專利名稱：伺服電機線性驅(qū)動動力學參數(shù)測試教學實驗臺的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種應用于本科以上工科學生關于機電一體伺服驅(qū)動系統(tǒng)的學習，開展實驗教學活動的教學實驗臺，特別是應用于本科以上工科學生關于伺服電機線性驅(qū)動動力學參數(shù)測試的教學實驗臺，屬于實驗教學的改進方法及技術。
背景技術：
在機械裝備當中，經(jīng)常會運用到典型的機電 一體化線性驅(qū)動機構，即由旋轉(zhuǎn)電機帶動絲杠轉(zhuǎn)動，然后由絲杠上的螺母帶動工作臺等執(zhí)行機構做直線運動。在設計這種驅(qū)動系統(tǒng)時，很重要的一項工作是對執(zhí)行件進行相關參數(shù)定量計算，也就是進行動力學設計。即根據(jù)被驅(qū)動的執(zhí)行件質(zhì)量，驅(qū)動的速度、加速度、所發(fā)生摩擦力大小、驅(qū)動力傾角等相關條件，通過計算選用匹配的步進電機或伺服電機。盡管伺服電機的主參數(shù)是功率，但在選擇電機時還應考慮滿足以下三項要
求，以使伺服電機的工作性能得到充分發(fā)揮
1、 執(zhí)行件載荷轉(zhuǎn)換到電機軸上的載荷慣量應與電機軸的轉(zhuǎn)子慣量相匹配。通常執(zhí)行件載荷慣量限制在電機轉(zhuǎn)子慣量的2. 5倍之內(nèi)。
2、 執(zhí)行件快速加減速移動時，轉(zhuǎn)換到電機上的慣性扭矩不得超過電機的最大輸出扭矩。3、在正常切削狀態(tài)下，工作阻抗負載轉(zhuǎn)換到電機上的扭矩不得超過電機額定輸出扭矩。
為鞏固教學效果， 一般通過布置作業(yè)的方式，讓學生根據(jù)上述三個要求完成設計計算過程，然后對答案進行點評。由于布置作業(yè)的題目單一，學生人數(shù)眾多，題目所給定的計算條件往往針對全部同學，導致所得的結(jié)果完全一致，幾乎不可避免學生對照答案，甚至相互抄襲，學生對這種學習方式感到枯燥乏味。

實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于考慮上述問題而提供一種能自主模擬不同慣性載荷、外部阻力、驅(qū)動力方向等工況情況下，進行動力學性能參數(shù)測量的伺服電機線性驅(qū)動動力學參數(shù)測試教學實驗臺。本實用新型能使學生通過動手實踐理解如何模擬各種使用工況，對系統(tǒng)的設計計算結(jié)果進行驗證，起到理論聯(lián)系實際的效果。
本實用新型的技術方案是伺服電機線性驅(qū)動動力學參數(shù)測試教學實驗臺，包括有由滾珠絲杠、滾動導軌、工作臺組成的單軸直線運動臺架，在實驗臺控制系統(tǒng)作用下驅(qū)動工作臺做伺服運動的伺服電機通過能實時測量電機的輸出力矩電信號的扭矩傳感器與絲桿連接，上述滾珠絲杠、滾動導軌、工作臺、扭矩傳感器、伺服電機均安裝在可調(diào)傾角的底板上，且工作臺上安裝有載荷，工作臺與能產(chǎn)生摩擦力、并能對工作臺形成一個外部阻力的摩擦阻力器連接在一起。
上述可調(diào)傾角的底板的一端鉸接在機架上，另一端通過傾角調(diào)節(jié)裝置與機架連接。
上述傾角調(diào)節(jié)裝置為能做伸縮或擺動運動的角度調(diào)節(jié)裝置。
上述工作臺上能安裝質(zhì)量大小不同的載荷。上述扭矩傳感器測得的電信號通過信號采集卡、A/D轉(zhuǎn)換器與實驗臺控制系統(tǒng)連接，實驗臺控制系統(tǒng)經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到與電機的輸出力矩有關的動力學性能參數(shù)。
上述實驗臺控制系統(tǒng)經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到與電機的輸出力矩有關的動力學性能參數(shù)能處理輸出為時間一一力矩曲線。
