CN101344457A - 高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置及其测试方法，包括基座和高速主轴，还包括加载系统和控制系统，电磁加载系统采用磁力实现非接触式加载，从而可以在磁场下实现力磁耦合的非接触式连续加载，测量精度高，控制方便，可连续稳定加载和实时测量，实现轴在高速运转状态下的非接触式动态加载与实时测量方法，能够避免摩擦生热以及因冷却和润滑导致的环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种高速轴加载动态测试装置，是一种高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置及其测试方法。
背景技术
随着科学技术的高速发展，对高速传动及加工技术也提出了更高的要求，对高速主轴的性能要求也日益提高，特别是在高速加工技术领域，高速主轴的动态性能已成为高速加工的核心技术。而当前国内对高速主轴性能的研究主要集中在高速主轴的结构与高速主轴轴承的改进、高速电机与传动机构对主轴箱体的振动和提高轴承刚度的研究上。对高速加工精度最直接、最重要的影响因素：即高速旋转主轴在机、电、磁强耦合行为下的动态性能，由于缺乏相关的动态测试设备和仪器，一直很少有人涉及且进展不大。相对于普通的机床主轴，因其主轴转速比较低，采用传统的接触式加载测量足以满足主轴的动态性能测试要求，但对高速主轴这种复杂的机、电、磁强耦合系统，传统的接触式加载测试已经无法适应。这是因为主轴在高速运转状态下，采用传统的机械加载不仅控制与测试难度大，而且为了防止主轴高速运转产生的大量摩擦热和机械磨损，不得不额外引入复杂的冷却与润滑系统。即便如此，也很难做到无损加载，从而使得测试精度降低，控制难度加大，所引入的润滑系统给环境和测试仪器都带来了严重的污染。
因此，需要发明一种新型的高速主轴加载动态测试装置，可连续稳定加载和实时测量，在能够保证测试精度的同时，又能避免摩擦生热与机械磨损，以及因冷却和润滑导致的环境污染。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置及其测试方法，采用磁力实现强度大的非接触式加载，可连续稳定加载和实时测量，测量精度高，能够避免摩擦生热与机械磨损，以及因冷却和润滑导致的环境污染。
本发明的高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置，包括基座、高速主轴、加载系统和控制系统；
加载系统包括与高速主轴同轴固定连接的绝缘测试棒，所述绝缘测试棒外圆周固定设置导磁圆环，端部固定设置导磁块，在绝缘测试棒的径向外侧与导磁块对应设置电磁铁I，在绝缘测试棒端面外侧与导磁块对应设置电磁铁II，电磁铁I设置力传感器I，电磁铁II设置力传感器II，用于采集电磁铁I和电磁铁II的受力状态信号；与导磁圆环和导磁块对应设置位移传感器II和位移传感器I，分别用于采集导磁圆环的轴向位移和导磁块的径向位移信号；
控制系统包括工控机、A/D转换器和D/A转换器，所述A/D转换器信号输出端与工控机信号输入端相连，D/A转换器信号输入端与工控机控制信号输出端相连；D/A转换器信号输出端分别连接高速主轴的驱动系统以及电磁铁I和电磁铁II的电源；A/D转换器的信号输入端分别连接力传感器I、力传感器II、位移传感器I和位移传感器II。
进一步，所述导磁块分为固定设置在绝缘测试棒端面的导磁圆盘和固定套在绝缘测试棒外圆周的导磁环I，位移传感器I设置在导磁环I的径向外侧，位移传感器II设置在导磁圆环轴向侧面；
所述电磁铁I与位移传感器I设置于导磁环I径向相对的两侧；电磁铁II与导磁圆盘对应设置；
进一步，绝缘测试棒外圆周与导磁环I和导磁圆环并列固定设置导磁环II，所述导磁环II径向外侧设置位移传感器III和位移传感器IV，导磁环I径向外侧还设置位移传感器V，所述移传感器III和位移传感器IV之间以及位移传感器I和位移传感器V之间在圆周方向上的距离为1/4圆弧；所述位移传感器III、位移传感器IV和位移传感器V分别与A/D转换器的信号输入端连接；
进一步，所述导磁圆盘为槽状，扣合在绝缘测试棒端面；所述槽状导磁圆盘径向外侧设置位移传感器VI与位移传感器VII，所述位移传感器VI和位移传感器VII之间在圆周方向上的距离为1/4圆弧；所述位移传感器VI和位移传感器VII分别与A/D转换器的信号输入端连接；
进一步，还包括支架，所述电磁铁I、电磁铁II、力传感器I、力传感器II、位移传感器I、位移传感器II、位移传感器III、位移传感器IV、位移传感器V、位移传感器VI和位移传感器VII设置在支架上；
进一步，还包括导轨，所述支架以可轴向移动的方式设置在导轨上，支架上设置可相对支架轴向移动的横臂梁；
进一步，所述位移传感器I和位移传感器VI的功能可通过设置一个位移传感器根据测试项目沿导轨移动支架和沿支架移动横臂梁完成；位移传感器II和位移传感器III的功能可通过设置一个位移传感器根据测试项目移动导轨以及拆装位移传感器完成；位移传感器V和位移传感器VII的功能可通过设置一个位移传感器根据测试项目移动导轨完成。
进一步，所述支架包括分别独立的支架I和支架II，所述电磁铁I、电磁铁II、力传感器I和力传感器II设置在支架I上，位移传感器I、位移传感器II、位移传感器III、位移传感器IV、位移传感器V、位移传感器VI和位移传感器VII设置在支架II上；绝缘测试棒为陶瓷测试棒；
本发明还公开了利用高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置的测试方法，包括以下步骤：
a检查高速主轴的附属设备是否正常，如果附属设备正常，则开启主轴并启动励磁电源；
