一種預(yù)緊可調(diào)式滾珠絲杠副摩擦力矩動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及滾珠絲杠副動(dòng)態(tài)特性測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種預(yù)緊可調(diào)式滾珠絲杠副摩擦力矩動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著數(shù)控機(jī)床向高速化、精密化方向發(fā)展，這對(duì)作為機(jī)床基礎(chǔ)功能部件之一的滾珠絲杠副提出更高的要求。但是隨著速度的提升，現(xiàn)有的滾珠絲杠副會(huì)出現(xiàn)溫度上升，噪聲增大，定位精度下降等現(xiàn)象，嚴(yán)重情況下甚至滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)會(huì)遭到破壞，而這些都與摩擦力矩有關(guān)。因此有效解決影響滾珠絲杠副摩擦力矩的不良因素，是實(shí)現(xiàn)機(jī)床精密微量進(jìn)給和精密高速進(jìn)給的基礎(chǔ)和前提。
[0003]滾珠絲杠副摩擦力矩極不平穩(wěn)，存在較大波動(dòng)，且測(cè)量重復(fù)性差，主要是因?yàn)橛绊懸蛩胤浅６?。絲杠副的結(jié)構(gòu)形式、絲杠及絲母的加工精度、預(yù)緊力、內(nèi)部潤(rùn)滑、外界環(huán)境條件以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。
[0004]目前對(duì)于滾珠絲杠副摩擦力矩產(chǎn)生機(jī)理、波動(dòng)原因，國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有一套完整的理論，主要原因在于沒(méi)有一套可靠地實(shí)驗(yàn)裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種預(yù)緊可調(diào)式滾珠絲杠副摩擦力矩動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置，不僅僅可以測(cè)量不同轉(zhuǎn)速下的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)力矩波動(dòng)情況，而且可以加載不同的預(yù)緊力，研宄不同工況下，預(yù)緊力大小與摩擦力矩大小之間的量化關(guān)系，整個(gè)裝置對(duì)于摩擦力矩產(chǎn)生機(jī)理、波動(dòng)原因的分析提供了強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:
[0007]一種預(yù)緊可調(diào)式滾珠絲杠副摩擦力矩動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置，包括雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)、預(yù)緊力測(cè)量與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分別和雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合連接；
[0008]所述的雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括基座1，前軸承座16和后軸承座3安裝在基座I兩端，滾珠絲杠5由前軸承座16、后軸承座3支撐固定，伺服電機(jī)18安裝在前軸承座16的外側(cè)，伺服電機(jī)18輸出軸通過(guò)同步帶17與滾珠絲杠5 —端連接，直線電機(jī)6布置在滾珠絲杠副正下面，沿滾珠絲杠副軸向平行布置，直線導(dǎo)軌4布置在直線電機(jī)6的兩側(cè)，直線導(dǎo)軌4上面布置有直線導(dǎo)軌滑板7，直線導(dǎo)軌滑板7和直線電機(jī)6輸出軸連接，在直線導(dǎo)軌4的一側(cè)還平行布置有長(zhǎng)光柵2 ；
[0009]所述的摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)整體布置在滾珠絲杠5與直線導(dǎo)軌滑板7之間，摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)的上半部分包括測(cè)桿12，測(cè)桿12與滾珠絲杠5的絲母11固定連接，下半部分包括底座8，底座8與直線電機(jī)滑板7固定連接，一對(duì)頂桿19與底座8上一安裝孔間隙配合，一對(duì)頂桿19通過(guò)頂端夾住測(cè)桿12，測(cè)力傳感器9安裝在頂桿19之上，滾珠槽20黏貼在測(cè)力傳感器9上，鋼珠21通過(guò)硅膠固定在滾珠槽20內(nèi)，一對(duì)壓板10安裝在底座8的兩側(cè)，與頂桿19尾部球頭一端接觸，一對(duì)頂桿19、測(cè)力傳感器9、滾珠槽20、鋼珠21、一對(duì)壓板10米用沿滾珠絲杠5兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置的形式。
[0010]所述預(yù)緊力測(cè)量與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括套筒13，套筒13安裝在絲母11的外側(cè)，與雙絲母11間隙配合，壓力傳感器14緊貼于套筒13法蘭側(cè)，圓螺母15緊貼于壓力傳感器14，并通過(guò)螺紋與絲母11連接。
[0011]所述的滾珠槽20內(nèi)徑稍微大于鋼珠21直徑，他們之間填充有硅膠彈性材料，
[0012]本實(shí)用新型的有益效果:本裝置可以展開(kāi)各個(gè)因素對(duì)摩擦力矩的實(shí)驗(yàn)研宄，對(duì)于國(guó)內(nèi)滾珠絲杠副實(shí)現(xiàn)高速化、精密化有非常重要的意義。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為預(yù)緊力測(cè)量與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步描述。
