CN103115772B - 一种滚珠丝杠副螺母轴向加载机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚珠丝杠副螺母轴向加载机构，具体说是一种双向加载机构。该加载机构主要由驱动组件、加载组件、限位组件、测量组件以及数据处理模块构成。其特征在于驱动电机通过传动轴和齿轮传动带动锯齿丝杠副螺母旋转，在没有外力作用的情况下，螺母会沿着丝杠轴平动，但当锯齿丝杠副螺母平动受阻后，螺母的旋转运动就转换成丝杠轴的线性运动，从而产生加载力，并在丝杠轴的加载端连接传感器，实时测量加载力大小。本发明内部结构紧凑，准确度高，安全可靠，其加载力最大可达10t，轴向尺寸较小，方便安装，成本低，易于加工。

Description

一种滚珠丝杠副螺母轴向加载机构

技术领域

本发明涉及加载机构技术领域，具体是一种滚珠丝杠副螺母轴向加载机构。

背景技术

滚珠丝杠副是由滚珠丝杠、滚珠和滚珠螺母组成的机械元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将转矩转换成轴向反复作用力。它可以实现非常高的传动和定位精度，被广泛应用于各类精密机床的进给传动系统中，是机械工业使用广泛、要求严格的配套件和基础件。为了对滚珠丝杠副的可靠性进行测试，需要给滚珠丝杠副螺母提供一个较大的轴向载荷，现有的加载方式有液压加载，扭矩加载，浮动块加载等很多方式，但是要运用在滚珠丝杠副上却存在着一定的不足。

中国实用新型专利CN 2799944Y，名称为：液压双向加载机构。该专利提出了一种液压双向加载机构，具体实施方式为：加载油缸为双作用油缸，其活塞的运动使油缸中一侧工作腔的液压油受到压缩，液压油压力升高，油压的大小通过加载阀来调节，同时这也决定了加载油缸所施加载荷的大小；另一侧工作腔的体积增大，液压油压力降低，为避免加载油缸供油不足出现抽空现象，使用电机带动变量泵给加载油缸的低压腔补充液压油；通过给双作用油缸两侧腔注入不同体积的液压油，活塞往复运动，从而带动联结在油缸输入端的被试件做往复运动。该液压加载机构适用于给结构较简单的，所需载荷较小的机械或实验装置加载，若使用于结构较复杂，所需载荷较大的机械或实验装置，会出现以下问题：第一，需要考虑油管的排布问题，给装置的结构设计造成了一定的麻烦；第二，当所需施加的载荷较大时，液压缸、液压阀等工作一段时间容易出现漏油现象，从而影响装置的工作环境，难清洁；第三，长期的往复运动容易造成油管的破裂。所以，在一些对环境模拟条件要求较高的装置上并不适用液压加载。

中国实用新型专利CN 201935802 U，名称为：一种旋转加载机构。该专利提出了一种旋转加载机构，具体技术方案为：该加载机构包括移动横梁、电动缸和固定座，手轮，丝杠等，首先将移动横梁移动到适合加载位置，松开水平拖板块的螺钉，通过手轮转动，带动水平丝杠转动，使平移螺母左右移动，移动到适合加载位置，锁紧水平拖板块的螺钉；然后松开转盘与定盘的锁紧座，转动到所需角度，锁紧之后对检测零部件进行加载测试。该加载机构使用了滚珠丝杠副进行移动和加载，但是只用于零部件的加载测试，所能施加的载荷也较小。从该专利可以看出丝杠副可用于加载，且经过一定的改进，可以提供较大的载荷。

总之，现有技术采用丝杠加载的机构较少，多数采用液压、扭矩等加载方式，存在着加载力小，安装不够便捷等缺陷，并不适用于给滚珠丝杠副进行纵向加载。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种滚珠丝杠副螺母轴向加载机构。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种滚珠丝杠副螺母轴向加载机构，包括驱动组件、加载组件、限位组件、测量组件；