b确定是否同时测量主轴的径向和轴向刚度，如果是，则接通位移传感器I、位移传感器II和力传感器I、力传感器II的电源；开启数据接收功能，为位移和力的数据接收和储存做准备；接通电磁铁I和电磁铁II电源；逐步加大电磁铁I和电磁铁II的电流，对比主轴电流与主轴额定电流，如果主轴电流小于主轴的额定电流，则继续加大电磁铁I和电磁铁II的电流；如果主轴电流大于或等于主轴的额定电流，则断开电磁铁I和电磁铁II电源，计算并绘制主轴径向和轴向刚度曲线；
如果只测量主轴的径向刚度，则接通位移传感器I和力传感器I的电源；开启数据接收功能，为位移和力的数据接收和储存做准备；接通电磁铁I电源；逐步加大电磁铁I的电流，对比主轴电流与主轴额定电流，如果主轴电流小于主轴的额定电流，则继续加大电磁铁I的电流；如果主轴电流大于或等于主轴的额定电流，则断开电磁铁I电源，计算并绘制主轴径向刚度曲线；
如果只测量主轴的轴向刚度，则接通位移传感器II和力传感器II的电源；开启数据接收功能，为位移和力的数据接收和储存做准备；接通电磁铁II电源；逐步加大电磁铁II的电流，对比主轴电流与主轴额定电流，如果主轴电流小于主轴的额定电流，则继续加大电磁铁II的电流；如果主轴电流大于或等于主轴的额定电流，则断开电磁铁II电源，计算并绘制主轴轴向刚度曲线；
c确定是否进行下一项目测试，如果否，则关闭主轴和辅助设备。
进一步，所述步骤c中，还进行角度摆动和径向跳动/轴向窜动测试；
角度摆动测试具体包括以下步骤：
c1规定位移传感器I和位移传感器III为X轴方向上的位移，位移传感器IV和位移传感器V为Y轴方向上的位移，并接通位移传感器I、位移传感器III、位移传感器IV和位移传感器V电源，分别计算主轴在X轴和Y轴方向上的摆动量，计算并绘出主轴在X轴和Y轴方向上的转速-角度摆动曲线；
径向跳动/轴向窜动测试具体包括以下步骤：
c2规定位移传感器II为Z轴方向上的位移，位移传感器VI和位移传感器VII分别为X轴和Y轴方向上的位移，并接通位移传感器II、位移传感器VI和位移传感器VII电源，分别计算主轴在X轴、Y轴和Z轴方向上的位移量，绘制出主轴在XYZ轴方向上的转速-径向跳动/轴向窜动曲线。
本发明的有益效果是：本发明的高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置及其测试方法，采用磁力实现强度大的非接触式加载，可连续稳定加载和实时测量，实现主轴在高速运转状态下的非接触式动态加载与实时测量方法，能够避免摩擦生热以及因冷却和润滑导致的环境污染；控制系统采用数字控制和测量子系统，加载部分采用电磁加载机构，从而可以在磁场下实现力磁耦合的非接触式连续加载，测量精度高，控制方便，并配以专门开发的分析软件，可以方便地完成数据采集、显示、存储、分析、运算、控制、触发等各种功能；位移传感器和电磁铁设置在可在导轨上移动的支架上，而且传感器以可拆装的方式设置在支架上，根据测试项目不同，移动支架或拆装传感器，使传感器的功能得到充分利用，使用方便，并且使装置结构紧凑，节约使用成本。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明角度摆动测试结构示意图；
图3为图2沿A-A向剖视图；
图4为本发明轴向窜动与径向跳动测试结构示意图；
图5为图4沿B-B向剖视图；
图6为本发明电磁加载测试方法框图；
图7为本发明角度摆动测试方法框图；
图8为本发明径向跳动和轴向窜动测试方法框图。
具体实施方式
以下实施例中，测试、分析软件采用自主开发的虚拟测试、分析软件。
图1为本发明结构示意图，如图所示：本实施例的高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置，包括基座1和高速主轴2，本实施例中高速主轴2为电主轴；还包括加载系统和控制系统；
加载系统包括与电主轴2同轴固定连接的绝缘测试棒3，本实施例中，绝缘测试棒3为陶瓷测试棒，本实施例中绝缘测试棒3为陶瓷测试棒，陶瓷测试棒3外圆周加工环状突起，环状突起上以卡合的方式固定设置含铁等金属材料的导磁圆环4，陶瓷测试棒3端部固定设置含铁等金属材料的导磁块，导磁块分为固定设置在陶瓷测试棒3端面的含铁等金属材料的导磁圆盘14和以过盈的方式固定套在陶瓷测试棒3外圆周的含铁等金属材料的导磁环I 15，导磁圆盘14为槽状，导磁圆盘14的槽状结构端部向内折弯，扣合在陶瓷测试棒3端面设置的环形槽21内；在陶瓷测试棒3的径向外侧与导磁环I 15对应设置电磁铁I 5，在陶瓷测试棒3端面外侧与导磁圆盘14对应设置电磁铁II 6；
还包括支架23和导轨24，支架23包括分别独立的支架I 231和支架II 232，支架I 231和支架II 232以可轴向移动的方式设置在导轨24上，电磁铁I 5和电磁铁II 6设置在支架I 231上，支架I 231上与电磁铁I 5对应设置力传感器I 7，与电磁铁II 6对应设置力传感器II 8，用于采集电磁铁I 5和电磁铁II 6的受力状态信号；支架II 232上与导磁圆环4和导磁环I 15对应以可拆装的方式设置位移传感器II 10和位移传感器I 9，位移传感器II 10设置在导磁圆环4的轴向侧面，位移传感器I 9设置在导磁环I 15径向外侧，位移传感器II 10和位移传感器I 9分别用于采集陶瓷测试棒3的轴向位移和径向位移信号；电磁铁I 5与位移传感器I 9设置于导磁环I 15径向相对的两侧，电磁铁II 6与导磁圆盘14对应设置；所有位移传感器与力传感器均由电源28供电。
控制系统包括工控机11、A/D转换器12和D/A转换器13，所述A/D转换器12信号输出端与工控机11信号输入端相连，D/A转换器13信号输入端与工控机11控制信号输出端相连；D/A转换器13信号输出端分别连接高速主轴2的驱动系统以及电磁铁I 5和电磁铁II 6的电源28；A/D转换器12的信号输入端分别连接力传感器I 7、力传感器II 8、位移传感器I 9和位移传感器II 10。
