CN104833489A - 一种液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台 - Google Patents
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Abstract
一种液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台，包括有安装台（1）、支座（2）、滑动轴承座（3）、轴承瓦（4）、角度行程开关（5）、转轴（6）、锁紧轴套座（7）、锁紧轴套（8）、压力表（9）、第一平键（10）、第一弹性联轴器（11）、第二平键（12）、扭矩传感器（13）、第三平键（14）、第二弹性联轴器（15）、第四平键（16）、液压马达（17）、马达支架（18）、螺栓（19）、电控柜（20）、螺栓（21）、调整螺栓（22）、进油口（A）、进油口（B）。本发明用于测试液压锁紧轴套的抱紧扭矩、磨损率、疲劳寿命和可靠性，具有结构简单、测量范围广和一次安装可以测量多种锁紧轴套性能和可靠性参数的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种五轴联动机床关键部件的试验平台，特别涉及一种用于测试液压锁紧轴套的抱紧扭矩、磨损率、疲劳寿命和可靠性的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台。
背景技术
五轴联动数控机床是由三个直线进给轴和两个旋转进给轴组成，在有些加工工况下需要将旋转进给轴定位并锁紧，目前常借助双联齿盘或三联齿盘来完成该动作，但是齿盘用齿分度，不能在任意位置实现定位和锁紧。
中国发明专利201210524938.4提出用液压锁紧轴套对缓慢运动的液压缸活塞轴进行定位和锁紧。其原理是：轴套由弹性较好的金属材料制成，空套在轴上，两者之间留有微小的间隙，轴套与轴套座固定连接，轴套外圆面与轴套座内孔面之间形成液压腔，液压腔内不通高压油时，由于轴套与轴之间有微小间隙，因此轴可相对轴套滑动，但是两者之间也有一定的摩擦力，一旦液压腔内通入高压油，轴套发生弹性变形，将轴抱紧。
为拓展上述专利的使用范围，用上述轴套方案抱紧机床的摆(转)动进给轴，实现机床进给轴在任意角度的定位和锁紧。设计液压锁紧轴套的关键在于较精确的计算出抱紧扭矩。抱紧扭矩不仅与液压油的压力相关，还与轴套结构尺寸(直径、长度、壁厚)、加工质量(表面粗糙度、同轴度、配合间隙)等因素密切相关，因此必须有大量的试验数据再辅以精确的数学计算才能较精确地设计出抱紧扭矩。此外，轴与轴套相对运动产生摩擦和磨损，频繁地抱紧松开动作容易使轴套发生疲劳裂纹，轴套的使用寿命和可靠性也需要试验来验证。为此有必要发明液压锁紧轴套的性能和可靠性试验平台。
发明内容
本发明的目的就在于解决现有技术存在的问题，提供一种液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台。这种液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台包括有安装台、支座、滑动轴承座、轴承瓦、角度行程开关、转轴、锁紧轴套座、锁紧轴套、压力表、弹性联轴器、扭矩传感器、液压马达、马达支架等，用于测试锁紧扭矩的大小、有效锁紧的次数、轴与液压锁紧轴套的磨损量与时间的关系以及磨损量与锁紧扭矩的关系，所测试的锁紧扭矩为摩擦扭矩，与所测试轴的直径、工作压力、锁紧的长度、轴与轴套的摩擦系数密切相关，轴与液压锁紧轴套之间为间隙配合，相同的工况下，不同的配合间隙所产生的摩擦扭矩有很大的差别，配合间隙是这个试验平台设计的核心与难点。