所述驱动组件包括伺服电机和减速机、主动轴、定位键、主动齿轮、定位套筒、深沟球轴承、密封端盖、定位端盖；伺服电机的输出轴与减速机连接，减速机的输出轴通过键与主动轴相连接，主动轴通过深沟球轴承安装在加载组件左挂臂和右挂臂之间，深沟球轴承分别通过密封端盖和定位端盖进行轴向定位，主动轴上通过定位键固连主动齿轮，该主动齿轮通过定位套筒进行轴向定位；

所述加载组件包括锯齿丝杠副螺母、锯齿丝杠轴、轴承定位套筒、螺旋弹簧、推力球轴承、定位垫块、碟簧、碟簧导向套筒、滚针轴承、小滚针轴承、轴端定位端盖、轴承定位端盖、花键导向套、左挂臂、右挂臂、直盖板和圆盖板；

上述锯齿丝杠副螺母外表面为渐近线齿轮，该渐近线齿轮与主动齿轮相啮合，轴承定位套筒套在锯齿丝杠副螺母的一端，轴承定位套筒的外圆上设置螺旋弹簧，锯齿丝杠副螺母该端上还套有推力球轴承，所述推力球轴承的一端通过轴承定位套筒定位，另一端通过定位垫块轴向定位，碟簧导向套筒通过法兰联接在左挂臂上，碟簧叠加分布于碟簧导向套筒内，定位垫块也安装在碟簧导向套筒内，对碟簧施加压力；所述锯齿丝杠副螺母的另一端对称设置螺旋弹簧、轴承定位套筒、推力球轴承、定位垫块、碟簧和碟簧导向套筒；

锯齿丝杠副螺母套在锯齿丝杠轴上与其形成丝杠传动，锯齿丝杠轴通过滚针轴承和小滚针轴承安装在左挂臂和右挂臂之间，其中滚针轴承通过轴承定位端盖进行轴向定位，小滚针轴承通过轴端定位端盖进行轴向定位，锯齿丝杠轴一端设计成花键，用以限制丝杠轴的旋转，该花键通过花键导向套导向，实现锯齿丝杠轴的轴向平动，花键导向套通过法兰联接在右挂臂上；

所述限位组件包括悬杆、固定螺母、探杆、极限开关和安装支架，悬杆通过螺纹安装在锯齿丝杠轴的另一端，探杆通过两个固定螺母安装在悬杆上，极限开关的数量为两个，该两个极限开关设置在安装支架上，探杆位于两个极限开关的中间，所述安装支架通过螺钉固定在左挂臂上。

所述测量组件包括承载螺钉、拉压力传感器和承压块，承载螺钉通过U型槽连接在锯齿丝杠轴的花键端，承载螺钉通过螺纹与拉压力传感器相连接，拉压力传感器通过螺钉与承压块相连接。所述碟簧的数量为六。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）采用本发明设计的装置，搭配相应的工装，对各种型号的滚珠丝杠副螺母均可进行加载，具有通用性强的优点；2）为使加载稳定，到达所需载荷后能够持续保持较长时间，采用了碟簧叠加的方式，起到一个保压的作用，该方法结构简单，可靠性高；3）本装置最大加载达到10t，并且采用的高精度拉压力传感器精度可达0.1%，因此该装置具有重载高精的优点；4）该加载机构避免了液压加载可能出现的液压油泄漏等环境问题，符合现代机床的绿色设计理念，而且该机构各部分均容易加工，成本低廉。

 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为本发明滚珠丝杠副螺母轴向加载机构的轴测图。

图2为本发明滚珠丝杠副螺母轴向加载机构的总体结构剖视图。

图3为本发明限位组件示意图。

图4为本发明滚珠丝杠副螺母轴向加载机构驱动轴轴测图。

图5为本发明滚珠丝杠副螺母轴向加载机构加载轴爆炸图。

图6为本发明滚珠丝杠副螺母轴向加载机构测量部件轴测图。

具体实施方式

本发明的一种滚珠丝杠副螺母轴向加载机构，包括驱动组件、加载组件、限位组件、测量组件；

所述驱动组件包括伺服电机30和减速机29、主动轴6、定位键4、主动齿轮5、定位套筒3、深沟球轴承7、密封端盖8、定位端盖1；伺服电机30的输出轴与减速机29连接，减速机29的输出轴通过键与主动轴6相连接，主动轴6通过深沟球轴承7安装在加载组件左挂臂17和右挂臂23之间，深沟球轴承7分别通过密封端盖8和定位端盖1进行轴向定位，主动轴6上通过定位键4固连主动齿轮5，该主动齿轮5通过定位套筒3进行轴向定位；