图2为本发明角度摆动测试结构示意图，图3为图2沿A-A向剖视图，如图所示：图中省略了电磁加载测试结构，陶瓷测试棒3外圆周通过过盈配合有导磁环I 15和导磁环II 16，导磁环II 16径向外侧设置位移传感器III 17和位移传感器IV 18，导磁环I 15径向外侧还设置位移传感器V 19，所述位移传感器III 17和位移传感器IV 18之间以及位移传感器I 9和位移传感器V 19之间在圆周方向上的距离为1/4圆弧；位移传感器III 17、位移传感器IV 18和位移传感器V 19分别与A/D转换器12的信号输入端连接；位移传感器III 17、位移传感器IV 18、位移传感器I 9和位移传感器V 19均由励磁电源28供电，并且以可拆装的方式设置在支架II 232上；支架II 232的横臂梁带刻度，可以准确确定位移传感器III 17/位移传感器IV 18与位移传感器I 9/位移传感器V 19之间的距离；导轨24带刻度，与支架II 232结合，可以方便的确定各位移传感器到主轴2端面的距离。
角度摆动测试结构中，位移传感器I 9为本结构和电磁加载测试结构共用，位移传感器III 17可通过位移传感器II 10的拆装和沿导轨24移动支架II 232代替完成其功能。
图4为本发明轴向窜动与径向跳动测试结构示意图，图5为图4沿B-B向剖视图，如图所示：图中省略了电磁加载测试结构和角度摆动测试结构，槽状导磁圆盘14径向外侧设置位移传感器VI 20和位移传感器VII 22，两者处于与主轴垂直的同一平面内，且在圆周方向的位移为1/4圆弧，位移传感器II 10设置在导磁圆环4的轴向侧面；位移传感器VI 20和位移传感器VII 22分别与A/D转换器12的信号输入端连接；位移传感器VI 20和位移传感器VII 22以可拆装的方式设置在支架II 232上，且都由励磁电源28供电；
轴向窜动与径向跳动测试结构中，位移传感器II 10为本结构与电磁加载测试结构共用，位移传感器VI 20可通过沿导轨24移动支架II 232由位移传感器I9代替完成其功能，位移传感器VII 22的功能可通过沿导轨24移动支架II 232由位移传感器V 19完成；
图6为本发明电磁加载测试方法框图，图7为本发明角度摆动测试方法框图，图8为本发明径向跳动和轴向窜动测试方法框图，如图所示：高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置的测试方法，包括以下步骤：
a检查高速主轴的附属设备是否正常，如果附属设备正常，则开启主轴并启动励磁电源；
b确定是否同时测量主轴的径向和轴向刚度，如果是，则接通位移传感器I 9、位移传感器II 10和力传感器I 7、力传感器II 8的电源；开启数据接收功能，为位移和力的数据接收和储存做准备；接通电磁铁I 5和电磁铁II 6的电源；逐步加大电磁铁I 5和电磁铁II 6的电流，对比主轴电流与主轴额定电流，如果主轴电流小于主轴的额定电流，则继续加大电磁铁I 5和电磁铁II 6的电流；如果主轴电流大于或等于主轴的额定电流，则断开电磁铁I 5和电磁铁II 6电源，计算并绘制主轴径向和轴向刚度曲线；
如果只测量主轴的径向刚度，则接通位移传感器I 9和力传感器I 7的电源；开启数据接收功能，为位移和力的数据接收和储存做准备；接通电磁铁I 5电源；逐步加大电磁铁I 5的电流，对比主轴电流与主轴额定电流，如果主轴电流小于主轴的额定电流，则继续加大电磁铁I 5的电流；如果主轴电流大于或等于主轴的额定电流，则断开电磁铁I 5电源，计算并绘制主轴径向刚度曲线；
如果只测量主轴的轴向刚度，则接通位移传感器II 10和力传感器II 8的电源；开启数据接收功能，为位移和力的数据接收和储存做准备；接通电磁铁II 6电源；逐步加大电磁铁II 6的电流，对比主轴电流与主轴额定电流，如果主轴电流小于主轴的额定电流，则继续加大电磁铁II 6的电流；如果主轴电流大于或等于主轴的额定电流，则断开电磁铁II 6电源，计算并绘制主轴轴向刚度曲线；
c确定是否进行下一项目测试，本实施例中，需要进行角度摆动和径向跳动/轴向窜动测试，因此暂不关闭主轴和辅助设备。
工控机通过D/A转换器向电主轴的润滑系统25和冷却系统26发出开启指令，启动变频电源27驱动电主轴2，使其在指定频率下高速运转，主轴运转稳定后，工控机中的测试软件根据电主轴2的功率、转速计算出电主轴2在额定负载状态下所受到的径向力Fr和轴向力Fg，然后将径向力和轴向力换算成电磁铁I 5和电磁铁II 6中所允许通过的额定电流I5N或I6N，并将相应命令送入数据总线，D/A转换器从数据总线读取指令并通过励磁电源28分别向电磁铁I 5和电磁铁II 6供电；此时，导磁环I 15会受到电磁铁I 5对它的磁场力的作用，使绝缘测试棒3产生径向变形δr；同时，导磁圆盘14也会受到电磁铁II 6对它的磁场力的作用，使绝缘测试棒3产生轴向变形δg；导磁环I 15和导磁圆盘14所受到的力的大小将分别通过力传感器I 7和力传感器II 8测得，并经A/D转换器送入工控机的数据总线，测试软件根据反馈回的径向力F′r和轴向力F′g，分别与径向力Fr和轴向力Fg进行比较，根据差值分别对电磁铁I 5和电磁铁II 6的励磁电流的大小进行相应调整，从而组成主轴径向力和轴向力非接触式加载的闭环控制系统；其控制过程如下：如果主轴电流I3≤IN(IN为高速主轴的额定电流)，且电磁铁的电流I5＜I5N或I6＜I6N，则工控机令励磁电源28根据差值分别对电磁铁I 5和电磁铁II 6的励磁电流的大小进行相应调整；如果I3＞IN，则立即令电磁铁I 5和电磁铁II 6断电，使主轴脱离负载，此时所测的数据即为主轴所能承受的实际刚度，此时说明该主轴的刚度低于其额定值。另外，径向变形δr与轴向变形δg分别由非接触式位移传感器I 9和位移传感器II 10经A/D转换器传回工控机的数据总线上，工控机中的测试、分析软件从数据总线上的相应端口获得δr、δg，并根据同步获得的径向力F′r和轴向力F′g分别绘制出径向力Fr与径向变形δr、轴向力Fg与轴向变形δg的动态刚度曲线，并将结果显示在图形界面上。
