技术领域
[0001] 本
发明涉及扭矩测量技术领域，尤其涉及一种舵机测试系统扭矩校准装置。
背景技术
[0002] 航天、航空、
船舶、
汽车等工业的产品，在研制、生产和维修中，扭矩测量是检验各类动
力机械功率输出是否达到设计指标的必备手段,比如电动舵机试验台对舵机负载性能进行仿真试验和设计验证试验中、
发动机的动平衡测量系统中、机器推进轴扭矩功率测试系统中，都需要对扭矩参数进行例行试验，来考核系统的扭矩性能。这些扭矩测量涉及的系统和装置，体积较大，都需要进行现场测量。
[0003] 舵机作为武器系统的一种重要的组成部分，其性能直接关系到整个武器系统的综合性能。在仿真实验室条件下广泛使用舵机负载
模拟器系统复现飞行条件下舵机所受扭矩
载荷，为舵机试验提供舵面
气动扭矩模拟加载环境，对舵机负载性能进行仿真实验和设计验证试验，测试系统扭矩输出
精度可达到0.2％～1％，加载系统最大扭矩可达到1000Nm。
[0004] 在舵机测试系统扭矩现场测量方法中，已经实现了基于杠杆砝码的间接测量方法，但这种方法仅适用于静态扭矩测量，无法得出动态扭矩测量值。然而，由于舵机测试系统的工作状态大多数情况下是动态加载的，采用
现有技术中的动态扭矩测量方法测量舵机存在精度低、测量不准确等问题。
发明内容
[0005] 本发明提供了一种舵机测试系统扭矩校准装置，能够解决现有技术中舵机动态扭矩测量精度低的技术问题，提高了舵机动态扭矩测量的准确度。
[0006] 根据本发明的一方面，提供了一种舵机测试系统扭矩校准装置，舵机测试系统扭矩校准装置包括：舵机测试单元；高精度扭矩
传感器组件，高精度扭矩传感器组件用于测量舵机测试单元的输出扭矩，高精度扭矩传感器组件包括多个不同量程的高精度扭矩传感器，扭矩校准装置根据舵机测试单元的输出扭矩范围选取高精度扭矩传感器组件中相应量程的高精度扭矩传感器进行测量；
支撑组件，舵机测试单元和高精度扭矩传感器组件设置在支撑组件上；连接组件，连接组件用于将舵机测试单元与高精度扭矩传感器组件相连接；
数据采集及处理单元，数据采集及处理单元分别与舵机测试单元和高精度扭矩传感器组件相连接，数据采集及处理单元用于接收舵机测试单元输出的扭矩加载值以及高精度扭矩传感器组件的扭矩响应值进而对舵机测试单元进行校准。
[0007] 进一步地，支撑组件包括：
定位底板，舵机测试单元固定设置在定位底板上；负载支板，负载支板固定设置在定位底板上，高精度扭矩传感器组件的
输出轴固定设置在负载支板上，高精度扭矩传感器组件的
输入轴通过连接组件与舵机测试单元的输出轴连接。
[0008] 进一步地，负载支板包括相垂直的第一板件和第二板件，第一板件固定设置在定位底板上，高精度扭矩传感器组件的输出轴固定设置在第二板件上，第一板件具有第一调节孔，定位底板具有第一
螺纹孔，第一调节孔与第一
螺纹孔相配合以调节高精度扭矩传感器组件沿第一方向的
位置。
[0009] 进一步地，第一板件为过渡
工作台，过渡工作台包括第一安装板、第二安装板、立柱组件，第一调节孔设置在第二安装板上。
[0010] 进一步地，第二板件具有第二调节孔，第一安装板具有第二螺纹孔，第二调节孔与第二螺纹孔相配合以调节高精度扭矩传感器组件沿第二方向的位置，第一方向和第二方向相垂直。
[0011] 进一步地，支撑组件还包括：调整
垫片，调整垫片设置在第一板件和第二板件之间，调整垫片用于调整舵机测试单元沿第三方向的位置，第三方向同时垂直于第一方向和第二方向。
[0012] 进一步地，舵机测试系统扭矩校准装置还包括：传感器支座和调整螺钉，传感器支座设置在第一安装板上，传感器支座用于支撑高精度扭矩传感器组件，调整螺钉与传感器支座螺纹配合连接，调整螺钉通过调节传感器支座以实现高精度扭矩传感器沿第三方向的位置调节。
[0013] 进一步地，高精度扭矩传感器组件包括轴式传感器和
法兰盘式传感器。
[0014] 进一步地，高精度扭矩传感器组件为轴式传感器，连接组件包括相连接的连接法兰和方隼，连接法兰与舵机测试单元的输出轴连接，方隼与高精度扭矩传感器组件的输入轴连接。