所述加载组件包括锯齿丝杠副螺母11、锯齿丝杠轴25、轴承定位套筒10、螺旋弹簧9、推力球轴承20、定位垫块15、碟簧16、碟簧导向套筒18、滚针轴承21、小滚针轴承14、轴端定位端盖12、轴承定位端盖22、花键导向套24、左挂臂17、右挂臂23、直盖板19和圆盖板2；

上述锯齿丝杠副螺母11外表面为渐近线齿轮，该渐近线齿轮与主动齿轮5相啮合，轴承定位套筒10套在锯齿丝杠副螺母11的一端，轴承定位套筒10的外圆上设置螺旋弹簧9，锯齿丝杠副螺母11该端上还套有推力球轴承20，所述推力球轴承20的一端通过轴承定位套筒10定位，另一端通过定位垫块15轴向定位，碟簧导向套筒18通过法兰联接在左挂臂17上，碟簧16叠加分布于碟簧导向套筒18内，定位垫块15也安装在碟簧导向套筒18内，对碟簧16施加压力；所述锯齿丝杠副螺母11的另一端对称设置螺旋弹簧、轴承定位套筒、推力球轴承、定位垫块、碟簧和碟簧导向套筒；

锯齿丝杠副螺母11套在锯齿丝杠轴25上与其形成丝杠传动，锯齿丝杠轴25通过滚针轴承21和小滚针轴承14安装在左挂臂17和右挂臂23之间，其中滚针轴承21通过轴承定位端盖22进行轴向定位，小滚针轴承14通过轴端定位端盖12进行轴向定位，锯齿丝杠轴25一端设计成花键，用以限制丝杠轴的旋转，该花键通过花键导向套24导向，实现锯齿丝杠轴25的轴向平动，花键导向套24通过法兰联接在右挂臂23上；

所述限位组件包括悬杆13、固定螺母31、探杆32、极限开关33和安装支架34，悬杆13通过螺纹安装在锯齿丝杠轴25的另一端，探杆32通过两个固定螺母31安装在悬杆13上，极限开关33的数量为两个，该两个极限开关33设置在安装支架34上，探杆32位于两个极限开关33的中间，所述安装支架34通过螺钉固定在左挂臂17上。

所述测量组件包括承载螺钉26、拉压力传感器27和承压块28，承载螺钉26通过U型槽连接在锯齿丝杠轴25的花键端，承载螺钉26通过螺纹与拉压力传感器27相连接，拉压力传感器27通过螺钉与承压块28相连接。碟簧16的数量为六。

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

结合图1和图2，本发明滚珠丝杠副螺母轴向加载机构，包括驱动组件、加载组件、限位组件、测量组件以及数据处理模块；

驱动组件包括伺服电机30和减速机29、主动轴6、定位键4、主动齿轮5、定位套筒3、深沟球轴承7、密封端盖8、定位端盖1；加载组件包括锯齿丝杠副螺母11、锯齿丝杠轴25、轴承定位套筒10、螺旋弹簧9（防止推力球轴承散落）、推力球轴承20、定位垫块15、碟簧16和碟簧导向套筒18、滚针轴承21、小滚针轴承14、轴端定位端盖12、轴承定位端盖22和花键导向套24、左挂臂17、右挂臂23、直盖板19和圆盖板2；结合图3，限位组件包括悬杆13、固定螺母31、探杆32、极限开关33和安装支架34；测量组件包括承载螺钉26、拉压力传感器27和承压块28；数据处理模块经由拉压力传感器27将测得的拉压力数据传输到电脑中进行处理。

结合图3，本发明滚珠丝杠副螺母轴向加载机构中，所述限位组件各部分组成如下：悬杆13通过螺纹安装在锯齿丝杠轴25的另一端，探杆32通过两个固定螺母31安装在悬杆13上；极限开关33连接在安装支架34上，安装支架34通过螺钉固定在左挂臂17上。

