如何制作动力测试台 - 轴承

How to Build a Thrust Stand - Bearings

自我们开始销售无人机测试台技术至今的六年里,我们通过反复试验积累了许多经验。其中一项经验促使我们开发了(专利申请中)用于测量推力和扭矩的固态测力传感器系统。

如果您熟悉我们的产品,就会知道我们的测试台将推力和扭矩测量与电压和电流相结合,从而得出系统的功率和效率。

对于这类工具,最直观、成本最低的方案,莫过于采用轴承或衬套的系统。(我们深有体会,因为这正是我们最初 Series 1585 设计中所采用的方案)。

Series 1580 推力测试台早期型号

图 1:Series 1580 推力测试台早期版本

然而,我们发现使用轴承和衬套存在诸多缺点:

  1. 轴承和衬套会产生摩擦。随机摩擦误差会导致测量结果出现显著的不确定性(测量力值的 2% 至 20% 不等)。即使设计看起来很稳固,系统内部仍会产生微小变形和移动。 
  2. 这会导致力测量出现滞后:测量到的力取决于之前施加的力。由于摩擦具有随机性,无法纠正该误差。
  3. 轴承或衬套的另一个问题是它们对对准不良非常敏感。轻微的冲击、灰尘或污垢都可能导致读数错误。由于受随机因素(摩擦、灰尘等)影响,误差并非恒定,因此无法进行一致性的补偿。

除了我们早期的工具外,我们还注意到许多爱好者推力测试台和自制设计都使用了轴承,并存在同样的问题。一旦我们弄清楚了问题的根源,便于 2018 年发布了 Series 1585 的升级版本,采用半刚性铰链取代普通铰链。这使我们将测量误差率降低到了 1% 以下。

无刷电机推力测试台

图 2:现代 Series 1585 测试台

 使用固态系统也有其缺点,例如:

  • 需要进行更多分析,因为整个载荷都直接作用于测力单元。如果该单元没有针对侧向载荷以及预期的扭矩和推力范围进行设计,则会更加脆弱。
  • 必须精心设计,以消除热膨胀对测力传感器的影响。
  • 还涉及组装、尽量减少内力以及制造等方面的诸多其他困难。

解决这些问题的唯一方法是进行仿真和大量实验。我们进行的测试包括包含数百个点的校准和验证、耐久性测试,以及数百小时的电机测试。

总体而言,根据我们的经验,我们强烈建议任何推力和扭矩测量工具都采用不带支点或轴承的固态设计。在专业环境中,因错误数据而损失数月的测试可能会造成极大的损失。测试必须重新进行,产品也可能因此推迟。如果错误数据被用于生产,还存在召回风险。 

尽管设计更简单,但由于上述问题,我们在推力测试台设计中已完全摒弃了传统的支点和轴承。

如果您想了解更多信息,请联系我们,或查看我们关于固态系统与使用轴承的系统在测量结果上的差异报告(在此查看报告):推力测试台性能对比