[0015] 进一步地，高精度扭矩传感器组件精度为0.1％F.S.至0.05％F.S。
[0016] 应用本发明的技术方案，通过设置多个不同量程的高精度扭矩传感器的高精度扭矩传感器组件实现对舵机动态扭矩的高精度测量，保证测量的有效性和可靠性，通过设置支撑组件和连接组件从而提高高精度扭矩传感器的安装精度，并且连接可靠，安装方便，占据空间小，该方式极大地提高舵机测试系统动态扭矩现场校准的准确度，具有良好的动态响应，大幅度提升舵机测试系统扭矩参数的测量效率。
附图说明
[0017] 所包括的附图用来提供对本发明
实施例的进一步的理解，其构成了
说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018] 图1示出了根据本发明的具体实施例提供的舵机测试系统扭矩校准装置的示意图；
[0019] 图2示出了根据本发明的具体实施例提供的舵机测试系统扭矩现场测量方案的示意图；
[0020] 图3示出了根据本发明的具体实施例提供的轴式传感器安装的结构示意图；
[0021] 图4示出了根据本发明的具体实施例提供的用于轴式传感器的连接组件结构示意图；
[0022] 图5示出了根据本发明的具体实施例提供的支撑组件的结构示意图；
[0023] 图6示出了根据本发明的具体实施例提供的支撑组件、连接组件、轴式传感器的装配俯视图；
[0024] 图7示出了根据本发明的具体实施例提供的法兰盘式传感器安装的结构示意图；
[0025] 图8示出了图7中提供的法兰盘式传感器装配的主视图；
[0026] 图9示出了图7中提供的法兰盘式传感器装配的俯视图；
[0027] 图10示出了根据本发明的具体实施例提供的法兰的加载示意图；
[0028] 图11示出了根据本发明的具体实施例提供的法兰的受力
变形示意图；
[0029] 图12示出了根据本发明的具体实施例提供的法兰的
应力示意图；
[0030] 图13示出了根据本发明的具体实施例提供的L型
支架的加载示意图；
[0031] 图14示出了根据本发明的具体实施例提供的L型支架的受力变形示意图；
[0032] 图15示出了根据本发明的具体实施例提供的L型支架的应力示意图。
[0033] 其中，上述附图包括以下附图标记：
[0034] 10、舵机测试单元；20、高精度扭矩传感器组件；30、支撑组件；31、定位底板；32、负载支板；321、第一板件；3211、第一安装板；3212、第二安装板；3213、立柱组件；322、第二板件；33、调整垫片；34、调整螺钉；40、连接组件；41、连接法兰；42、方隼；50、数据采集及处理单元。
具体实施方式
[0035] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本
申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0036] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0037] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
[0038] 如图1至图15所示，根据本发明的具体实施例提供了一种舵机测试系统扭矩校准装置，舵机测试系统扭矩校准装置包括：舵机测试单元10、高精度扭矩传感器组件20、支撑组件30、连接组件40、数据采集及处理单元50，其中，高精度扭矩传感器组件20用于测量舵机测试单元10的输出扭矩，高精度扭矩传感器组件20包括多个不同量程的高精度扭矩传感器，扭矩校准装置根据舵机测试单元10的输出扭矩范围选取高精度扭矩传感器组件20中相应量程的高精度扭矩传感器进行测量。舵机测试单元10和高精度扭矩传感器组件20设置在支撑组件30上。连接组件40用于将舵机测试单元10与高精度扭矩传感器组件20相连接。数据采集及处理单元50分别与舵机测试单元10和高精度扭矩传感器组件20相连接，数据采集及处理单元50用于接收舵机测试单元10输出的扭矩加载值以及高精度扭矩传感器组件20的扭矩响应值进而对舵机测试单元10进行校准。