图7为本发明角度摆动测试方法框图，如图所示：进行角度摆动测试，具体包括以下步骤：
c1规定位移传感器I 9和位移传感器III 17为X轴方向上的位移，位移传感器IV 18和位移传感器V 19为Y轴方向上的位移，并接通位移传感器I 9、位移传感器III 17、位移传感器IV 18和位移传感器V 19电源，分别计算主轴在X轴和Y轴方向上的摆动量，计算并绘出主轴在X轴和Y轴方向上的转速-角度摆动曲线；
非接触式位移传感器III 17、位移传感器IV 18、位移传感器I 9和位移传感器V 19分别安装在支架232上，支架232可以在导轨24上自由滑动和定位，位移传感器III 17可通过电磁加载测试结构中的位移传感器II 10在支架232的不同部位拆装后构成；因此以上位移传感器可以由支架自由定位，位移传感器III 17和位移传感器IV 18处于与主轴垂直的同一平面内，且在圆周方向的位移为1/4圆弧，位移传感器I 9和位移传感器V 19也处于与主轴垂直的同一平面内，且在圆周方向的位移同样为1/4圆弧；在电主轴空载、稳定运行条件下，位移传感器III 17、位移传感器IV 18、位移传感器I 9和位移传感器V 19将所测得的信号经A/D转换器传入工控机的数据总线，测试软件从数据总线上获取实测位移数据后，自动将位移传感器III 17与位移传感器I 9的数据归入主轴Y方向位移，将位移传感器IV 18与位移传感器V 19的数据归入主轴X方向的位移，然后软件的分析模块通过计算得到主轴轴线分别在X、Y两垂直方向的角度摆动量，并由软件的绘图模块根据速度与该速度下的角度摆动量绘制出主轴在不同转速下的“转速——角度摆动量”曲线，并将结果显示在图形界面上。
图8为本发明径向跳动和轴向窜动测试方法框图，径向跳动/轴向窜动测试具体包括以下步骤：
c2规定位移传感器II 10为Z轴方向上的位移，位移传感器VI 20为X方向上的位移，位移传感器VII 22分别为Y轴方向上的位移，并接通位移传感器II 10、位移传感器VI 20和位移传感器VII 22电源，分别计算主轴在X轴、Y轴和Z轴方向上的位移量，绘制出主轴在XYZ轴方向上的转速-径向跳动/轴向窜动量曲线。
非接触式位移传感器VI 20、位移传感器II 10和位移传感器VII 22均安装在支架232上，支架232可以在导轨24上自由滑动和定位，因此，移动支架232，使位移传感器I 9到达位移传感器VI 20的位置，用位移传感器I 9代替位移传感器VI 20，可以使装置结构简单，便于操作，节约成本；位移传感器VI 20、位移传感器VII 22与导磁圆盘14的径向距离以及位移传感器II 10与导磁圆环4的轴向距离控制在0.5～1.0mm之间，其中位移传感器VI 20和位移传感器VII 22处于与电主轴垂直的同一平面内，所测得的位移信号为主轴在Y、X两垂直方向上的径向跳动量；位移传感器II 10所测得的信号为电主轴的轴向窜动量；位移传感器将所测得的信号通过A/D转换器传入工控机的数据总线，测试软件从数据总线上获取所测得的信号，并与转速结合，绘制“转速——径向跳动”曲线与“转速——轴向窜动”曲线，并将结果显示在图形界面上。
最后，确定是否还需进行测试，如果不需进行其他项目的测试，则关闭主轴以及附属设备。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中；如在主轴径向刚度测试中，若导磁环I 15对电磁铁I 5所产生的磁场的感生电流足以影响位移传感器I 9的测量精度时，则在不影响测量精度的前提下，须在导磁环I 15的前后另置不受电磁铁I 5磁场影响的导磁环，使位移传感器I 9处在导磁环的等效位置；或停止对电磁铁II 6的供电，使位移传感器I 9处在位移传感器VI 20的位置。
Claims (10)
1.一种高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置，包括基座(1)和高速主轴(2)，其特征在于：包括加载系统和控制系统；
加载系统包括与高速主轴(2)同轴固定连接的绝缘测试棒(3)，所述绝缘测试棒(3)外圆周固定设置导磁圆环(4)，端部固定设置导磁块，在绝缘测试棒(3)的径向外侧与导磁块对应设置电磁铁I(5)，在绝缘测试棒(3)端面外侧与导磁块对应设置电磁铁II(6)，电磁铁I(5)设置力传感器I(7)，电磁铁II(6)设置力传感器II(8)，用于采集电磁铁I(5)和电磁铁II(6)的受力状态信号；与导磁圆环(4)和导磁块对应设置位移传感器II(10)和位移传感器I(9)，分别用于采集绝缘测试棒(3)的轴向位移和径向位移信号；
控制系统包括工控机(11)、A/D转换器(12)和D/A转换器(13)，所述A/D转换器(12)信号输出端与工控机(11)信号输入端相连，D/A转换器(13)信号输入端与工控机(11)控制信号输出端相连；D/A转换器(13)信号输出端分别连接高速主轴(2)的驱动系统以及电磁铁I(5)和电磁铁II(6)的电源(28)；A/D转换器(12)的信号输入端分别连接力传感器I(7)、力传感器II(8)、位移传感器I(9)和位移传感器II(10)。
2.根据权利要求1所述的高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置，其特征在于：所述导磁块分为固定设置在绝缘测试棒(3)端面的导磁圆盘(14)和固定套在绝缘测试棒(3)外圆周的导磁环I(15)，位移传感器I(9)设置在导磁环I(15)的径向外侧，位移传感器II(10)设置在导磁圆环(4)轴向侧面；
