传动机构运动工况模拟试验机

一、产品概述​

传动机构运动工况模拟试验机是一款专注于复现传动系统（齿轮箱、减速器、变速箱、关节模组等）在真实服役中的复杂运动轨迹与动态行为的专业化测试设备。通过精准模拟变速、变载、多轴联动、间歇运动、往复冲击等典型运动工况，验证传动机构在动态运动中的运动精度、轨迹跟踪能力、动态稳定性、疲劳寿命及失效模式，为产品研发、性能优化、认证检测提供关键数据支撑。

二、核心功能​

多模式运动模拟​

基础运动：恒速运行、变速运行（线性/非线性加减速）、间歇运动（启停周期0.1-10s）、往复运动（频率0.1-50Hz，行程±180°）；

复杂运动：螺旋轨迹（空间螺旋线）、圆弧插补（半径5-1000mm）、S形曲线（模拟车辆平顺换挡）、随机运动（基于实测数据的工况复现）。

多轴联动与轨迹复现​

支持2-8轴同步运动（如机器人关节的肩-肘-腕联动、机床X-Y-Z轴协同），通过EtherCAT总线实现多轴同步误差≤±0.01°；

可导入CAD轨迹文件（如STEP、IGES格式）或实测运动数据（如车辆CAN总线记录的变速箱换挡曲线），1:1复现真实运动轨迹。

动态载荷-运动耦合模拟​

在运动过程中叠加动态载荷（如扭矩波动、轴向力、径向力），模拟“运动+受力”复合工况（如机器人搬运时的“轨迹跟踪+变负载”）；

支持力位混合控制（如协作机器人的阻抗控制：位置跟踪+接触力反馈）。

运动精度与稳定性测试​

测量定位精度（±0.001°~±0.1°）、重复定位精度（±0.0005°~±0.05°）、轨迹跟踪误差（≤±0.02mm，直线轨迹）；

分析运动过程中的速度波动（≤±0.1%额定转速）、振动加速度（≤5g，高频段≤20g），评估传动平稳性。

疲劳寿命加速试验​

按设定运动谱（如“启停-变速-匀速”循环）连续运行，通过损伤等效原理加速模拟10年服役寿命（等效循环次数≥1000万次）；

实时监测性能衰减（如效率下降≥3%、背隙增大≥5arcsec时自动报警）。

三、技术参数​

四、结构设计​

采用“驱动-控制-测量-安装”一体化架构，核心由四大系统组成：

参考图片

多轴驱动系统​

动力源：高速轴配永磁同步电机（峰值功率300kW，0-10000rpm），低速轴配伺服电机+精密减速器（背隙≤1arcsec），直驱轴配力矩电机（0-3000rpm，扭矩±1000N·m）；

传动组件：采用交叉滚子轴承（高刚性）、膜片联轴器（补偿安装误差±0.1mm），确保运动传递无间隙。

运动控制模块​

硬件：多轴运动控制器（固高GTS-800-PV，8轴同步控制）、EtherCAT总线模块（倍福EL6751）、实时工业PC（研华UNO-3100，CPU i7-12700）；

软件：支持轨迹规划算法（如梯形加减速、S曲线加减速、样条插值）、多轴同步控制（电子齿轮箱EGB、电子凸轮ECAM）。

高精度测量系统​

位置测量：绝对值编码器（每转100万脉冲）+ 激光跟踪仪（空间坐标测量，范围0-10m）；

动态性能测量：非接触式转速计（Leine-Linde 860，±0.1rpm）、动态扭矩传感器（HBM T40B，±0.1%FS）、热成像仪（FLIR A700，监测运动发热）；