本實用新型的實驗臺可以模擬某種機械設備的用途，調(diào)整設備機構在各種工作環(huán)境中的運動參數(shù)，學生根據(jù)變化的參數(shù)進行理論計算，然后在實驗臺上做相應工況的實驗，將計算的理論結(jié)果與測試結(jié)果進行對比驗證，可使學生感到計算的必要性和有效性。尤其適用于類似機床傳動軸設計時，對電機的選型和校核驗算。設備的參數(shù)可以有很多變化，因此理論計算的題目形式可以做到多種多樣，但理論計算正確與否，由實驗來檢驗，不需老師來做主觀評判，既強化了教學效果，又減輕了實驗教學負擔。本實驗臺可供給學生進行自主動手實驗，要求學生完成理論分析與實驗驗證的完整過程，激發(fā)學生學習理論知識，參與實驗的興趣。實驗過程中涉及到數(shù)字控制技術和方法、測控技術等專業(yè)知識，對提高其他專業(yè)知識的教學效果也同樣具有現(xiàn)實意義。本實用新型可用于《機械傳動原理》、《機械裝備設計》、《機電一體化系統(tǒng)設計》、《工程測試技術》、《數(shù)控原理》等專業(yè)課程教學當中，學生在完成理論計算分析后，能在實驗臺上自主的模擬不同慣性載荷、外部阻力、驅(qū)動力方向等工況情況下，進行動力學性能參數(shù)測量。學生通過動手實踐理解如何模擬各種使用工況，對系統(tǒng)的設計計算結(jié)果進行驗證，起到理論聯(lián)系實際的效果。本實用新型是一種設計巧妙，性能優(yōu)良，方便實用的伺服電機線性驅(qū)動動力學參數(shù)測試教學實驗臺。

圖l為本實用新型的結(jié)構示意圖2為本實用新型測量數(shù)據(jù)釆集與處理的流程圖。
具體實施方式
實施例
本實用新型的結(jié)構示意圖如圖1所示，伺服電機線性驅(qū)動動力學參數(shù)測試教學實驗臺，包括有由滾珠絲杠5A、滾動導軌5B、工作臺5C組成的單軸直線運動臺架5,在實驗臺控制系統(tǒng)作用下驅(qū)動工作臺5C做伺服運動的伺服電機7通過能實時測量電機的輸出力矩電信號的扭矩傳感器6與絲桿5A連接，上述滾珠絲杠5A、滾動導軌5B、工作臺5C、扭矩傳感器6、伺服電機7均安裝在可調(diào)傾角的底板1上,且工作臺5C上安裝有載荷4，工作臺5C與能產(chǎn)生摩擦力、并能對工作臺5C形成一個外部阻力的摩擦阻力器3連接在一起。
本實施例中，上述可調(diào)傾角的底板1的一端鉸接在機架上，另一端通過傾角調(diào)節(jié)裝置2與機架連接。
上述傾角調(diào)節(jié)裝置2為能作伸縮運動的調(diào)節(jié)裝置。上述傾角調(diào)
節(jié)裝置2為包括有活塞及活塞缸的能作伸縮運動的調(diào)節(jié)裝置。
本實施例中，上述工作臺5C上能安裝質(zhì)量大小不同的載荷4。另外，上述扭矩傳感器6測得的電信號通過信號采集卡21、 A/D
轉(zhuǎn)換器22與實驗臺控制系統(tǒng)23連接，實驗臺控制系統(tǒng)23經(jīng)數(shù)據(jù)處
理得到與電機的輸出力矩有關的動力學性能參數(shù)。上述實驗臺控制系
統(tǒng)23經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到與電機的輸出力矩有關的動力學性能參數(shù)能處
理輸出為時間 一 一 力矩曲線。扭矩傳感器6測得的電信號通過信號采
集卡21、 A/D轉(zhuǎn)換器22送到實驗臺控制系統(tǒng)23,實驗臺控制系統(tǒng)23
經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到與電機的輸出力矩有關的動力學性能參數(shù)，并通過軟
件處理輸出為時間一一力矩曲線。本實用新型可按如下步驟進行操作U)設計計算。首先假設機床某個方向的直線驅(qū)動，給定執(zhí)行件的質(zhì)量、驅(qū)動速度、加減速度、阻抗負載等，根據(jù)相關公式計算轉(zhuǎn)換到電機軸上的功率、慣性矩、扭矩等動力參數(shù)。
(2) 實驗設定。在本實驗臺上，模擬機床的工作狀態(tài)，結(jié)合上
述理論值，加載一定的質(zhì)量載荷、調(diào)節(jié)加減速度、調(diào)節(jié)工作臺底板的傾斜角度、用摩擦阻力器施加阻抗負載等，使其符合設計給定的條件。