所述电磁铁I(5)与位移传感器I(9)设置于导磁环I(15)径向相对的两侧，电磁铁II(6)与导磁圆盘(14)对应设置。
3.根据权利要求2所述的高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置，其特征在于：绝缘测试棒(3)外圆周与导磁环I(15)和导磁圆环(4)并列固定设置导磁环II(16)，所述导磁环II(16)径向外侧设置位移传感器III(17)和位移传感器IV(18)，导磁环I(15)径向外侧还设置位移传感器V(19)，所述位移传感器III(17)和位移传感器IV(18)之间以及位移传感器I(9)和位移传感器V(19)之间在圆周方向上的距离为1/4圆弧；所述位移传感器III(17)、位移传感器IV(18)和位移传感器V(19)分别与A/D转换器(12)的信号输入端连接。
4.根据权利要求3所述的高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置，其特征在于：所述导磁圆盘(14)为槽状，扣合在绝缘测试棒(3)端面；所述槽状导磁圆盘(14)径向外侧设置位移传感器VI(20)和位移传感VII(22)，所述位移传感器VI(20)和位移传感器VII(22)之间在圆周方向上的距离为1/4圆弧；所述位移传感器VI(20)和位移传感器VII(22)分别与A/D转换器(12)的信号输入端连接。
5.根据权利要求4所述的高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置，其特征在于：还包括支架(23)，所述电磁铁I(5)、电磁铁II(6)、力传感器I(7)、力传感器II(8)、位移传感器I(9)、位移传感器II(10)、位移传感器III(17)、位移传感器IV(18)、位移传感器V(19)、位移传感器VI(20)和位移传感器VII(22)设置在支架(23)上。
6.根据权利要求5所述的高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置，其特征在于：还包括导轨(24)，所述支架(23)以可轴向移动的方式设置在导轨(24)上，支架(23)上设置可相对支架(23)轴向移动的横臂梁(29)。
7.根据权利要求6所述的高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置，其特征在于：所述位移传感器I(9)和位移传感器VI(20)的功能可通过设置一个位移传感器根据测试项目沿导轨移动支架(23)和沿支架(23)移动横臂梁(29)完成；位移传感器II(10)和位移传感器III(17)的功能可通过设置一个位移传感器根据测试项目移动导轨以及拆装位移传感器完成；位移传感器V(19)和位移传感器VII(22)的功能可通过设置一个位移传感器根据测试项目移动导轨完成。
8.根据权利要求7所述的高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置，其特征在于：所述支架(23)包括分别独立的支架I(231)和支架II(232)，所述电磁铁I(5)、电磁铁II(6)、力传感器I(7)和力传感器II(8)设置在支架I(231)上，位移传感器I(9)、位移传感器II(10)、位移传感器III(17)、位移传感器IV(18)、位移传感器V(19)、位移传感器VI(20)和位移传感器VII(22)设置在支架II(232)上；所述绝缘测试棒(3)为陶瓷测试棒。
9.一种利用权利要求1所述的高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
a检查高速主轴的附属设备是否正常，如果附属设备正常，则开启主轴并启动励磁电源；
b确定是否同时测量主轴的径向和轴向刚度，如果是，则接通位移传感器I(9)、位移传感器II(10)和力传感器I(7)、力传感器II(8)的电源；开启数据接收功能，为位移和力的数据接收和储存做准备；接通电磁铁I(5)和电磁铁II(6)电源；逐步加大电磁铁I(5)和电磁铁II(6)的电流，对比主轴电流与主轴额定电流，如果主轴电流小于主轴的额定电流，则继续加大电磁铁I(5)和电磁铁II(6)的电流；如果主轴电流大于或等于主轴的额定电流，则断开电磁铁I(5)和电磁铁II(6)电源，计算并绘制主轴径向和轴向刚度曲线；
如果只测量主轴的径向刚度，则接通位移传感器I(9)和力传感器I(7)的电源；开启数据接收功能，为位移和力的数据接收和储存做准备；接通电磁铁I(5)电源；逐步加大电磁铁I(5)的电流，对比主轴电流与主轴额定电流，如果主轴电流小于主轴的额定电流，则继续加大电磁铁I(5)的电流；如果主轴电流大于或等于主轴的额定电流，则断开电磁铁I(5)电源，计算并绘制主轴径向刚度曲线；
如果只测量主轴的轴向刚度，则接通位移传感器II(10)和力传感器II(8)的电源；开启数据接收功能，为位移和力的数据接收和储存做准备；接通电磁铁II(6)电源；逐步加大电磁铁II(6)的电流，对比主轴电流与主轴额定电流，如果主轴电流小于主轴的额定电流，则继续加大电磁铁II(6)的电流；如果主轴电流大于或等于主轴的额定电流，则断开电磁铁II(6)电源，计算并绘制主轴轴向刚度曲线；
c确定是否进行下一项目测试，如果否，则关闭主轴和辅助设备。
10.根据权利要求9所述的利用高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置的测试方法，其特征在于：所述步骤c中，还进行角度摆动和径向跳动/轴向窜动测试；
角度摆动测试具体包括以下步骤：