振动分析：三向加速度传感器+ 频谱分析仪（LMS Test.Lab，0-20kHz）。

传动安装与对中平台​

可调支架：铝合金框架+ 直线导轨，支持X/Y/Z三向平移（±100mm）、θx/θy/θz三向旋转（±5°），适配立式/卧式/倾斜安装；

激光对中机构：对中精度≤0.02mm（同轴度）、≤0.03mm/m（平行度），确保多轴运动无附加弯矩。

五、控制系统​

采用“工业PC+运动控制器+PLC”三级协同架构，实现“轨迹规划-运动控制-安全联锁”全流程闭环：

硬件层​

主控制器：西门子S7-1500 PLC（处理逻辑控制、安全联锁、I/O信号）；

运动控制器：固高GTS-800-PV（8轴同步控制，支持EtherCAT通信）；

人机界面（HMI）：21寸触摸屏（威纶通MT8102IE），支持3D轨迹预览、参数实时调整。

软件功能​

轨迹编程：图形化拖拽式编辑（类似CAD），支持导入CSV/XML格式运动数据，内置标准工况库（如汽车变速箱换挡曲线、机器人关节轨迹）；

运动仿真：通过MATLAB/Simulink预演轨迹，预测运动干涉、超程风险；

实时监测：动态曲线显示位置/速度/扭矩，超限值（如位置偏差＞0.1mm）红色预警；

数据管理：SQL数据库存储运动参数与性能数据，自动生成轨迹误差报告、动态稳定性分析表、寿命预测曲线。

六、应用场景​

汽车工业​

模拟变速箱换挡运动（如AT/DCT的“升挡-降挡-空挡”循环），测试齿轮副冲击、同步器磨损、换挡平顺性；

复现差速器转弯运动（左右轮转速差0-50%），验证行星齿轮机构动态载荷分布。

机器人与自动化​

复现6轴工业机器人复杂轨迹（如焊接、装配路径），测试关节减速器背隙、轨迹跟踪精度、多轴同步性；

模拟协作机器人“力控+轨迹”复合运动（如人机共线装配），验证关节模组的动态响应与安全性。

风电与能源​

模拟变桨机构周期性摆动（0-90°，频率0.1-1Hz），测试变桨减速器齿面接触疲劳、密封件寿命；

复现偏航机构360°连续旋转，验证轴承磨损、齿轮胶合风险。

机床与精密制造​

模拟机床进给系统“快进-工进-快退”运动，测试滚珠丝杠反向间隙、直线模组定位精度；

复现加工中心多轴联动（X-Y-Z-A轴），评估传动系统动态刚性。

航空航天​

模拟舵机传动的“高频小幅摆动”（±5°，频率10-50Hz），测试谐波减速器柔轮疲劳寿命；

复现起落架收放运动（直线+旋转复合），验证传动机构运动同步性。

七、优势特点​

高保真运动复现：支持1:1复现实测运动数据（如车辆CAN总线、机器人示教轨迹），误差≤±0.02mm；

多轴协同强：8轴同步控制，同步误差≤±0.01°，满足复杂机构（如机器人、机床）的多轴联动需求；

动态性能优：速度阶跃响应≤20ms，位置环带宽≥200Hz，可捕捉高频运动细节（如机器人快速启停）；

模块化扩展：轴数、负载、功能（如力控、热模拟）可按需扩展，适配从小型关节到大型变速箱的全尺寸传动机构；

智能化分析：内置运动精度评价算法（如圆度、直线度）、寿命预测模型（基于Miner法则），自动生成专业报告。

八、安全与维护
​安全机制​

运动限位：硬限位（机械挡块）+ 软限位（软件设定范围），超程时立即停机；

过载保护：扭矩/力传感器实时监测，超过120%额定值时触发“软停机”（按预设斜率卸荷）；

紧急防护：双回路急停按钮、光幕传感器（人员闯入时停机）、运动区域透明防护罩（带联锁开关）。
维护要点
​日常维护：每日检查运动部件润滑（如导轨、轴承），每周清洁编码器读数头；

定期校准：每3个月校准编码器零点、激光跟踪仪精度，每半年更换减速器润滑油；