CN103344422B - 滚珠与滚道结合面特性的测试装置 - Google Patents

Abstract

滚珠与滚道结合面特性的测试装置，包括两个少半圆柱形的滚道相互垂直放置，滚道内放置滚珠，滚道设置在试件上，试件与位移传感器、力传感器连接。试件包括上试件和下试件，上、下试件均为圆柱形且同轴设置，两个少半圆柱形的滚道分别设置在上试件和下试件的中间位置，位移传感器和力传感器与上试件连接。本发明通过两个滚道相互垂直放置对滚珠活动进行约束，解决了滚珠在测试过程中难以定位问题，从而可以获取滚珠与滚道之间结合面特性数据。本发明不仅可以为导轨结合部特性解析提供依据，而且对考核滚珠与滚道之间所形成结合面特性模型的正确性具有重要意义。

Description

滚珠与滚道结合面特性的测试装置

技术领域

本发明属于机械设计制造技术领域，具体涉及一种滚珠与滚道结合面特性的测试装置。

背景技术

滚动直线导轨副是在导轨块与导轨条（支承导轨）之间放置滚动体（滚珠或滚柱），从而实现导轨块与导轨条之间极低（滚动）摩擦传动，因此滚动直线导轨副广泛应用于数控机床、机器人等数控装备中，是数控装备中运动部件实现低摩擦进给的主要功能部件。导轨块与导轨条之间部分称为滚动直线导轨副结合部。滚动直线导轨副结合部刚度直接影响着机床整机结构静、动态性能。影响滚动直线导轨副结合部刚度的因素较多，其中滚动体（滚珠或滚柱）与滚道（导轨块滚道、导轨条滚道）之间所形成的滚动体与滚道结合面特性影响最大。为了建立滚动直线导轨副结合部刚度特性模型，从理论上揭示滚动直线导轨副特性的变化规律，需要研究滚动体与滚道之间所形成的结合面特性。通常情况下是基于赫兹接触理论建立滚珠与滚道之间的接触模型，需要做许多简化处理和等效假设，使得理论解析与实际结果存在较大差距。因此，对一个滚动体与滚道之间所形成结合面特性单独进行实验研究，不仅可以为导轨结合部特性解析提供依据，而且对考核一个滚动体与滚道之间所形成结合面接触特性模型的正确性具有重要意义。

当滚动体为滚柱时，其滚道是平面，两者为线接触，比较容易做实验；而当滚动体为滚珠时，其滚道为圆柱面，而且滚道的半径一般要大于滚珠的半径，滚珠与滚道的理论接触是一个点，无论怎样加载荷，都无法保证滚珠与滚道之间稳定接触，因此，滚珠与滚道组成的结合面的接触特性测试较为困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种滚珠与滚道结合面特性的测试装置，解决现有技术存在的滚珠与滚道组成的结合面的接触特性测试困难的问题。

本发明的技术方案是，滚珠与滚道结合面特性的测试装置，包括在上、下试件,上、下试件上各设置有少半圆柱形滚道相互垂直放置，两个少半圆柱形滚道之间放置滚珠，上试件与位移传感器、力传感器连接。

本发明的特点还在于：

上、下试件为圆柱型且同轴设置，两个少半圆柱形滚道分别设置在上试件和下试件的中间位置。

上试件上方设有加载套筒，加载套筒内同轴设有加载螺杆和导向杆，加载螺杆与导向杆之间设有推力轴承，力传感器设置在导向杆与上试件之间；加载螺杆、推力轴承、导向杆和力传感器内孔设有激振杆，激振杆与上试件连接。

下试件设置在底座上，底座设置在桥式箱体上，且通过桥式箱体下端定位孔定位，底座与桥式箱体下端定位孔同轴；上试件与桥式箱体上端定位孔同轴；加载套筒同轴固定在桥式箱体的上端定位孔中。

