CN103822784B - 滚珠丝杠副摩擦力矩加速退化试验装置与方法 - Google Patents
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Abstract
滚珠丝杠副摩擦力矩加速退化试验装置与方法，属于滚珠丝杠副检测技术领域。滚珠丝杠副与滑板的联接采用双侧可换主副螺母式结构。试验状态下，滚珠丝杠副通过主螺母驱动滑板往复运动，副螺母采用限位杆限制其转动，加载气缸对滑板加载试验。测试状态下，滚珠丝杠副通过副螺母驱动滑板往复运动，主螺母通过测力杆联接安装在滑板上的拉压力传感器准确获得主螺母与丝杠间的摩擦力矩。加速退化试验过程中，轴向加载气缸对滚珠丝杠副进行轴向步进加速加载。通过在短时间加速试验中获得的滚珠丝杠副摩擦力矩数据可对滚珠丝杠副摩擦力矩退化过程建模，以较短的时间和较少的成本预测滚珠丝杠副性能退化寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种滚珠丝杠副摩擦力矩加速退化试验装置与方法，属于滚珠丝杠副检测技术领域。
背景技术
滚珠丝杠副是数控机床进给系统的主要功能部件，其精度性能决定了数控机床进给系统精度。为了保证滚珠丝杠副传动精度，一般都采用预紧式滚珠丝杠副。随滚珠丝杠副实际工作过程，运动部件摩擦磨损会导致预紧力丧失，摩擦力矩也会随之变化，因此滚珠丝杠副的传动精度与其摩擦力矩息息相关。国内滚珠丝杠制造企业和相关研究单位对滚珠丝杠副已经做了很多研究，一般多是对滚珠丝杆副摩擦力矩如何精密测量进行研究，没有对摩擦力矩随滚珠丝杠副运行过程中滚道磨损等原因导致的退化过程进行试验研究，究其原因是丝杠副摩擦力矩变化过程是一个缓变过程。本专利提出利用加速退化试验原理设计滚珠丝杠副摩擦力矩加速退化试验装置，能够在较短的时间内模拟实际工况负载下滚珠丝杠副摩擦力矩退化过程，并通过设计在线测量装置获取摩擦力矩退化数据，以用于研究滚珠丝杠副摩擦力矩退化规律和原因，并可用于预测滚珠丝杠副精度寿命。
发明内容
为了克服在较短时间获取模拟实际工况的滚珠丝杠副摩擦力矩退化规律，本发明提供了一种滚珠丝杠副摩擦力矩加速试验装置与方法。
本发明所采用的技术方案是：一种滚珠丝杠副摩擦力矩加速退化试验装置，其特征在于，包括底座（1）、交流伺服电机（2）、滚珠丝杠副（5）、滑板（6）、加载支架（8）、加载气缸（9）、主螺母座（11）、限位杆（12）、测力杆（13）、拉压力传感器（14）、副螺母座（15），底座（1）上交流伺服电机（2）通过联轴器（4）与滚珠丝杠副（5）的丝杠连接，滚珠丝杠副（5）与滑板（6）的联接采用双端可换主副螺母式结构，滚珠丝杠副（5）能够通过主螺母驱动滑板（6）往复运动，主螺母座位于滑板（6）一端的下面与滚珠丝杠副（5）的主螺母配合，副螺母座位于滑板（6）的另一端的下面与滚珠丝杠副（5）的副螺母配合，主螺母座紧固在滑板（6）上滑板（6）与滚珠丝杠副（5）的丝杠平行，滑板（6）的两端的设有主副螺母座可与滚珠丝杠副（5）上的主副螺母配合，加载支架（8）与底座（1）固定在一起，加载气缸（9）的汽缸与加载支架（8）固定，加载气缸（9）的活塞通过加载作用块与滑板（6）固定；限位杆（12）一端紧固在副螺母法兰盘上，另一端可卡在滑板（6）的设置的限位槽中；滚珠丝杠副（5）的丝杠由前后支座支撑，滑板（6）上设有拉压力传感器（14）。
采用上述装置进行加速试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)试验状态下，滚珠丝杠副（5）通过主螺母驱动滑板（6）往复运动，主螺母座紧固在滑板（6）上，拆下副螺母座（15），副螺母由限位杆（12）限制其转动，限位杆（12）一端紧固在副螺母法兰盘上，一端卡在滑板（6）的限位槽中；加载气缸（9）对滑板（6）进行与主螺母运行能够相反的轴向步进加载；