[0039] 应用此种配置方式，通过根据舵机测试单元10输出扭矩值选取高精度扭矩传感器组件20中对应量程的高精度扭矩传感器，从而实现对舵机动态扭矩的高精度测量，避免了大量程扭矩传感器测量低扭矩值时测量精度低的技术问题，保证测量的有效性和可靠性，通过设置支撑组件30和连接组件40从而提高高精度扭矩传感器的安装精度，并且连接可靠，安装方便，占据空间小，该方式极大地提高舵机测试系统动态扭矩现场校准的准确度，具有良好的动态响应，大幅度提升舵机测试系统扭矩参数的测量效率。
[0040] 进一步地，如图3所示，为了防止舵机测试系统10输出轴空转而无法测量到扭矩响应值，提高高精度扭矩传感器测量舵机测试系统输出扭矩的准确程度，可将支撑组件30配置为包括定位底板31和负载支板32，舵机测试单元10固定设置在定位底板31上，负载支板32固定设置在定位底板31上，高精度扭矩传感器组件20的输出轴固定设置在负载支板32上，高精度扭矩传感器组件20的输入轴通过连接组件40与舵机测试单元10的输出轴连接。
[0041] 作为本发明的一个具体实施例，可采用轴式传感器作为高精度扭矩传感器，轴式传感器的输出轴通过夹具固定在负载支板32上，负载支板32与舵机测试系统台体10安装固定在定位底板31上。该方法采用固定负载的形式，用以代替舵机测试系统10在校准时拆卸下的原负载结构，防止舵机扭矩测试系统10输出轴空转所造成的无法测量扭矩响应值的情况，将高精度扭矩传感器20和舵机测试系统10连接固定。此外，该种形式还能减小由于震动所产生的测量误差，保证测量精度。
[0042] 进一步地，如图7所示，为了实现高精度扭矩传感器组件20在第一方向上的运动，可将负载支板32配置为包括相垂直的第一板件321和第二板件322，第一板件321固定设置在定位底板31上，高精度扭矩传感器组件20的输出轴固定设置在第二板件322上，第一板件321具有第一调节孔，定位底板31具有第一螺纹孔，第一调节孔与第一螺纹孔相配合以调节高精度扭矩传感器组件20沿第一方向的位置。
[0043] 应用此种配置方式，通过第一调节孔与第一螺纹孔相配合以对高精度扭矩传感器组件20沿第一方向的位置进行大范围的调整，便于高精度扭矩传感器组件20与舵机测试系统10方便快速地连接。
[0044] 进一步地，如图7所示，为了实现高精度扭矩传感器组件20与舵机测试系统10更方便的连接，扩大扭矩校准装置的使用范围，可将第一板件321配置为过渡工作台，过渡工作台配置为包括第一安装板3211、第二安装板3212、立柱组件3213，第一调节孔设置在第二安装板3212上。应用此种配置方式，将过渡工作台设置为与舵机测试系统工作台相对应的结构，能够实现高精度扭矩传感器组件20与舵机测试系统10的连接更稳定。
[0045] 进一步地，为了实现高精度扭矩传感器组件20在第二方向上的运动以实现提高扭矩校准装置调节的
自由度，提高高精度扭矩传感器组件20与舵机测试系统10轴对接精度，可将第二板件322配置为具有第二调节孔，可将第一安装板3211配置为具有第二螺纹孔，第二调节孔与第二螺纹孔相配合以调节高精度扭矩传感器组件20沿第二方向的位置，第一方向和第二方向相垂直。
[0046] 应用此种配置方式，通过第二调节孔与第二螺纹孔相配合以对高精度扭矩传感器组件20沿第二方向的位置进行调整，保证高精度扭矩传感器组件20与舵机测试系统10在第二方向上的连接精度，从而保证舵机测试系统扭矩校准装置的测试精度和可靠性。
[0047] 进一步地，为了实现第二板件322在第三方向上的运动以实现提高扭矩校准装置调节的自由度，提高高精度扭矩传感器组件20与舵机测试系统10轴对接精度，可将支撑组件30配置为还包括调整垫片33，调整垫片33设置在第一板件321和第二板件322之间，调整垫片33用于调整第二板件322沿第三方向的位置，第三方向同时垂直于第一方向和第二方向。