结合图4，本发明滚珠丝杠副螺母轴向加载机构中，所述驱动组件各部分组成如下：伺服电机30与减速机29连接，减速机29通过键与主动轴6连接，主动轴6通过深沟球轴承7安装在左挂臂17和右挂臂23之间，深沟球轴承分别通过密封端盖8和定位端盖1进行轴向定位；主动齿轮5通过定位键4与主动轴6联接，并通过定位套筒3进行轴向定位。

结合图5，本发明滚珠丝杠副螺母轴向加载机构中，所述加载组件各部分组成如下：加载组件采用对称式结构，锯齿丝杠副螺母11外端设计成渐近线齿轮，与主动齿轮5啮合；轴承定位套筒10安装在锯齿丝杠副螺母11上，螺旋弹簧9安装在轴承定位套筒10外圆上，推力球轴承20安装在锯齿丝杠副螺母11上，一端通过轴承定位套筒10定位，另一端通过定位垫块15轴向定位，碟簧导向套筒18通过法兰联接在左挂臂17上，碟簧16六片叠加分布于碟簧导向套筒18内，定位垫块15也安装在碟簧导向套筒18内；锯齿丝杠轴25与锯齿丝杠副螺母11形成丝杠传动，锯齿丝杠轴25通过滚针轴承21和小滚针轴承14安装在左挂臂17和右挂臂23之间，滚针轴承21通过轴承定位端盖22进行轴向定位，小滚针轴承14通过轴端定位端盖12进行轴向定位，锯齿丝杠轴25一端设计成花键，以限制丝杠轴的旋转，并通过花键导向套24导向，实现锯齿丝杠轴25的轴向平动，花键导向套24通过法兰联接在右挂臂23上。

结合图6，本发明滚珠丝杠副螺母轴向加载机构中，所述测量组件各部分组成如下：锯齿丝杠轴25的联接端与承载螺钉26通过U型槽连接，承载螺钉26通过螺纹与拉压力传感器27连接，拉压力传感器27通过螺钉与承压块28连接。

两个直盖板19和圆盖板2通过螺钉固定在左挂臂17和右挂臂23的周围。

本发明在使用时，左挂臂17和右挂臂23通过工装与一个滚珠丝杠副螺母相连，承压块28通过工装与另一个滚珠丝杠副螺母相连，通过该机构的运动给螺母间施加所需的加载，可分为两种工作状态：提供拉力和压力。结合图1、2，当该机构提供拉力时，伺服电机30通过减速机29带动主动轴6旋转，主动轴6带动主动齿轮5旋转，主动齿轮5与锯齿丝杠副螺母11啮合，带动锯齿丝杠副螺母11转动；锯齿丝杠副螺母11带动锯齿丝杠轴25向左轴向平动，消除锯齿丝杠轴25与承载螺钉26之间的间隙；当间隙消除后，锯齿丝杠轴25向左轴向平动受阻，锯齿丝杠副螺母11在主动齿轮5的带动下开始向右轴向平动，克服螺旋弹簧9的弹力，通过定向垫块15对碟簧16产生作用力，使得碟簧16发生变形；碟簧16变形所受到的压力就是锯齿丝杠副螺母11产生的轴向力，也就是锯齿丝杠轴2产生的轴向拉力，该拉力通过承载螺钉26反应到拉压力传感器27，通过数据采集，可实时地监测该机构产生的拉力。当该机构提供压力时，伺服电机30反向转动，通过减速机29带动主动轴6旋转，主动轴6带动主动齿轮5旋转，主动齿轮5与锯齿丝杠副螺母11啮合，带动锯齿丝杠副螺母11转动；锯齿丝杠副螺母11带动锯齿丝杠轴25向右轴向平动，消除锯齿丝杠轴25与承载螺钉26之间的间隙；当间隙消除后，锯齿丝杠轴25向右轴向平动受阻，锯齿丝杠副螺母11在主动齿轮5的带动下开始向左轴向平动，克服螺旋弹簧9的弹力，通过定向垫块15对碟簧16产生作用力，使得碟簧16发生变形；碟簧16变形所受到的压力就是锯齿丝杠副螺母11产生的轴向力，也就是锯齿丝杠轴2产生的轴向拉力，该拉力通过承载螺钉26反应到拉压力传感器27，通过数据采集，可实时地监测该机构产生的拉力。