(2)测试状态下，在加载气缸（9）无加载情况下，滚珠丝杠副（5）通过副螺母驱动滑板（6）往复运动，副螺母座（15）紧固在滑板（6）上，拆下主螺母座（11），主螺母通过测力杆（13）联接安装在滑板（6）上的拉压力传感器（14）准确获得主螺母与丝杠间的摩擦力矩。
步骤（1）设计加载气缸（9）轴向加载力高于实际滚珠丝杠副工况负载，具体可选用被测试滚珠丝杠副额定动载荷10%到70%间的几个负载水平进行步进加速退化试验，通过利用在短时间内加速试验中获得的摩擦力矩数据建立预测模型，预测滚珠丝杠副性能退化寿命。
整个加速退化试验过程中，采用等时间间隔的监测方式，将试验装置设置为测试状态下，即在无负载情况下用副螺母驱动工作台运动，同时测量滚珠丝杠副摩擦力矩，并将测试数据记录下来。
滚珠丝杠副（5）与滑板（6）的联接采用双侧可换主副螺母式结构，实现滚珠丝杠副摩擦力矩的加速退化试验和在线测量。
一种利用所述的滚珠丝杠副摩擦力矩加速退化试验装置的试验方法：采用加速性能退化试验方法，在加速退化试验过程中，加载气缸（9）对滚珠丝杠副进行通过在短时间加速试验中获得的滚珠丝杠副摩擦力矩数据可对滚珠丝杠副摩擦力矩退化过程建模，以较短的时间和较少的成本预测滚珠丝杠副性能退化寿命。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）本发明装置滚珠丝杠副与滑板之间采用双侧可换主副螺母方式实现了负载试验与摩擦力矩的在线测量，操作方便。该测试装置相比较原有摩擦力矩测装置更加简便，也更加符合工况实际，测试结果能够准确反映滚珠丝杠副实际运行状态下的真实摩擦力矩。
2）本发明装置采用模拟实际工况负载的加载方式，并利用加速性能退化试验原理快速测评滚珠丝杠副摩擦力矩退化规律，预测滚珠丝杠副性能退寿命。该方法可缩短试验时间，降低试验成本，为滚珠丝杠副性能退化寿命研究提供了一种可行的技术手段。
附图说明
图1为本发明装置的总体结构示意图。
图2为本发明装置在试验模式下的结构示意图；
其中左图：滑板前端主螺母联接处剖视图，右图：滑板后端副螺母联接处剖视图；
图3为本发明装置在测量模式下的结构示意图；
其中左图：滑板前端主螺母联接处剖视图，右图：滑板后端副螺母联接处剖视图；
附图中：1底座、2交流伺服电机、3前支座、4联轴器、5滚珠丝杠副、6滑板、7加载作用块、8加载支架、9加载气缸、10后支座、11主螺母座、12限位杆、13测力杆、14拉压力传感器、15副螺母座。
具体实施方式
结合附图对本发明装置和试验方法进行说明，如图2所示为试验状态下，滚珠丝杠副（5）通过主螺母驱动滑板（6）往复运动，主螺母座紧固在滑板（6）上，拆下副螺母座（15），副螺母由限位杆（12）限制其转动，限位杆（12）一端紧固在副螺母法兰盘上，一端卡在滑板（6）的限位槽中。加载气缸（9）安装在加载支架（8）上对滑板（6）加载，加载支架（8）紧固在底座（1）上。
如图3所示为测量状态下，滚珠丝杠副（5）通过副螺母驱动滑板（6）往复运动，副螺母座（15）紧固在滑板（6）上，拆下主螺母座（11），主螺母通过测力杆（13）联接安装在滑板（6）上的拉压力传感器（14）准确获得主螺母与丝杠间的摩擦力矩。
采用加速性能退化试验方法，对滚珠丝杠副（5）进行轴向加载，模拟实际工况，设计轴向加载力高于实际滚珠丝杠副工况负载，具体可选用被测试滚珠丝杠副额定动载荷10%到70%间的几个负载水平进行步进加速退化试验，通过利用在短时间内加速试验中获得的摩擦力矩数据建立预测模型，预测滚珠丝杠副性能退化寿命。