[0048] 应用此种配置方式，通过调节调整垫片33以对第二板件322沿第三方向的位置进行调整，保证第二板件322与舵机测试系统10在第三方向上的连接精度，从而保证舵机测试系统扭矩校准装置的测试精度和可靠性。
[0049] 进一步地，为了实现高精度扭矩传感器组件20在第三方向上的运动以实现提高扭矩校准装置调节的自由度，提高高精度扭矩传感器组件20与舵机测试系统10轴对接精度，可将舵机测试系统扭矩校准装置配置为还包括传感器支座和调整螺钉34，传感器支座设置在第一安装板3211上，传感器支座用于支撑高精度扭矩传感器组件20，调整螺钉34与传感器支座螺纹配合连接，调整螺钉34通过调节传感器支座以实现高精度扭矩传感器沿第三方向的位置调节。
[0050] 应用此种配置方式，通过调节调整螺钉34以对高精度扭矩传感器组件20沿第三方向的位置进行调整，保证高精度扭矩传感器组件20与舵机测试系统10在第三方向上的连接精度，从而保证舵机测试系统扭矩校准装置的测试精度和可靠性。
[0051] 进一步地，为了增加舵机测试系统扭矩校准装置测量的准确性，可将高精度扭矩传感器组件20配置为包括轴式传感器和法兰盘式传感器。
[0052] 应用此种配置方式，轴式传感器和法兰盘式传感器具有线性、重复性、复现性以及足够小的回程误差等相应的计量特性，可以提高扭矩校准装置测量的准确性。
[0053] 进一步地，如图4所示，为了保证轴式传感器与舵机测试单元10精确可靠连接，可将高精度扭矩传感器组件20配置为轴式传感器，连接组件40配置为包括相连接的连接法兰41和方隼42，连接法兰与舵机测试单元10的输出轴连接，方隼与高精度扭矩传感器组件20的输入轴连接。
[0054] 应用此种配置方式，通过设置连接法兰41将连接组件40与舵机测试单元10输出轴连接，通过定值
扳手将舵机测试单元10的输出轴法兰和连接法兰41的螺钉拧紧，从而防止在测量正向扭矩和反向扭矩时影响测量精度，通过设置方隼42将连接组件40与轴式传感器连接，从而保证舵机测试单元10的输出轴与高精度扭矩传感器组件20准确连接，
同轴度良好。
[0055] 进一步地，为了提高舵机测试系统扭矩校准装置的准确性，高精度扭矩传感器组件20精度为0.1％F.S.至0.05％F.S。应用此种配置方式，通过高精度扭矩传感器组件20实现对舵机测试系统10进行静态扭矩以及动态扭矩的测量，使得扭矩校准装置性能稳定，精度更高。
[0056] 为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图15对本发明的电舵机测试系统扭矩校准装置进行详细说明。
[0057] 如图7至图15所示，电舵机测试系统扭矩校准装置包括舵机测试单元10、法兰盘式高精度传感器组件、支撑组件30、连接组件40、数据采集及处理单元50，其中，法兰盘式高精度传感器组件与被测舵机测试系统10同轴设置，法兰盘式高精度传感器组件20包括多个不同量程的法兰盘式高精度传感器，精度为0.1％F.S.～0.05％F.S.。本实施例扭矩测量范围为(50～1000)Nm，将该跨度较大量程划分(50～100)Nm，(100～200)Nm，(200～500)Nm，(500～1000)Nm，共4个量程段，配置四个法兰盘式高精度传感器进行扭矩测量。
[0058] 支撑组件30包括定位底板31、负载支板32、调整垫片33、传感器支座和调整螺钉34，定位底板31具有第一螺纹孔，负载支板32包括相垂直的第一板件321和第二板件322。第一板件321为过渡工作台，过渡工作台包括第一安装板3211、第二安装板3212、立柱组件
3213，立柱组件3213将第一安装板3211、第二安装板3212相连接，可将立柱组件3213配置为四个支撑立柱。第二安装板3212设置有第一调节孔。第一调节孔与第一螺纹孔相配合以调节高精度扭矩传感器组件20沿第一方向的位置。