下试件通过底座上的盲孔定位，下试件与底座、桥式箱体下端定位孔同轴。

桥式箱体的上、下两端有同轴定位孔，通过桥式箱体下端定位孔使下试件与下端定位孔同轴，通过桥式箱体上端定位孔使上试件与上端定位孔同轴，上试件与下试件同轴。

加载螺杆与加载套筒内螺纹配合。

本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用两个少半圆柱形滚道相互垂直对滚珠活动进行约束，上、下试件均为圆柱型且同轴设置，可保证滚珠与上、下试件同轴，从而使得加载力通过球心，并确保测试过程在稳定状态下进行。

2、本发明滚珠与滚道结合面特性的测试装置，不仅可以测试出滚珠与滚道组成结合面的静态载荷与变形之间的变化规律，从而获得其静刚度特性，而且可以测试出不同预载荷条件下在不同激振频率、激振幅值下的结合面动刚度、阻尼变化规律。

3、本发明解决了滚珠在测试过程中难以定位的问题，从而可以获取滚珠与滚道之间结合面特性数据。不仅为导轨结合部特性解析提供依据，而且对考核滚珠与滚道之间所形成结合面特性模型的正确性具有重要意义。

附图说明

图1为本发明滚珠与滚道结合面特性的测试装置的下试件结构示意图；

图2为本发明滚珠与滚道结合面特性的测试装置的上试件结构示意图；

图3是本发明滚珠与滚道结合面特性的测试装置结构示意图；

图中，1.桥式箱体，2.底座，3.下试件，4.位移传感器，5.滚珠，6.上试件，7.力传感器，8.导向杆，9.推力轴承，10.加载套筒，11.激振杆，12.加载螺杆，A.下试件上的滚道，B.上试件上的滚道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

滚珠与滚道结合面特性的测试装置，包括上试件6和下试件3，上试件6和下试件3上各设置有少半圆柱形滚道，上试件6和下试件3上的少半圆柱形滚道相互垂直放置，上试件6和下试件3的少半圆柱形滚道之间放置滚珠5，滚道通过上试件6与位移传感器4、力传感器7连接。

上试件6、下试件3为圆柱型且同轴设置。少半圆柱形滚道设置在上试件6和下试件3的中间位置，两边对称。

上试件6上方设有加载套筒10，加载套筒10内同轴设有加载螺杆12和导向杆8，加载螺杆12与导向杆8之间设有推力轴承9，力传感器7设置在导向杆8与上试件6之间；加载螺杆12、推力轴承9、导向杆8和力传感器7内孔设有激振杆11，激振杆11与上试件6连接。

下试件3设置在底座2上，底座2设置在桥式箱体1上，且通过桥式箱体1下端定位孔定位，底座2与桥式箱体1下端定位孔同轴。

下试件3与底座2同轴，且通过底座2上的盲孔定位。

加载套筒10同轴固定在桥式箱体1的上端定位孔中。

加载螺杆12与加载套筒10内螺纹配合。

上试件6上的滚道B与下试件3上的滚道A相互垂直，上试件6上的滚道B与下试件3上的滚道A之间压紧滚珠5，形成滚珠5与滚道的结合面，由于上试件6上的滚道B与下试件3滚道A相互垂直，因此滚珠5在两条少半圆柱形滚道的约束下不会滑脱，保证在加载过程中处于稳定状态。

加载套筒10固定在桥式箱体1的上端定位孔中，保持与该孔同轴；加载螺杆12与加载套筒10内螺纹配合，向下拧紧加载螺杆12，通过推力轴承9、导向杆8、力传感器7及上试件6实现向滚道A、B及滚珠5所组成的滚道与滚珠结合面加载。由于导向杆8通过加载套筒10内部的导向孔导向、定位，而力传感器7通过其内孔与导向杆8、上试件6相互定位，这样就保证了上试件6与桥式箱体1的上端定位孔同轴；由于桥式箱体1的上端定位孔与其下端定位孔为同轴孔，因此通过上述定位关系保证了上试件6与下试件3为同轴，由于上试件6的滚道B及下试件3滚道A之间相互垂直，且分别设置在上试件6和下试件3的中间位置，通过其约束保证滚珠5与桥式箱体1的上、下定位孔同轴，从而使所加载荷通过滚珠5球心，保证在加载过程中滚珠与滚道之间处于相对稳定状态，从而保证实验过程的顺利进行。