具体实施步骤如下：
步骤1：设定滚珠丝杠副轴向载荷的加速应力水平为3个，在滚珠丝杠副最大额定动载荷10%到70%间选取，均高于滚珠丝杠副正常使用时的负载，即最大额定动载荷10%。
步骤2：将待测试滚珠丝杠副安装在试验台上，将试验装置设置为加载试验状态下，设定滚珠丝杠副运动速度等控制参数，同时设定气缸气压以调节滚珠丝杠副轴向负载，对滚珠丝杠副由大到小依次施加步骤1确定的加速应力水平。每个加速应力水平对应的截尾时间，即丝杠副运行里程按先长后短的原则进行设置。
步骤3：整个加速退化试验过程中，采用等时间间隔的监测方式，将试验装置设置为测试状态下，即在无负载情况下用副螺母驱动工作台运动，同时测量滚珠丝杠副摩擦力矩，并将测试数据记录下来。
步骤4：利用加速退化试验原理，对记录的滚珠丝杠副整个试验过程中的摩擦力矩监测数据进行处理分析，建立滚珠丝杠副摩擦力矩退化模型，预测滚珠丝杠副的性能退化寿命。
Claims (4)
1.一种滚珠丝杠副摩擦力矩加速退化试验装置，其特征在于，包括底座(1)、交流伺服电机(2)、滚珠丝杠副(5)、滑板(6)、加载支架(8)、加载气缸(9)、主螺母座(11)、限位杆(12)、测力杆(13)、拉压力传感器(14)、副螺母座(15)，底座(1)上交流伺服电机(2)通过联轴器(4)与滚珠丝杠副(5)的丝杠连接，滚珠丝杠副(5)与滑板(6)的联接采用双端可换主副螺母式结构，滚珠丝杠副(5)能够通过主螺母驱动滑板(6)往复运动，主螺母座位于滑板(6)一端的下面与滚珠丝杠副(5)的主螺母配合，副螺母座位于滑板(6)的另一端的下面与滚珠丝杠副(5)的副螺母配合，主螺母座紧固在滑板(6)上，滑板(6)与滚珠丝杠副(5)的丝杠平行，滑板(6)的两端设有可与滚珠丝杠副(5)上的主副螺母配合的主副螺母座，加载支架(8)与底座(1)固定在一起，加载气缸(9)的气缸与加载支架(8)固定，加载气缸(9)的活塞通过加载作用块与滑板(6)固定；限位杆(12)一端紧固在副螺母法兰盘上，另一端可卡在滑板(6)设置的限位槽中；滚珠丝杠副(5)的丝杠由前后支座支撑，滑板(6)上设有拉压力传感器(14)。
2.采用权利要求1所述的装置进行加速退化试验的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)试验状态下，滚珠丝杠副(5)通过主螺母驱动滑板(6)往复运动，主螺母座紧固在滑板(6)上，拆下副螺母座(15)，副螺母由限位杆(12)限制其转动，限位杆(12)一端紧固在副螺母法兰盘上，一端卡在滑板(6)的限位槽中；加载气缸(9)对滑板(6)进行加载与主螺母运行相反的轴向步进；
(2)测试状态下，在加载气缸(9)无加载情况下，滚珠丝杠副(5)通过副螺母驱动滑板(6)往复运动，副螺母座(15)紧固在滑板(6)上，拆下主螺母座(11)，主螺母通过测力杆(13)联接安装在滑板(6)上的拉压力传感器(14)准确获得主螺母与丝杠间的摩擦力矩。
3.根据权利要求2所述的进行加速退化试验的方法，其特征在于，步骤(1)设计加载气缸(9)轴向加载力高于实际滚珠丝杠副工况负载，选用被测试滚珠丝杠副额定动载荷10％到70％间的几个负载水平进行步进加速退化试验。
4.根据权利要求2所述的进行加速退化试验的方法，其特征在于，整个加速退化试验过程中，采用等时间间隔的监测方式，将试验装置设置为测试状态下，即在无负载情况下用副螺母驱动工作台运动，同时测量滚珠丝杠副摩擦力矩，并将测试数据记录下来。
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