[0059] 第二板件322具有第二调节孔，第一安装板3211具有第二螺纹孔，第二调节孔与第二螺纹孔相配合以调节高精度扭矩传感器组件20沿第二方向的位置，第一方向和第二方向相垂直。调整垫片33设置在第一板件321和第二板件322之间，调整第二板件322沿第三方向的位置，传感器支座设置在第一安装板3211上，调整螺钉34与传感器支座螺纹配合连接，以调节高精度扭矩传感器沿第三方向的位置。可采用超硬
铝合金L支架为第二板件322，可采用腰形槽为第一调节孔和第二调节孔，第一螺纹孔、第二螺纹孔的螺纹规格为M12，第一方向为X方向，第二方向为Y方向，第三方向为Z方向。ANSYS
软件分析表明采用超硬
铝合金的L支架可在1000Nm力矩的情况下保证L支架
刚度，如图13至15所示，此时最大变形约为0.04mm，最大的应力为11MPa，远低于材料的许用应力。
[0060] 连接组件40配置为法兰，法兰的一端与法兰盘式高精度传感器连接，另一端与舵机测试单元10连接，用以传递扭矩。可采用不锈
钢为法兰材料，ANSYS软件分析表明采用
不锈钢材料可在1000Nm力矩的情况下保证法兰的刚度，如图10至12所示，此时最大变形约为0.03mm，最大的应力为13MPa，远低于材料的许用应力。
[0061] 数据采集及处理单元50，数据采集及处理单元50分别与舵机测试单元10和法兰盘式高精度传感器相连接，数据采集及处理单元50用于接收舵机测试单元10输出的扭矩加载值以及法兰盘式高精度传感器的扭矩响应值进而对舵机测试单元10进行校准。进行校准时，舵机测试单元10中的控制计算机发出扭矩加载指令，数据采集及处理单元50采集测试系统输出轴的扭矩响应值，分析和处理扭矩指令值和响应值，实现动态加载条件下对舵机测试系统实时在线测量及校准。
[0062] 根据本发明提供的另一实施例，如图3至图6所示，采用轴式传感器进行舵机测量单元的扭矩校准。具体地，支撑组件30包括定位底板31、负载支板32，定位底板31具有第一螺纹孔，负载支板32包括相垂直的第一板件321和第二板件322。第一板件321设置有第一调节孔，可采用腰形槽为第一调节孔。第一板件321腰形槽与第一螺纹孔相配合以调节高精度扭矩传感器组件20沿第一方向的位置。第二板件322具有多排多列的螺钉孔，轴式传感器的输出轴通过夹具固定在第二板件322上。夹具上的螺钉与第二板件322通过定值扳手拧紧固定，选择不同的螺钉孔连接可实现对舵机测试单元10输出轴与轴式传感器连接同轴度的调节。
[0063] 如图4所示，连接组件40包括相连接的连接法兰41和方隼42，连接法兰41与舵机测试单元10的输出轴通过螺钉连接，方隼42与轴式扭矩传感器的输入轴连接。通过连接件法兰41、第二板件322的螺钉孔以及定位底板31的第一螺纹孔保证舵机测试单元10输出轴与轴式传感器的同轴度。
[0064] 综上所述，本发明的舵机测试系统扭矩校准装置相对于现有技术而言，实现了对舵机静态及动态扭矩的高精度测量，保证测量的有效性和可靠性，提高高精度扭矩传感器的安装精度，实现舵机测试单元与高精度扭矩传感器高同轴度连接，并且连接可靠，安装方便，占据空间小，该方式极大地提高舵机测试系统动态扭矩现场校准的准确度，具有良好的动态响应，大幅度提升舵机测试系统扭矩参数的测量效率。
[0065] 在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、
水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
[0066] 为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0067] 此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行
声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0068] 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
