CN104931253A - 基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置，该装置整体为立式结构，落地底座固定在基座或地面上，底板固定在落地底座上，四根支撑钢管竖直固定在底板的四个角，安装座固定在四根支撑钢管的上端，电机、转速转矩传感器装在其中两根支撑钢管上，转速转矩传感器轴分别与电机和滚珠丝杠轴相连，滚珠丝杠的螺母与螺母套筒固连，螺母套筒装于限转支座中，螺母套筒通过作动器连接板与电液伺服作动器相连。本发明装置能够对滚珠丝杠进行主动加载，载荷调节方便，实现多变载荷的工况模拟，能够实时显示和控制负载，并且可进行滚珠丝杠的性能测试。

Description

基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置

技术领域

本发明属于滚珠丝杠加载试验技术领域，特别是一种基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置。

背景技术

滚珠丝杠是一种可将旋转运动与直线运动相互转化的机械装置，已广泛应用于精密机床、石油钻井及科学测量等工业领域，具有高精度、高效率、高刚度及高承载等特点。目前，国内外对滚珠丝杠的理论研究已比较成熟，现主要着重于对滚珠丝杠的试验研究。随着滚珠丝杠的应用越来越广泛，其工况条件也更加复杂。

对滚珠丝杠进行试验研究就需要根据工况对滚珠丝杠进行加载，传统的滚珠丝杠试验装置加载大多使用配重摩擦或者弹簧牵引等被动加载方式，试验时不能实时显示和控制负载，这样的加载方式已不能满足试验装置对多变载荷模拟的要求。

并且现在的滚珠丝杠试验装置主要针对滚珠丝杠的某一项性能进行检测，加载方式对其它性能试验并不适用，而设计一套滚珠丝杠的伺服加载试验装置时间长，且价格昂贵。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用了现有的液压伺服系统，能够对滚珠丝杠进行主动加载，实时显示和控制负载，并且可进行滚珠丝杠的性能测试，简化了设计工作，降低了试验成本的基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置，包括落地底座，固定在落地底座上的底板，通过竖直方向上的支撑钢管固定在底板顶部的安装座，设置在底板和安装座之间支撑钢管上的电机固定板和转速转矩传感器固定板，固定设置在电机固定板上的电机，固定设置在转速转矩传感器固定板上的转速转矩传感器，固定设置在安装座上的轴承座，固定设置在轴承座上的限转支座，设置在限转支座内且与限转支座仅能实现竖直方向位移的螺母套筒，与螺母套筒固连的作动器连接板，与作动器连接板固连的电液伺服作动器，其中，电机的输出轴与转速转矩传感器的输入轴连接，转速转矩传感器的输出轴被配置用于与滚珠丝杠的螺杆连接，轴承座被配置用于与穿过其的滚珠丝杠的螺杆转动配合，螺母套筒被配置用于与穿过其的滚珠丝杠的螺母固定配合。

本发明与现有技术相比，其显著优点：

(1)本发明通过液压伺服系统对滚珠丝杠进行主动加载，载荷调节方便，实现多变载荷的工况模拟，并且能够实时显示和控制负载。

(2)本发明可对滚珠丝杠进行多种试验，包括：效率试验、承载能力试验以及可靠性试验，配上微位移传感器还可进行刚度试验，配上角度编码器和光栅尺可进行动态精度试验。

(3)本发明结构简单，调节方便，不仅可用于滚珠丝杠的加载，还适用于行星滚柱丝杠和滑动丝杠等直线传动部件的加载。

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1是本发明基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置的立体结构示意图。

图2是本发明基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置的底板结构示意图。

图3是本发明基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置电机固定板和转速转矩传感器固定板的结构示意图。