c1规定位移传感器I(9)和位移传感器III(17)为X轴方向上的位移，位移传感器IV(18)和位移传感器V(19)为Y轴方向上的位移，并接通位移传感器I(9)、位移传感器III(17)、位移传感器IV(18)和位移传感器V(19)电源，分别计算主轴在X轴和Y轴方向上的摆动量，计算并绘出主轴在X轴和Y轴方向上的转速一角度摆动曲线；
径向跳动/轴向窜动测试具体包括以下步骤：
c2规定位移传感器II(10)为Z轴方向上的位移，位移传感器VI(20)和位移传感器VII(22)分别为X轴和Y轴方向上的位移，并接通位移传感器II(10)、位移传感器VI(20)和位移传感器VII(22)电源，分别计算主轴在X轴、Y轴和Z轴方向上的位移量，绘制出主轴在XYZ轴方向上的转速一径向跳动/轴向窜动曲线。
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Cited By (29)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102109416A (zh) * | 2010-12-15 | 2011-06-29 | 西安理工大学 | 一种高速电主轴非接触电磁加载装置 |
| CN102183364A (zh) * | 2011-03-02 | 2011-09-14 | 北京工研精机股份有限公司 | 机床主轴性能测试平台 |
| CN102384844A (zh) * | 2011-10-17 | 2012-03-21 | 吉林大学 | 由电磁和测功机混合动态加载的机床主轴可靠性试验装置 |
| CN102410915A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-04-11 | 周其斗 | 一种电磁激振轴系加载装置 |
| CN102662089A (zh) * | 2012-02-13 | 2012-09-12 | 清华大学 | 一种非接触式加载器 |
| CN103217349A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-07-24 | 西安交通大学 | 一种基于三向电磁力加载的高速电主轴动静刚度测试装置及方法 |
| CN103278320A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-04 | 清华大学 | 非接触式机床主轴运转动刚度检测系统 |
| CN103344425A (zh) * | 2013-06-28 | 2013-10-09 | 哈尔滨工业大学 | 基准平面式超精密直驱式静压主轴动态性能在线测试方法 |
| CN103419085A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-12-04 | 清华大学 | 一种铣床主轴旋转状态下整机动刚度的测量装置 |
| CN103868683A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-06-18 | 重庆大学 | 电主轴刚度测试装置 |
| CN103968981A (zh) * | 2014-04-14 | 2014-08-06 | 上海大学 | 高速微型轴承动态摩擦力矩测试装置 |
| CN104458246A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-03-25 | 江苏大学 | 磁力泵液磁相干及动力传动特性研究试验装置 |
| CN104502102A (zh) * | 2014-12-02 | 2015-04-08 | 西安交通大学 | 一种测试高速机床主轴动态特性的装置及方法 |
| CN104897094A (zh) * | 2014-03-05 | 2015-09-09 | 鞍钢股份有限公司 | 一种大型电机轴向窜动检测装置及方法 |
| CN105252343A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-01-20 | 杭州职业技术学院 | 一种测量主轴径向跳动的装置 |
| CN106197964A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-12-07 | 武汉科技大学 | 一种磁悬浮双转子结构的试验装置 |
| EP3108996A1 (de) * | 2015-06-23 | 2016-12-28 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Vorrichtung zum messen von verlagerungen eines rotierenden objektes |
| CN106679959A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-17 | 清华大学深圳研究生院 | 一种机床主轴弯扭复合加载器、测试装置及系统 |
| CN106768748A (zh) * | 2017-02-07 | 2017-05-31 | 河北工业大学 | 一种内置式机床主轴轴向动刚度测试装置及测试方法 |
| CN106885663A (zh) * | 2017-02-21 | 2017-06-23 | 清华大学深圳研究生院 | 一种机床主轴刚度测试方法及其系统 |
| CN106885662A (zh) * | 2017-02-21 | 2017-06-23 | 清华大学深圳研究生院 | 径‑轴向复合非接触式加载器及机床主轴刚度测试系统 |