[0017]參照?qǐng)D1，一種預(yù)緊可調(diào)式滾珠絲杠副摩擦力矩動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置，包括雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)、預(yù)緊力測(cè)量與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分別和雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合連接；
[0018]所述雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由基座1、伺服電機(jī)18、直線電機(jī)6、前軸承座16、后軸承座3、直線導(dǎo)軌4、直線導(dǎo)軌滑板7、同步帶17以及滾珠絲杠5絲母11組成，前軸承座16和后軸承座3安裝在基座I兩端，滾珠絲杠5由前軸承座16、后軸承座3支撐固定，伺服電機(jī)18安裝在前軸承座16的外側(cè)，伺服電機(jī)18輸出軸通過(guò)同步帶17與滾珠絲杠5 —端連接，驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠5作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直線電機(jī)6布置在滾珠絲杠副正下面，沿滾珠絲杠副軸向平行布置，直線導(dǎo)軌4布置在直線電機(jī)6的兩側(cè)，直線導(dǎo)軌4上面布置有直線導(dǎo)軌滑板7，直線導(dǎo)軌滑板7和直線電機(jī)6動(dòng)子連接，直線導(dǎo)軌滑板7能夠沿著直線導(dǎo)軌4軸向運(yùn)動(dòng)，在直線導(dǎo)軌4的一側(cè)還平行布置有長(zhǎng)光柵2 ;
[0019]雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由伺服電機(jī)18、同步帶17、前軸承座16、后軸承座3、滾珠絲杠5、及絲母11組成，以伺服電機(jī)18內(nèi)部旋轉(zhuǎn)變壓器為角運(yùn)動(dòng)編碼器，形成一個(gè)半閉環(huán)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)控制滾珠絲杠5的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；直線電機(jī)機(jī)構(gòu)由直線電機(jī)6、直線電機(jī)滑板7、長(zhǎng)光柵2組成，形成一個(gè)全閉環(huán)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)控制直線電機(jī)滑板7的軸向運(yùn)動(dòng)，測(cè)量時(shí)，滾珠絲杠5每旋轉(zhuǎn)一圈，直線電機(jī)滑板7軸向運(yùn)動(dòng)一個(gè)導(dǎo)程的距離，伺服電機(jī)18和直線電機(jī)6之間采用電子齒輪的控制方式運(yùn)動(dòng)，這種設(shè)計(jì)保證力摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)上部分和下部分沿軸向的同步運(yùn)動(dòng)。
[0020]參照?qǐng)D2，所述的摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)整體布置在滾珠絲杠5與直線導(dǎo)軌滑板7之間，摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)由測(cè)桿12、底座8、頂桿19、壓板10、測(cè)力傳感器9、滾珠槽20、鋼珠21組成，上半部分包括測(cè)桿12，測(cè)桿12與滾珠絲杠5的絲母11通過(guò)螺釘固定連接，下半部分包含底座8、以及成對(duì)的頂桿19、壓板10、測(cè)力傳感器9、滾珠槽20及鋼珠21，底座8與直線電機(jī)滑板7固定連接，一對(duì)頂桿19與底座8上一安裝孔間隙配合，一對(duì)頂桿19通過(guò)頂端夾住測(cè)桿12，測(cè)力傳感器9安裝在頂桿19之上，滾珠槽20通過(guò)膠水黏貼在測(cè)力傳感器9上，鋼珠21通過(guò)硅膠固定在滾珠槽20內(nèi)，壓板10安裝在底座8的兩側(cè)，與頂桿19尾部球頭一端接觸，通過(guò)螺釘調(diào)節(jié)對(duì)頂桿19的壓緊力，一對(duì)頂桿19、測(cè)力傳感器9、滾珠槽20、鋼珠21、一對(duì)壓板10米用沿滾珠絲杠5兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置的形式。
[0021]這種方法為摩擦力矩的間接測(cè)量法，通過(guò)測(cè)量作用在絲母11軸向的力值以及力臂值，兩者相乘即為所要測(cè)的摩擦力矩值，采用兩個(gè)測(cè)力傳感器9對(duì)稱(chēng)布置的形式可以測(cè)量滾珠絲杠5的正反轉(zhuǎn)摩擦力矩，測(cè)量之前會(huì)在兩個(gè)測(cè)力傳感器9之間加載一定的預(yù)緊力，只要讀出每個(gè)測(cè)力傳感器的相對(duì)變化值即可算出摩擦力矩。
[0022]摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)分為上、下兩部分，上部分由伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，下部分由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)，由于上部分為半閉環(huán)控制，而下部分為全閉環(huán)控制，兩者在軸向位移上定會(huì)有微小位移差，因此必須有一個(gè)中間環(huán)節(jié)來(lái)解決這一問(wèn)題，否則測(cè)力傳感器9比會(huì)受到一個(gè)橫向力，橫向力會(huì)導(dǎo)致測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確甚至損壞測(cè)力傳感器。因此在測(cè)桿和測(cè)力傳感器之間設(shè)置有滾珠槽20和鋼珠21，在滾珠槽20內(nèi)徑稍微大于鋼珠21直徑，他們之間填充有硅膠彈性材料，這種設(shè)計(jì)不僅保證了鋼珠與測(cè)桿之間的可靠接觸，最重要的是消除了因?yàn)槲灰撇顚?dǎo)致的橫向力。