本发明给出的技术方案：一种液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台，包括：安装台1、支座2、滑动轴承座3、轴承瓦4、角度行程开关5、转轴6、锁紧轴套座7、锁紧轴套8、压力表9、第一平键10、第一弹性联轴器11、第二平键12、扭矩传感器13、第三平键14、第二弹性联轴器15、第四平键16、液压马达17、马达支架18、螺栓19、电控柜20、螺栓21、调整螺栓22、进油口A、进油口B，其中。
支座2和马达支架18分别通过螺栓21和螺栓19固定在安装台1上。
滑动轴承座3安装在支座2上。
锁紧轴套8和压力表9安装在锁紧轴套座7上，锁紧轴套座7安装在支座2上，并通过调整螺栓22调节位置并固定。
转轴6穿过锁紧轴套8并通过轴承瓦4安装在滑动轴承座3上，角度行程开关5安装在转轴的左端。
扭矩传感器13的左端通过第一平键10、第一弹性联轴器11、第二平键12、与转轴6的右端相连，扭矩传感器,13的右端通过第三平键14、第二弹性联轴器15、第四平键16与液压马达17的输出轴相连。
液压马达17安装在马达支架18上。
所述的支座包括有支座底板201、轴承座支撑板202、轴承座安装板203、锁紧轴套座固定板204、锁紧轴套座支撑块205，各部分通过焊接构成一体结构。在支座底板201的长边上设有“U”形的开口，轴承座安装板203上设有沿转轴6轴向的长条孔，锁紧轴套座固定板204上设有螺纹孔。
所述的滑动轴承座包括有轴承座上盖31、轴承座底座32、螺柱33、螺母34、螺栓35、螺母36。其中，轴承瓦4安装在轴承座底座32的内孔面中，合上轴承座上盖31，并用螺柱33、螺母34将其锁紧；轴承座底座32通过螺栓35、螺母36和轴承座安装板203上的长条孔固定在支座2上，并可以通过长条孔调整滑动轴承座3的位置。
所述的锁紧轴套8为套状结构，在外表面上设有凹形槽，并在一端设有带沉头孔的法兰，圆柱头螺钉81穿过锁紧轴套8法兰上的沉头孔，将锁紧轴套8固定在锁紧轴套座7上；在锁紧轴套座7的内孔表面也设有凹形槽，与锁紧轴套8上的凹形槽配合，构成油腔P；在锁紧轴套8的外表面与锁紧轴套座7内孔面相接触区域还安装有密封圈82。
所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台采用角度行程开关5来检测转轴6是否发生转动。
所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台的压力表9直接安装在锁紧轴套座的进回油口处，避免了过长的液压油管带来的压力损失，所测得油腔内的工作压力更为准确。
所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台通过四组调整螺栓22与锁紧螺母23来实现对液压锁紧轴套座7水平方向位置的调整，通过调节垫片24的厚度实现对液压锁紧轴套座7竖直方向位置的调整，保证锁紧轴套8相对于转轴6的同轴度。
所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台在转轴6与锁紧轴套8之间增设一个尺寸调节轴套25，该轴套材料根据试验要求而定，通过平键26（或花键）连接。
所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台的锁紧轴套座7为可拆卸式结构，在对其他型号的液压锁紧轴套进行试验时，只需更换相应的锁紧轴套8、轴套座7，以及尺寸调节轴套25。
所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台通过向液压油腔P中通入一定压力液压油，使锁紧轴套8抱紧转轴6；然后通过液压马达17均匀地增加扭矩，当被锁紧轴套8锁紧的转轴6发生转动时，此时通过扭矩传感器13所测得扭矩，即为锁紧轴套8在该压力下的最大锁紧扭矩。
所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台通过液压马达17以一定转速驱动转轴6，然后使锁紧轴套8反复的进行锁紧转轴6、松开转轴6的动作，直到锁紧轴套8产生疲劳裂纹为止。通过测量锁紧轴套8锁紧松开的次数可以得到在该转速下，锁紧轴套的有效锁紧次数；通过精密测量试验前后锁紧轴套的质量和该转速下的锁紧扭矩，可得出锁紧轴套的摩擦磨损与锁紧扭矩的关系。