在上试件6上设置了非接触式位移传感器4，通过该位移传感器4可以测试出上试件6相对下试件3的位移量，代表滚珠5与滚的道结合面变形大小；通过力传感器7可以测试出所加载荷的大小。将不同载荷下的位移量绘制成“载荷—位移”关系曲线，再拟合成函数，通过对该函数求导即可得到滚珠5与滚道之间所组成结合面的静刚度变化规律。

激振杆11穿过加载螺栓12、推力轴承9、导向杆8、力传感器7上的内孔，与上试件6相连接，直接将激振力施加给上试件6；通过力传感器7可以检测出所施加的预加载荷大小，同时也可以测试施加给上试件6的动态激振力大小，通过非接触式位移传感器4可以检测上试件6相对下试件3的振动幅值，这样就可以测试出在不同激振力、激振频率、激振幅值下的滚珠5与滚道之间所组成结合面的动刚度及阻尼的变化规律。

本发明将上试件6滚道B与下试件3滚道A相互垂直放置，可以约束滚珠5，使其与上试件6、下试件3同轴，保证所加载荷通过滚珠5球心，施加在滚珠与滚道结合面的法向方向。

本发明通过更换不同上试件6上滚道B尺寸及不同下试件3上滚道A尺寸、滚珠4尺寸规格，就可以测试不同配对条件下滚珠5与滚道所组成结合面的静刚度、动刚度及阻尼的变化规律。

Claims (2)

1.滚珠与滚道结合面特性的测试装置，其特征在于：

包括上试件(6)和下试件(3)，上试件(6)下表面与下试件(3)上表面分别设置有一个少半圆柱形滚道，并且上试件(6)下表面的少半圆柱形滚道与下试件(3)上表面的少半圆柱形滚道相互垂直，两个少半圆柱形滚道之间放置滚珠(5)，所述上试件(6)与位移传感器(4)、力传感器(7)连接；

所述上试件(6)和下试件(3)为圆柱型且同轴设置，两个少半圆柱形滚道分别设置在上试件(6)和下试件(3)的中间位置；

所述上试件(6)上设有加载套筒(10)，所述加载套筒(10)内同轴设有加载螺杆(12)和导向杆(8)，所述加载螺杆(12)与导向杆(8)之间设有推力轴承(9)，所述力传感器(7)设置在导向杆(8)与上试件(6)之间，所述加载螺杆(12)、推力轴承(9)、导向杆(8)和力传感器(7)的内孔设有激振杆(11)，所述激振杆(11)与上试件(6)连接；

所述下试件(6)设置在底座(2)上，所述底座(2)设置在桥式箱体(1)上，且通过桥式箱体(1)下端定位孔定位，所述底座(2)与桥式箱体(1)下端定位孔同轴；所述上试件(6)与桥式箱体(1)上端定位孔同轴；所述加载套筒(10)同轴固定在桥式箱体(1)的上端定位孔中；

所述下试件(3)通过底座(2)上的盲孔定位，下试件(3)与底座(2)同轴；下试件(3)与桥式箱体(1)下端定位孔同轴；

所述桥式箱体(1)的上、下两端有同轴定位孔，通过桥式箱体(1)下端定位孔使下试件(3)与下端定位孔同轴，通过桥式箱体(1)上端定位孔使上试件(3)与上端定位孔同轴，上试件(6)与下试件(3)同轴。

2.如权利要求1所述的滚珠与滚道结合面特性的测试装置，其特征在于：所述加载螺杆(12)与加载套筒(10)内螺纹配合。