7.2.1中的转速-转矩曲线按照最小二乘法拟合成斜率为k的直线，得到空载摩擦转矩计算方法，见式(1):T=kn+c…………式中：T——空载摩擦转矩，单位为牛顿米(N·m);n—输入转速，单位为转每分(r/min);c——常数。7.3启动转矩输出端无负载，从输入端缓慢驱动试验件，至输出端启动，期间实时采集输入端转矩(采样频率应不低于1kHz),取最大值作为启动转矩。7.4反向启动转矩输入端无负载，从输出端缓慢驱动试验件，至输入端启动，期间实时采集输出端转矩(采样频率应不低于1kHz),取最大值作为反向启动转矩。7.5加载及传动效率试验7.5.1空载试验后进行加载及传动效率试验，试验环境温度(23±5)℃。在额定转矩下运转至温度平衡，且壳体温度≤60℃时，进行效率试验。7.5.2在不同转速下从零加载至额定转矩，记录输入/输出转矩、输入/输出转速，每个转速下至少采集5组数据(同时记录壳体温度、噪声和运转时间),根据记录数据计算传动效率，然后绘制出不同转速下的转矩一效率曲线，如图5所示。图5转矩-效率曲线7.5.3机械效率的计算见式(2):式中：η——试验件的传动效率；T₂—输出转矩算术平均值，单位为牛顿米(N·m);T₁——输入转矩算术平均值，单位为牛顿米(N·m);i——试验件的传动比。7.5.4温升的计算见式(3):△t=t-to△t———壳体温升，单位为摄氏度(℃);t——壳体温度，单位为摄氏度(℃);to——试验环境温度，单位为摄氏度(℃)。7.6超载试验加载试验完成后不卸载，继续在2.5倍额定转矩下运转10min,在4倍额定转矩下运转2s～5s。8传动精度试验与数据处理8.1扭转刚度8.1.1输入端固定，给输出端逐渐加载至额定转矩后卸载，再反向逐渐加载至额定转矩后卸载，记录输出端对应的转矩、转角值，同时绘制出滞回曲线，如图6所示。试验过程中应保证各连接部分无侧隙，若存在侧隙，则需在试验前准确测量，并在最终结果中将连接部分侧隙作为系统误差修正。8.1.2从零加载至额定负载，再从额定负载降至零，输出转矩及转角的采样数量分别不少于100点；反向加载亦然。试验数据应根据角位移的正增加与负增加进行记录。8.1.3扭转刚度值由滞回曲线中计算得出。扭转刚度值应根据滞回曲线分段拟合，一般可将单方向加载及卸载曲线按照斜率不同分为2至3段，或根据试验件试验需求进行划分。对每段加载及卸载数据集进行最小二乘法直线拟合，获得该段的斜率k=a/b,k值的倒数即为该段转矩范围内的扭转刚度。8.2回差8.2.1回差试验步骤及方法同扭转刚度，其结果依据滞回曲线按照回差定义计算得出。88.2.2在滞回曲线中，横坐标为+3%额定转矩时，对应正向曲线中两个转角值的平均值为θ₁,横坐标为-3%额定转矩时，对应反向曲线中两个角度值的平均值为θ2,θ₁与θ2的差值即为试验件的回差。转矩回差-3%额定转矩+3%额定转矩-100%额定转矩100%额定转矩图6滞回曲线图8.3传动误差8.3.1传动误差试验应正、反向分别测量。从输入端驱动试验件，输出端施加空载或指定负载，待转速和载荷平稳后，在输出端运行一周范围内记录输入、输出端的实时转角值。试验过程中，转角值采样数量不低于1000点，输入、输出采样同步性不大于1ms,输出转速不大于5r/min。连续测量每次采样位置应相同，以避免不同位置的测量结果相叠加引入的测量误差。8.3.2根据实时采样结果，以输出端角度为横坐标，以该角度对应的传动误差值为纵坐标，绘制传动误差曲线，如图7所示。曲线纵坐标最大值与最小值之差θ即为试验件的传动误差。8.3.3对于同一个试验件，应在相同工况下连续测量至少5次，测量结果取平均值。输出转角/(°)图7传动误差曲线图9寿命试验与数据处理9.1模拟试验件在机器人中的工作状况，在输出端上固定刚体负载，从输入端驱动试验件，使输出端作9往复摆动，摆动角φ角度范围为45°~90°,加/减速角度值为φa,等速区角度范围为φ—2φa(应不小于0)。按照等加/减速曲线或正弦加/减速度曲线进行加载寿命试验，试验时最大加速度应保证试验件最大输出转矩不大于额定输出转矩的2.5倍，最大转速不大于试验件额定转速(试验件壳体温度应控制在60℃以内)。实时测量各个时间段t;的负载转矩T;、转速n;,转矩测量精度不低于1%FS。9.2当采用卧式试验装置时，周期性负载转矩T的计算见式(4):T=Je+∑(m;gr;cosp;)……J——输出轴上刚体负载的转动惯量，单位为千克平方米(kg·m²),J=∑m;r²;E——输出轴角加速度，单位为弧度每二次方秒(rad/s²);g——重力加速度，单位为米每二次方秒(m/s²);m;——输出轴上刚体负载中各质点的质量，单位为千克(kg);r;——该质点到转动轴线的半径，单位为米(m);φ;——输出轴上刚体负载质心的摆动角度，单位为度(°)。当采用立式试验装置时，周期性负载转矩T的计算见式(5): (5)9.3寿命试验所需时间t根据试验负载和试验转速，按照滚动轴承的疲劳寿命计算方法进行计算，见式(6):式中：to——额定转矩下的设计寿命，单位为小时(h);no——输出端额定转速，单位为转每分(r/min);T,——输出端额定转矩，单位为牛顿米(N·m);nm——试验时输出端平均转速，单位为转每分(r/min),nm=∑(t;n)/∑t;;Tm——试验时输出端平均负载转矩，单位为牛顿米(N·m),Tm=[∑(t;n;T)/∑(t;n)]¹/;e——寿命指数。对摆线类减速器偏心轴滚子轴承，e=10/3;对谐波减速器柔性(球)轴承，e=3。9.4试验过程中应观察：——各连接件、紧固件是否有松动；——各密封处接合处是否漏油、渗油；——运转是否平稳，是否发生过大冲击、