[0023]參照?qǐng)D3，所述預(yù)緊力測(cè)量與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括套筒13、壓力傳感器14、圓螺母15，套筒13安裝在絲母11的外側(cè)，與雙絲母11間隙配合，壓力傳感器14緊貼于套筒13法蘭側(cè)，圓螺母15緊貼于壓力傳感器14，并通過(guò)螺紋與絲母11連接，通過(guò)圓螺母15調(diào)節(jié)雙絲母11之間的距離，進(jìn)而調(diào)節(jié)預(yù)緊力，預(yù)緊力的大小可通過(guò)壓力傳感器14測(cè)量出來(lái)。
[0024]本裝置采用雙螺母螺紋預(yù)緊的方式，壓力傳感器14夾在套筒13和圓螺母15之間，采用這種方式，不僅可以方便測(cè)量雙螺母之間的預(yù)緊力，同時(shí)可以方便預(yù)緊力的調(diào)節(jié)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種預(yù)緊可調(diào)式滾珠絲杠副摩擦力矩動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置，包括雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)、預(yù)緊力測(cè)量與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分別和雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合連接，其特征在于: 所述的雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括基座(I)，前軸承座(16)和后軸承座(3)安裝在基座(I)兩端，滾珠絲杠(5)由前軸承座(16)、后軸承座(3)支撐固定，伺服電機(jī)(18)安裝在前軸承座(16)的外側(cè)，伺服電機(jī)(18)輸出軸通過(guò)同步帶(17)與滾珠絲杠(5) —端連接，直線電機(jī)(6)布置在滾珠絲杠副正下面，沿滾珠絲杠副軸向平行布置，直線導(dǎo)軌(4)布置在直線電機(jī)(6)的兩側(cè)，直線導(dǎo)軌(4)上面布置有直線導(dǎo)軌滑板(7)，直線導(dǎo)軌滑板(7)和直線電機(jī)(6)輸出軸連接，在直線導(dǎo)軌⑷的一側(cè)還平行布置有長(zhǎng)光柵(2); 所述的摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)整體布置在滾珠絲杠(5)與直線導(dǎo)軌滑板(7)之間，摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)的上半部分包括測(cè)桿(12)，測(cè)桿(12)與滾珠絲杠(5)的絲母(11)固定連接，下半部分包括底座(8)，底座(8)與直線電機(jī)滑板(7)固定連接，一對(duì)頂桿(19)與底座(8)上一安裝孔間隙配合，一對(duì)頂桿(19)通過(guò)頂端夾住測(cè)桿(12)，測(cè)力傳感器(9)安裝在頂桿(19)之上，滾珠槽(20)黏貼在測(cè)力傳感器(9)上，鋼珠(21)通過(guò)硅膠固定在滾珠槽(20)內(nèi)，一對(duì)壓板(10)安裝在底座(8)的兩側(cè)，與頂桿(19)尾部球頭一端接觸，一對(duì)頂桿(19)、測(cè)力傳感器(9)、滾珠槽(20)、鋼珠(21)、一對(duì)壓板(10)采用沿滾珠絲杠(5)兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置的形式； 所述預(yù)緊力測(cè)量與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括套筒(13)，套筒(13)安裝在絲母(11)的外側(cè)，與雙絲母(11)間隙配合，壓力傳感器(14)緊貼于套筒(13)法蘭側(cè)，圓螺母(15)緊貼于壓力傳感器(14)，并通過(guò)螺紋與絲母(11)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種預(yù)緊可調(diào)式滾珠絲杠副摩擦力矩動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置，其特征在于:所述的滾珠槽(20)內(nèi)徑稍微大于鋼珠(21)直徑，他們之間填充有硅膠彈性材料。
【專(zhuān)利摘要】一種預(yù)緊可調(diào)式滾珠絲杠副摩擦力矩動(dòng)態(tài)測(cè)量裝置，包括雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)、預(yù)緊力測(cè)量與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)分別和雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)配合連接，雙驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的伺服電機(jī)與滾珠絲杠一端連接，直線電機(jī)布置在滾珠絲杠副正下面并與直線導(dǎo)軌滑板連接，摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)的上半部分與滾珠絲杠的絲母固定連接，下半部分與直線電機(jī)滑板固定連接，預(yù)緊力測(cè)量與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)安裝在絲母上，通過(guò)圓螺母調(diào)節(jié)預(yù)緊力的大小，通過(guò)壓力傳感器測(cè)量預(yù)緊力的大小，本實(shí)用新型能夠測(cè)量不同轉(zhuǎn)速下的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)力矩波動(dòng)情況，研究不同工況下，預(yù)緊力大小與摩擦力矩大小之間的量化關(guān)系。
【IPC分類(lèi)】G01L5-00, G01M13-02
【公開(kāi)號(hào)】CN204269365
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420769529
【發(fā)明人】李海濤, 郭俊杰, 杜紅楓, 侯忠強(qiáng), 王興
【申請(qǐng)人】西安交通大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年4月15日
【申請(qǐng)日】2014年12月8日