諧波減速器處于高低溫環境中，使用電機帶動滑輪繩組實現諧波減速器輸出端的彎矩或扭矩加載，使用激光干涉儀測量輸出端受彎矩或扭矩后的偏轉角，實現諧波減速器等部件在高低溫環境下的彎曲剛度和扭轉剛度測試，為極端溫度條件下的力矩測試和角度測試提供了可行的方法，并可消除因測試設備自身變形產生的系統誤差對剛度測試結果的影響。目前測試的溫度范圍為-65 ℃ ～ +80 ℃。

1、引言

　　諧波減速器在極端高低溫環境中，受材料熱脹冷縮的影響，其剛度將發生變化，可通過試驗方法測定。在高低溫環境中剛度的測試，由于受到測量傳感器溫度條件的限制，經常需要對測試件或傳感器進行單獨溫控，造成測試件局部溫度不均勻、測量傳感器失效、測量誤差不可控等，影響測量結果的準確性。采用高低溫剛度測試方法，將測量傳感器置于溫度環境外部，可測試諧波減速器在極端溫度下的剛度值，包括扭轉剛度和彎曲剛度。

2、剛度測試系統設計

2.1、彎曲剛度和扭轉剛度測量原理

　　如圖1 和圖2 所示，將諧波減速器安裝在基板上，固定輸入端，在輸出端由零逐漸增加一額定彎矩或扭矩T，測量輸出端相對于安裝基板的偏轉角度Φ，由公式(1) 計算出當前溫度下的彎曲剛度或扭轉剛度K。

K = T /Φ

　　式(1) 中，彎曲偏轉角Φ 定義為諧波減速器輸出端與安裝面連線的偏轉角度，而非軸端法向的轉動角度。彎矩T=加載力F×力臂L； 扭矩T=加載力F×力臂L。

圖1 彎曲、扭轉剛度測量原理圖

1. 諧波減速器； 2. 安裝基板； 3. 加載軸(軸)

2.2、剛度測試系統

　　剛度測試系統主要由測試機構單元、控制和軟件單元組成。完成被測件(如諧波減速器等) 在高低溫環境中的彎曲剛度和扭轉剛度測量。

2.2.1、測試機構單元

　　測試機構單元主要由激光干涉儀、激光角反射鏡、力矩加載軸(盤) 、諧波減速器、高低溫箱體、支架、拉力傳感器、加載電機、鋼絲繩等組成，被測諧波減速器固定在支架的測試平臺上； 力矩加載通過力矩加載軸(盤) 實現； 激光頭發出激光束，穿過溫度箱的玻璃，經安裝在諧波減速器輸出軸和安裝面上的角反射鏡反射，回到干涉儀的激光接收器，測量出諧波減速器力矩加載前后輸出軸和安裝支架的偏轉角度； 電機等部件完成拉力的施加和釋放； 力傳感器完成加載繩拉力的測量； 高低溫箱為諧波減速器提供所需的高低溫環境，如圖2 和圖3 所示。

圖2 彎曲剛度測試機構

1. 激光頭； 2. 激光角反射鏡； 3. 加載軸； 4. 諧波減速器； 5. 高低溫箱； 6. 支架； 7. 加載電機； 8. 鋼絲繩； 9. 拉力傳感器

圖3 扭轉剛度測試機構

1. 激光頭； 2. 激光角反射鏡； 3. 加載盤； 4. 諧波減速器； 5. 高低溫箱；6. 支架； 7. 鋼絲繩； 8. 定滑輪； 9. 動滑輪； 10. 加載電機； 11. 拉力傳感器

5、結果分析

　　(1) 剛度測試結果可以反映諧波減速器加載過程的動態變化，體現出諧波間隙的影響，剛度的不均勻性等特征；

　　(2) 常溫下被測諧波減速器兩個方向的扭轉剛度約為: 11000 N·m/rad 和15000 N·m/rad，彎曲剛度約為30000 N·m/rad；

　　(3) 對同一狀態，剛度測試結果的重復性可以達到1%以內；

　　(4) 高低溫(80 ℃，-65 ℃) 和常溫相比，扭轉剛度變化量約為5%，彎曲剛度在低溫下變化量可能高達33%。進一步測試表明，彎曲剛度的這種變化和波發生器與彎矩加載方向的相對位置有關；

　　(5) 該剛度測試方法實現了諧波減速器等部件在高低溫環境下的扭轉剛度和彎曲剛度測試，測試系統誤差小，重復性好。