所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台在油腔P空载情况下，通过液压马达17使转轴6以一定的速度旋转，旋转一定时间后，通过精密测量试验前后锁紧轴套的质量，可得出锁紧轴套的摩擦磨损与时间的关系。
所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台通过扭矩传感器13和压力表9，直接读取扭矩值和压力值。
与现有技术相比，本发明的有益效果是。
（1）测试用转轴采用液压马达驱动，避免使用电机作为驱动所产的因过载而烧毁电机的现象。
（2）扭矩传感器与转轴、液压马达之间采用弹性联轴器和平键联结，联结更为可靠，可避免因扭矩过大而产生打滑的现象。
（3）在转轴尺寸一定的情况下，通过更换不同尺寸调节轴套、锁紧轴套和最佳状态座，即可实现不同型号锁紧轴套的测试试验，灵活性高。
（4）该试验装置结构简单，测量范围广，一次安装可以测量多种锁紧轴套性能和可靠性参数。
（5）通过扭矩传感器和压力表，能够很方便的测量扭矩值和压力值。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图。
图2为本发明中支座的主视图。
图3为本发明中支座的俯视图。
图4为图2中支座的A-A截面图。
图5为图1中的D向视图。
图6为图1的俯视图。
图7为图1的B向视图。
图8为图1中的局部放大图A。
图9为对轴套试验结构进行的改进示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
图1为本发明的总体结构示意图，这种液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台包括有安装台1、支座2、滑动轴承座3、轴承瓦4、角度行程开关5、转轴6、锁紧轴套座7、锁紧轴套8、压力表9、第一平键10、第一弹性联轴器11、第二平键12、扭矩传感器13、第三平键14、第二弹性联轴器15、第四平键16、液压马达17、马达支架18、螺栓19、电控柜20、螺栓21、调整螺栓22、进油口A、进油口B。其中，支座2和马达支架18分别通过螺栓21和螺栓19固定在安装台1上；滑动轴承座3安装在支座2上；锁紧轴套8和压力表9安装在锁紧轴套座7上，锁紧轴套座7安装在支座2上，并通过调整螺栓22调节位置并固定；转轴6穿过锁紧轴套8并通过轴承瓦4安装在滑动轴承座3上；角度行程开关5安装在转轴的左端；扭矩传感器13的左端通过第一平键10、第一弹性联轴器11、第二平键12与转轴6的右端相连；扭矩传感器13的右端通过第三平键14、第二弹性联轴器15、第四平键16与液压马达17的输出轴相连；液压马达17安装在马达支架18上。
图2为支座2的主视图，图3为支座2的俯视图，图4为支座的A-A截面图。支座2包括支座底板201、轴承座支撑板202、轴承座安装板203、锁紧轴套座固定板204、锁紧轴套座支撑块205。各部分通过焊接构成一体结构。在支座底板201的长边上设有“U”形的开口，用于安装螺栓21；轴承座安装板203上设有沿转轴6轴向的长条孔；锁紧轴套座固定板204上设有螺纹孔。
如图5所示，滑动轴承座3包括轴承座上盖31、轴承座底座32、螺柱33、螺母34、螺栓35、螺母36。其中，轴承瓦4安装在轴承座底座32的内孔面中，合上轴承座上盖31，并用螺柱33、螺母34将其锁紧；轴承座底座32通过螺栓35、螺母36和轴承座安装板203上的长条孔固定在支座2上，并可以通过长条孔调整滑动轴承座3的位置。