图4是本发明基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置电液伺服作动器的结构示意图。

图5是本发明基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置滚珠丝杠安装处的局部剖视图。

图6是本发明基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置电机的控制原理图。

具体实施方式

结合图1～图5：

本发明一种基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置，包括落地底座1，固定在落地底座1上的底板2，通过竖直方向上的支撑钢管3固定在底板2顶部的安装座8，设置在底板2和安装座8之间支撑钢管3上的电机固定板4和转速转矩传感器固定板6，固定设置在电机固定板4上的电机5，固定设置在转速转矩传感器固定板6上的转速转矩传感器7，固定设置在安装座8上的轴承座9，固定设置在轴承座9上的限转支座10，设置在限转支座10内且与限转支座10仅能实现竖直方向位移的螺母套筒25，与螺母套筒25固连的作动器连接板11，与作动器连接板11固连的电液伺服作动器12，其中，电机5的输出轴与转速转矩传感器7的输入轴连接，转速转矩传感器7的输出轴被配置用于与滚珠丝杠23的螺杆连接，轴承座9被配置用于与穿过其的滚珠丝杠23的 螺杆转动配合，螺母套筒25被配置用于与穿过其的滚珠丝杠23的螺母固定配合。

电机固定板4和转速转矩传感器固定板6通过与支撑钢管3直径配合的开孔套装在支撑钢管3上，并通过套在支撑钢管3上且分别位于安装座8和转速转矩传感器固定板6之间、转速转矩传感器固定板6和电机固定板4之间、电机固定板4和底板2之间的定位套筒在竖直方向上定位。

电机5的输出轴与转速转矩传感器7的输入轴通过弹性联轴器连接，转速转矩传感器7的输出轴被配置用于与滚珠丝杠23的螺杆通过弹性联轴器连接。

螺母套筒25的侧面设置有竖直方向上的导向键24，导向键24与限转支座10孔内的键槽相配合。

滚珠丝杠23的螺杆与轴承座9之间设置有轴承21。

实施例：

一种基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置，包括落地底座1，固定在落地底座1上的底板2，通过竖直方向上的支撑钢管3固定在底板2顶部的安装座8，底板2中间有四个阶梯孔，四个角有通孔，底板2通过中间四个阶梯孔孔固定在落地底座1上，支撑钢管3的两端为阶梯轴，并且加工有螺纹，将四根支撑钢管3分别竖直装于底板2的四个角通孔中并固定，位于底板2的上方，安装座8固定在四根支撑钢管3的另一端，通过螺母14拧紧将其固定在支撑钢管3上，支撑钢管3起到支撑安装座8的作用，电机固定板4与转速转矩传感器固定板6的结构一样，将其孔套在两个支撑钢管3上，转速转矩传感器固定板6位于电机固定板4的上方，电机5安装在电机固定板4上，电机5输出轴朝上，转速转矩传感器7安装在转速转矩传感器固定板6上；

轴承座9与安装座8的孔配合，并通过螺栓22固定在安装座8上，限转支座10固定在轴承座9上，限转支座10孔内装有螺母套筒25，螺母套筒25与滚珠丝杠23的螺母固连；螺母套筒25的顶端加工有螺纹，作动器连接板11中间加工一个孔，通过六角螺母26将作动器连接板11固定在螺母套筒25上，通过紧固螺栓28将作动器连接板11与电液伺服作动器12相固连。

电机固定板4与转速转矩传感器固定板6通过定位套筒进行轴向定位，具体为电机固定板4下方的支撑钢管3上套有下定位套筒18，中部定位套筒16位于电机固定板4与转速转矩传感器固定板6之间，上定位套筒13位于安装座8与转速转矩传感器固定板6之间。

电机5输出轴与转速转矩传感器7的输入轴通过第一弹性联轴器17相连，滚珠丝杠23的螺杆与转速转矩传感器7输出轴通过第二弹性联轴器15相连，使用弹性联轴器是为了消除轴线不重合安装误差的影响。

电液伺服作动器12是液压伺服系统的组成部分，将液压能转化为机械能对滚珠丝杠23进行加载，其中12-1为拉压力传感器、12-2为位移传感器、12-3为电液伺服阀，可对负载的速度、方向及大小进行实时监控，并将这些信号显示并反馈给控制系统，对负载进行调节，实现伺服加载；电液伺服作动器12与作动器连接板11之间可以垫有垫块27，防止螺母套筒25与电液伺服作动器12相碰。

螺母套筒25侧面安装有导向键24，导向键24与限转支座10孔内的键槽相配合，滚珠丝杠23的螺母安装在螺母套筒25孔内，并与之相固连，这样就可以限制滚珠丝杠23螺母的转动，使其只能沿轴线方向移动，并且通过螺母套筒25将载荷传递给滚珠丝杠23的螺母。