| CN107052998A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-08-18 | 杭州杭机股份有限公司 | 砂轮主轴可靠性测定装置及测定方法 |
| CN108031870A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-05-15 | 上海理工大学 | 一种数控机床主轴加载性能测试装置及测试评价方法 |
| CN108572076A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-09-25 | 中国计量大学 | 一种静压气浮主轴性能检测装置及其使用方法 |
| CN110243604A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-09-17 | 大连工业大学 | 一种中介轴承振动试验装置 |
| CN110487541A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-11-22 | 北京中电科电子装备有限公司 | 一种气浮主轴的性能测试装置及测试方法 |
| CN110967129A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-07 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种高温转子系统轴向力测试系统及方法 |
| CN113375880A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-10 | 泰州健朗医疗器械有限公司 | 微导管轴向刚度检测装置及轴向刚度评价方法 |
| CN114526914A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-05-24 | 齐鲁工业大学 | 测力传感器卸载装置、微动磨损试验机及测试方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2668302Y (zh) * | 2003-11-28 | 2005-01-05 | 湖南大学 | 高速主轴变刚度装置 |
-
2008
- 2008-08-27 CN CN2008100701951A patent/CN101344457B/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (42)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102109416A (zh) * | 2010-12-15 | 2011-06-29 | 西安理工大学 | 一种高速电主轴非接触电磁加载装置 |
| CN102109416B (zh) * | 2010-12-15 | 2012-03-07 | 西安理工大学 | 一种高速电主轴非接触电磁加载装置 |
| CN102183364A (zh) * | 2011-03-02 | 2011-09-14 | 北京工研精机股份有限公司 | 机床主轴性能测试平台 |
| CN102410915A (zh) * | 2011-07-27 | 2012-04-11 | 周其斗 | 一种电磁激振轴系加载装置 |
| CN102384844A (zh) * | 2011-10-17 | 2012-03-21 | 吉林大学 | 由电磁和测功机混合动态加载的机床主轴可靠性试验装置 |
| CN102662089A (zh) * | 2012-02-13 | 2012-09-12 | 清华大学 | 一种非接触式加载器 |
| CN103217349A (zh) * | 2013-04-03 | 2013-07-24 | 西安交通大学 | 一种基于三向电磁力加载的高速电主轴动静刚度测试装置及方法 |
| CN103217349B (zh) * | 2013-04-03 | 2016-06-29 | 西安交通大学 | 一种基于三向电磁力加载的高速电主轴动静刚度测试装置及方法 |
| CN103278320A (zh) * | 2013-05-31 | 2013-09-04 | 清华大学 | 非接触式机床主轴运转动刚度检测系统 |
| CN103344425A (zh) * | 2013-06-28 | 2013-10-09 | 哈尔滨工业大学 | 基准平面式超精密直驱式静压主轴动态性能在线测试方法 |
| CN103344425B (zh) * | 2013-06-28 | 2015-06-10 | 哈尔滨工业大学 | 基准平面式超精密直驱式静压主轴动态性能在线测试方法 |
| CN103419085A (zh) * | 2013-07-26 | 2013-12-04 | 清华大学 | 一种铣床主轴旋转状态下整机动刚度的测量装置 |
| CN103419085B (zh) * | 2013-07-26 | 2016-06-15 | 清华大学 | 一种铣床主轴旋转状态下整机动刚度的测量装置 |
| CN103868683A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-06-18 | 重庆大学 | 电主轴刚度测试装置 |
| CN104897094A (zh) * | 2014-03-05 | 2015-09-09 | 鞍钢股份有限公司 | 一种大型电机轴向窜动检测装置及方法 |
| CN103968981A (zh) * | 2014-04-14 | 2014-08-06 | 上海大学 | 高速微型轴承动态摩擦力矩测试装置 |