如图6和图7所示，为了调整锁紧轴套座7的位置和固定锁紧轴套座7，还需要锁紧螺母23和垫片24。其中，锁紧轴套座7安装在两个锁紧轴套座固定板204之间，并且锁紧轴套座7的座脚安装在锁紧轴套座支撑块205上；锁紧轴套座支撑块205和锁紧轴套座7的座脚之间设有垫片24；通过调整垫片24的厚度和调整螺栓22的旋入长度来分别调整锁紧轴套座7在竖直方向和水平方向的位置，保证锁紧轴套8与转轴6的同轴度，并用调整螺栓22固定，锁紧螺母23锁紧。
图8为图1中的局部放大图，锁紧轴套8为套状结构，在套的外表面上设有凹形槽，并在一端设有带沉头孔的法兰；圆柱头螺钉81穿过锁紧轴套8法兰上的沉头孔，将锁紧轴套8固定在锁紧轴套座7上；在锁紧轴套座7的内孔表面也设有凹形槽，与锁紧轴套8上的凹形槽配合，构成油腔P；在锁紧轴套8的外表面与锁紧轴套座7内孔面相接触区域还安装有密封圈82。
本发明的工作原理。
首先是一定压力的高压油通过进油口A进入液压油腔P，锁紧轴套8发生弹性变形锁紧转轴6，此时液压油腔中的压力保持恒定，油腔中的压力可由压力表9直接读出；然后通过进油口B向液压马达17通入液压油，使液压马达17均匀地增加扭矩，当被锁紧轴套8锁紧的转轴6发生转动时，角度行程开关5起作用，通过液压控制系统，液压马达17停止转动，油腔P卸荷，此时通过扭矩传感器13所测得的扭矩，即为锁紧轴套8在该压力下的最大锁紧扭矩。
另外，通过液压马达17以一定转速驱动转轴6，然后使锁紧轴套8反复的进行锁紧转轴6、松开转轴6的动作，直到锁紧轴套8产生疲劳裂纹为止。通过测量锁紧轴套8锁紧松开的次数可以得到在该转速下，锁紧轴套的有效锁紧次数；通过精密测量试验前后锁紧轴套的质量和该转速下的锁紧扭矩，可得出锁紧轴套的摩擦磨损与锁紧扭矩的关系。
由于转轴6与锁紧轴套8之间为间隙配合，当油腔P未通入液压油时，转轴6相对锁紧轴套8运动时便会产生摩擦磨损。在油腔P空载情况下，通过液压马达17使转轴6以一定的速度旋转，旋转指定时间后，通过精密测量试验前后锁紧轴套的质量，可得出锁紧轴套的摩擦磨损与时间的关系。
为了增强试验平台的适用性，在原有结构基础上，在转轴6与锁紧轴套8之间增设一个尺寸调节轴套25，该轴套材料根据试验要求而定，通过平键26（或花键）连接，如图9所示。
由于本发明的锁紧轴套座7为可拆卸式结构，因此，在对其他型号的液压锁紧轴套进行试验时，只需更换相应的锁紧轴套8、轴套座7，以及尺寸调节轴套25，就可以在不更换转轴的情况下，实现对任意给定锁紧轴套的性能及可靠性进行测试，故本发明具有很强的灵活性。
Claims (10)
1.一种液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台，其特征在于包括有安装台（1）、支座（2）、滑动轴承座（3）、轴承瓦（4）、角度行程开关（5）、转轴（6）、锁紧轴套座（7）、锁紧轴套（8）、压力表（9）、第一平键Ⅰ（10）、第一弹性联轴器Ⅰ（11）、第二平键Ⅱ（12）、扭矩传感器（13）、第三平键Ⅲ（14）、第二弹性联轴器Ⅱ（15）、第四平键Ⅳ（16）、液压马达（17）、马达支架（18）、螺栓（19）、电控柜（20）、螺栓（21）、调整螺栓（22）、进油口（A）、进油口（B），其中：
支座（2）和马达支架（18）分别通过螺栓（21）和（19）固定在安装台（1）上；
滑动轴承座（3）安装在支座（2）上；
锁紧轴套（8）和压力表（9）安装在锁紧轴套座（7）上，锁紧轴套座（7）安装在支座（2）上，并通过调整螺栓（22）调节位置并固定；
转轴（6）穿过锁紧轴套（8）并通过轴承瓦（4）安装在滑动轴承座（3）上；
角度行程开关（5）安装在转轴的左端；
扭矩传感器（13）的左端通过第一平键Ⅰ（10）、第一弹性联轴器Ⅰ（11）、第二平键Ⅱ（12）与转轴（6）的右端相连，扭矩传感器（13）的右端通过第三平键Ⅲ（14）、第二弹性联轴器Ⅱ（15）、第四平键Ⅳ（16）与液压马达（17）的输出轴相连；
液压马达（17）安装在马达支架（18）上。