轴承座9孔内装有两个轴承21，两轴承21的外圈宽边相靠，内圈装在滚珠丝杠23的轴上，通过滚珠丝杠23轴的轴肩、轴承座9的凸肩及锁紧端盖19进行轴向定位，并利用锁紧螺母20对轴承21进行锁紧。 

结合图6，本发明基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置电机5的控制原理图，变频器接交流电与电机5相连，中间连接滤波器防止信号干扰，变频器通过改变交流电的频率来控制电机5的转速，通过单片机控制接入电机交流电的相位，从而控制电机5正反转时间，再根据滚珠丝杠23的导程，就可以控制滚珠丝杠23螺母的上下行程。

本装置的工作原理为：

电机5转动，通过弹性联轴器17将运动传递给转速转矩传感器7，转速转矩传感器7通过弹性联轴器15将运动传递给滚珠丝杠23的丝杠轴，滚珠丝杠23的丝杠轴的转动转化为滚珠丝杠23的螺母的轴向移动，即与滚珠丝杠23的螺母相固连的螺母套筒25沿轴向移动，伺服作动器12通过作动器连接板11对螺母套筒25施加载荷，载荷通过螺母套筒25传递到滚珠丝杠23的螺母上，从而实现加载。

Claims (8)

1.一种基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置，其特征在于：

包括落地底座(1)，

固定在落地底座(1)上的底板(2)，

通过竖直方向上的支撑钢管(3)固定在底板(2)顶部的安装座(8)，

设置在底板(2)和安装座(8)之间支撑钢管(3)上的电机固定板(4)和转速转矩传感器固定板(6)，

固定设置在电机固定板(4)上的电机(5)，

固定设置在转速转矩传感器固定板(6)上的转速转矩传感器(7)，

固定设置在安装座(8)上的轴承座(9)，

固定设置在轴承座(9)上的限转支座(10)，

设置在限转支座(10)内且与限转支座(10)仅能实现竖直方向位移的螺母套筒(25)，

与螺母套筒(25)固连的作动器连接板(11)，

与作动器连接板(11)固连的电液伺服作动器(12)；

其中，电机(5)的输出轴与转速转矩传感器(7)的输入轴连接，转速转矩传感器(7)的输出轴被配置用于与滚珠丝杠(23)的螺杆连接，轴承座(9)被配置用于与穿过其的滚珠丝杠(23)的螺杆转动配合，螺母套筒(25)被配置用于与穿过其的滚珠丝杠(23)的螺母固定配合。

2.根据权利要求1所述的基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置，其特征在于：所述电机固定板(4)和转速转矩传感器固定板(6)通过与支撑钢管(3)直径配合的开孔套装在支撑钢管(3)上，并通过套在支撑钢管(3)上且分别位于安装座(8)和转速转矩传感器固定板(6)之间、转速转矩传感器固定板(6)和电机固定板(4)之间、电机固定板(4)和底板(2)之间的定位套筒在竖直方向上定位。

3.根据权利要求1或2所述的基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置，其特征在于：所述电机(5)的输出轴与转速转矩传感器(7)的输入轴通过弹性联轴器连接，转速转矩传感器(7)的输出轴被配置用于与滚珠丝杠(23)的螺杆通过弹性联轴器连接。

4.根据权利要求1或2所述的基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置，其特征在于：所述螺母套筒(25)的侧面设置有竖直方向上的导向键(24)，导向键(24)与限转支座(10)孔内的键槽相配合。

5.根据权利要求3所述的基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置，其特征在于：所述螺母套筒(25)的侧面设置有竖直方向上的导向键(24)，导向键(24)与限转支座(10)孔内的键槽相配合。

6.根据权利要求1或2或5所述的基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置，其特征在于：所述滚珠丝杠(23)的螺杆与轴承座(9)之间设置有轴承(21)。

7.根据权利要求3所述的基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置，其特征在于：所述滚珠丝杠(23)的螺杆与轴承座(9)之间设置有轴承(21)。

8.根据权利要求4所述的基于液压伺服系统的滚珠丝杠伺服加载试验装置，其特征在于：所述滚珠丝杠(23)的螺杆与轴承座(9)之间设置有轴承(21)。