| CN104458246B (zh) * | 2014-11-06 | 2017-04-05 | 江苏大学 | 磁力泵液磁相干及动力传动特性研究试验装置 |
| CN104458246A (zh) * | 2014-11-06 | 2015-03-25 | 江苏大学 | 磁力泵液磁相干及动力传动特性研究试验装置 |
| CN104502102A (zh) * | 2014-12-02 | 2015-04-08 | 西安交通大学 | 一种测试高速机床主轴动态特性的装置及方法 |
| CN104502102B (zh) * | 2014-12-02 | 2017-02-22 | 西安交通大学 | 一种测试高速机床主轴动态特性的装置及方法 |
| EP3108996A1 (de) * | 2015-06-23 | 2016-12-28 | Dr. Johannes Heidenhain GmbH | Vorrichtung zum messen von verlagerungen eines rotierenden objektes |
| CN105252343A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-01-20 | 杭州职业技术学院 | 一种测量主轴径向跳动的装置 |
| CN106197964B (zh) * | 2016-06-24 | 2020-04-10 | 武汉科技大学 | 一种磁悬浮双转子结构的试验装置 |
| CN106197964A (zh) * | 2016-06-24 | 2016-12-07 | 武汉科技大学 | 一种磁悬浮双转子结构的试验装置 |
| CN106679959A (zh) * | 2017-01-09 | 2017-05-17 | 清华大学深圳研究生院 | 一种机床主轴弯扭复合加载器、测试装置及系统 |
| CN106768748A (zh) * | 2017-02-07 | 2017-05-31 | 河北工业大学 | 一种内置式机床主轴轴向动刚度测试装置及测试方法 |
| CN106768748B (zh) * | 2017-02-07 | 2023-06-16 | 河北工业大学 | 一种内置式机床主轴轴向动刚度测试装置及测试方法 |
| CN106885662B (zh) * | 2017-02-21 | 2019-05-10 | 清华大学深圳研究生院 | 径-轴向复合非接触式加载器及机床主轴刚度测试系统 |
| CN106885663B (zh) * | 2017-02-21 | 2019-11-08 | 清华大学深圳研究生院 | 一种机床主轴刚度测试方法及其系统 |
| CN106885662A (zh) * | 2017-02-21 | 2017-06-23 | 清华大学深圳研究生院 | 径‑轴向复合非接触式加载器及机床主轴刚度测试系统 |
| CN106885663A (zh) * | 2017-02-21 | 2017-06-23 | 清华大学深圳研究生院 | 一种机床主轴刚度测试方法及其系统 |
| CN107052998A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-08-18 | 杭州杭机股份有限公司 | 砂轮主轴可靠性测定装置及测定方法 |
| CN108031870A (zh) * | 2017-12-04 | 2018-05-15 | 上海理工大学 | 一种数控机床主轴加载性能测试装置及测试评价方法 |
| CN108572076A (zh) * | 2018-07-12 | 2018-09-25 | 中国计量大学 | 一种静压气浮主轴性能检测装置及其使用方法 |
| CN108572076B (zh) * | 2018-07-12 | 2024-04-09 | 中国计量大学 | 一种静压气浮主轴性能检测装置的使用方法 |
| CN110487541B (zh) * | 2019-07-11 | 2021-07-23 | 北京中电科电子装备有限公司 | 一种气浮主轴的性能测试装置及测试方法 |
| CN110487541A (zh) * | 2019-07-11 | 2019-11-22 | 北京中电科电子装备有限公司 | 一种气浮主轴的性能测试装置及测试方法 |
| CN110243604A (zh) * | 2019-07-17 | 2019-09-17 | 大连工业大学 | 一种中介轴承振动试验装置 |
| CN110967129A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-04-07 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种高温转子系统轴向力测试系统及方法 |
| CN113375880A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-10 | 泰州健朗医疗器械有限公司 | 微导管轴向刚度检测装置及轴向刚度评价方法 |
| CN113375880B (zh) * | 2021-06-01 | 2022-07-29 | 泰州健朗医疗器械有限公司 | 微导管轴向刚度检测装置及轴向刚度评价方法 |
| CN114526914A (zh) * | 2022-04-25 | 2022-05-24 | 齐鲁工业大学 | 测力传感器卸载装置、微动磨损试验机及测试方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101344457B (zh) | 2010-10-06 |
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