由上可知，本发明的装置可以很好的对滚珠丝杠副进行纵向加载，可达到较大的加载力，安装方便。

Claims (3)

1.一种滚珠丝杠副螺母轴向加载机构，其特征在于，包括驱动组件、加载组件、限位组件、测量组件；

所述驱动组件包括伺服电机(30)和减速机(29)、主动轴(6)、定位键(4)、主动齿轮(5)、定位套筒(3)、深沟球轴承(7)、密封端盖(8)、定位端盖(1)；伺服电机(30)的输出轴与减速机(29)连接，减速机(29)的输出轴通过键与主动轴(6)相连接，主动轴(6)通过深沟球轴承(7)安装在加载组件左挂臂(17)和右挂臂(23)之间，深沟球轴承(7)分别通过密封端盖(8)和定位端盖(1)进行轴向定位，主动轴(6)上通过定位键(4)固连主动齿轮(5)，该主动齿轮(5)通过定位套筒(3)进行轴向定位；

所述加载组件包括锯齿丝杠副螺母(11)、锯齿丝杠轴(25)、轴承定位套筒(10)、螺旋弹簧(9)、推力球轴承(20)、定位垫块(15)、碟簧(16)、碟簧导向套筒(18)、滚针轴承(21)、小滚针轴承(14)、轴端定位端盖(12)、轴承定位端盖(22)、花键导向套(24)、左挂臂(17)、右挂臂(23)、直盖板(19)和圆盖板(2)；

上述锯齿丝杠副螺母(11)外表面为渐近线齿轮，该渐近线齿轮与主动齿轮(5)相啮合，轴承定位套筒(10)套在锯齿丝杠副螺母(11)的一端，轴承定位套筒(10)的外圆上设置螺旋弹簧(9)，锯齿丝杠副螺母(11)该端上还套有推力球轴承(20)，所述推力球轴承(20)的一端通过轴承定位套筒(10)定位，另一端通过定位垫块(15)轴向定位，碟簧导向套筒(18)通过法兰联接在左挂臂(17)上，碟簧(16)叠加分布于碟簧导向套筒(18)内，定位垫块(15)也安装在碟簧导向套筒(18)内，对碟簧(16)施加压力；所述锯齿丝杠副螺母(11)的另一端对称设置螺旋弹簧、轴承定位套筒、推力球轴承、定位垫块、碟簧和碟簧导向套筒；

锯齿丝杠副螺母(11)套在锯齿丝杠轴(25)上与其形成丝杠传动，锯齿丝杠轴(25)通过滚针轴承(21)和小滚针轴承(14)安装在左挂臂(17)和右挂臂(23)之间，其中滚针轴承(21)通过轴承定位端盖(22)进行轴向定位，小滚针轴承(14)通过轴端定位端盖(12)进行轴向定位，锯齿丝杠轴(25)一端设计成花键，用以限制丝杠轴的旋转，该花键通过花键导向套(24)导向，实现锯齿丝杠轴(25)的轴向平动，花键导向套(24)通过法兰联接在右挂臂(23)上；所述限位组件包括悬杆(13)、固定螺母(31)、探杆(32)、极限开关(33)和安装支架(34)，悬杆(13)通过螺纹安装在锯齿丝杠轴(25)的另一端，探杆(32)通过两个固定螺母(31)安装在悬杆(13)上，极限开关(33)的数量为两个，该两个极限开关(33)设置在安装支架(34)上，探杆(32)位于两个极限开关(33)的中间，所述安装支架(34)通过螺钉固定在左挂臂(17)上。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠副螺母轴向加载机构，其特征在于，所述测量组件包括承载螺钉(26)、拉压力传感器(27)和承压块(28)，承载螺钉(26)通过U型槽连接在锯齿丝杠轴(25)的花键端，承载螺钉(26)通过螺纹与拉压力传感器(27)相连接，拉压力传感器(27)通过螺钉与承压块(28)相连接。

3.根据权利要求1或2所述的滚珠丝杠副螺母轴向加载机构，其特征在于，碟簧(16)的数量为六。