2.根据权利要求1所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台，其特征在于所述的支座（2）包括有支座底板（201）、轴承座支撑板（202）、轴承座安装板（203）、锁紧轴套座固定板（204）、锁紧轴套座支撑块（205），以上各部分通过焊接构成一体结构，在支座底板（201）的长边上设有“U”形的开口，轴承座安装板（203）上设有沿转轴（6）轴向的长条孔，锁紧轴套座固定板（204）上设有螺纹孔。
3.根据权利要求1所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台，其特征在于所述的滑动轴承座（3）包括有轴承座上盖（31）、轴承座底座（32）、螺柱（33）、螺母（34）、螺栓（35）、螺母（36），其中所述的轴承瓦（4）安装在轴承座底座（32）的内孔面中，上方扣有轴承座上盖（31），并通过螺柱（33）、螺母（34）将其锁紧，轴承座底座（32）通过螺栓（35）、螺母（36）和轴承座安装板（203）上的长条孔固定在支座（2）上，并通过长条孔调整滑动轴承座（3）的位置。
4.根据权利要求1所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台，其特征在于所述的锁紧轴套（8）为套状结构，在外表面上设有凹形槽，并在一端设有带沉头孔的法兰，圆柱头螺钉（81）穿过锁紧轴套（8）法兰上的沉头孔，将锁紧轴套（8）固定在锁紧轴套座（7）上，在锁紧轴套座（7）的内孔表面也设有凹形槽并与锁紧轴套（8）上的凹形槽配合构成油腔（P），在锁紧轴套（8）的外表面与锁紧轴套座（7）内孔面相接触区域还安装有密封圈（82）。
5.根据权利要求1所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台，其特征在于：压力表（9）直接安装在锁紧轴套座的进回油口处。
6.根据权利要求1所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台，其特征在于：通过四组调整螺栓（22）与锁紧螺母（23）来实现对液压锁紧轴套座（7）水平方向位置的调整，通过调节垫片（24）的厚度实现对液压锁紧轴套座（7）竖直方向位置的调整，保证锁紧轴套（8）相对于转轴（6）的同轴度。
7.根据权利要求1所述的液压锁紧轴套试验台，其特征在于：在转轴（6）与锁紧轴套（8）之间增设一个尺寸调节轴套（25），并通过平键（26）（或花键）连接。
8.根据权利要求1所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台，其特征在于：通过向液压油腔（P）中通入一定压力液压油，使锁紧轴套（8）抱紧转轴（6），然后通过液压马达（17）均匀地增加扭矩，当被锁紧轴套（8）锁紧的转轴（6）发生转动时，此时通过扭矩传感器（13）所测得扭矩，即为锁紧轴套（8）在该压力下的最大锁紧扭矩。
9.根据权利要求1所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台，其特征在于：通过液压马达（17）以一定转速驱动转轴（6），然后使锁紧轴套（8）反复的进行锁紧转轴（6）、松开转轴（6）的动作，直到锁紧轴套（8）产生疲劳裂纹为止，通过测量锁紧轴套（8）锁紧松开的次数以得到在该转速下锁紧轴套的有效锁紧次数，通过精密测量试验前后锁紧轴套的质量和该转速下的锁紧扭矩得出锁紧轴套的摩擦磨损与锁紧扭矩的关系。
10.根据权利要求1所述的液压锁紧轴套性能及可靠性试验平台，其特征在于：在油腔（P）空载情况下，通过液压马达（17）使转轴（6）以一定的速度旋转一定时间后，通过精密测量试验前后锁紧轴套的质量，得出锁紧轴套的摩擦磨损与时间的关系。
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| CN104833489B (zh) | 2017-12-26 |
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