(3) 數(shù)據(jù)采集。實驗初始狀態(tài)設定完畢后，開始實驗操作，進行實驗數(shù)據(jù)的釆集，釆集的數(shù)據(jù)包括電機的輸出扭矩，工作臺的直線運動速度和加速度等。
(4) 分析處理。對實驗過程中釆集到的數(shù)據(jù)，由專門編制的計算機軟件進行分析處理，將結(jié)果處理輸出為時間一一力矩曲線。
(5) 信息反饋。將實驗得出的結(jié)果，與設計理論值對比，驗證
通過設計計算環(huán)節(jié)電機的選型是否恰當，從而達到實驗驗證計算的目的。
權利要求1、一種伺服電機線性驅(qū)動動力學參數(shù)測試教學實驗臺，其特征在于包括有由滾珠絲杠(5A)、滾動導軌(5B)、工作臺(5C)組成的單軸直線運動臺架(5)，在實驗臺控制系統(tǒng)作用下驅(qū)動工作臺(5C)做伺服運動的伺服電機(7)通過能實時測量電機的輸出力矩電信號的扭矩傳感器(6)與絲桿(5A)連接，上述滾珠絲杠(5A)、滾動導軌(5B)、工作臺(5C)、扭矩傳感器(6)、伺服電機(7)均安裝在可調(diào)傾角的底板(1)上，且工作臺(5C)上安裝有載荷(4)，工作臺(5C)與能產(chǎn)生摩擦力、并能對工作臺(5C)形成一個外部阻力的摩擦阻力器(3)連接在一起。
2、 根據(jù)權利要求1所述的伺服電機線性驅(qū)動動力學參數(shù)測試教學實驗臺，其特征在于上述可調(diào)傾角的底板(1)的一端鉸接在機架上，另一端通過傾角調(diào)節(jié)裝置(2)與機架連接。
3、 根據(jù)權利要求1所述的伺服電機線性驅(qū)動動力學參數(shù)測試教學實驗臺，其特征在于上述傾角調(diào)節(jié)裝置(2)為能做伸縮或擺動運動的角度調(diào)節(jié)裝置。
4.
5、 根據(jù)權利要求1所述的伺服電機線性驅(qū)動的動力學參數(shù)測試教學實驗臺，其特征在于上述工作臺(5C)上能安裝質(zhì)量大小不同的載荷(4)。
6、 根據(jù)權利要求1至5任一項所述的伺服電機線性驅(qū)動的動力學參數(shù)測試教學實驗臺，其特征在于上述扭矩傳感器(6)測得的電信號通過信號采集卡(21 )、 A/D轉(zhuǎn)換器(22 )與實驗臺控制系統(tǒng)(23 )連接，實驗臺控制系統(tǒng)(23 )經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到與電機的輸出力矩有關的動力學性能參數(shù)。
7、 根據(jù)權利要求6所述的伺服電機線性驅(qū)動的動力學參數(shù)測試教學實驗臺，其特征在于上述實驗臺控制系統(tǒng)(23)經(jīng)數(shù)據(jù)處理得到與電機的輸出力矩有關的動力學性能參數(shù)能處理輸出為時間一一力矩曲線。
專利摘要本實用新型是一種伺服電機線性驅(qū)動動力學參數(shù)測試教學實驗臺。包括有由滾珠絲杠(5A)、滾動導軌(5B)、工作臺(5C)組成的單軸直線運動臺架(5)，在實驗臺控制系統(tǒng)作用下驅(qū)動工作臺(5C)做伺服運動的伺服電機(7)，能實時測量電機的輸出力矩電信號的扭矩傳感器(6)與絲桿(5A)連接，上述滾珠絲杠(5A)、滾動導軌(5B)、工作臺(5C)、扭矩傳感器(6)、伺服電機(7)均安裝在可調(diào)傾角的底板(1)上，且工作臺(5C)上安裝有載荷(4)，工作臺(5C)與能產(chǎn)生摩擦力、并能對工作臺(5C)形成一個外部阻力的摩擦阻力器(3)連接在一起。本實用新型能自主模擬不同慣性載荷、外部阻力、驅(qū)動力方向等工況情況下，進行動力學性能參數(shù)測量。本實用新型能使學生通過動手實踐，模擬電機系統(tǒng)的各種使用工況，對系統(tǒng)的設計計算結(jié)果進行驗證，起到理論聯(lián)系實際的效果。
文檔編號G01L3/00GK201369116SQ20092005336
公開日2009年12月23日 申請日期2009年3月25日 優(yōu)先權日2009年3月25日
發(fā)明者勞龍飛, 李鍛能, 邢楚豪, 黃型鋼 申請人:廣東工業(yè)大學