CN105782380A - 一种预紧力可调可测的行星滚柱丝杠副预紧装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预紧力可调可测的行星滚柱丝杠副预紧装置，包括超磁致伸缩致动器、隔热片层、预紧弹簧和拉压力传感器；两个螺母套在丝杠上，磁致伸缩致动器两侧连接拉压力传感器，拉压力传感器另一端与螺母连接，两个螺母之间连接有弹簧，提供初始预紧力；超磁致伸缩致动器内的激励线圈环绕于伸缩棒并与外接电源连接，通过控制外接电源输出电流大小而改变伸缩棒的长短，调节预紧力。同时可通过电流大小测得超磁致伸缩致动器提供预紧力的大小，螺母装有激光测距仪，可测量弹簧长度变化，得出预紧弹簧所提供预紧力的精确值，最后综合得出总预紧力大小。该装置安全可靠,实现了行星滚柱丝杠副预紧力的智能调节和精确测量。

Description

一种预紧力可调可测的行星滚柱丝杠副预紧装置

技术领域

本发明公开了一种预紧力可调可测的行星滚柱丝杠副智能预紧装置，具体涉及一种可调节预紧力的超磁致伸缩致动器。

背景技术

行星滚柱丝杠副是一种可将旋转运动和直线运动相互转化的机械装置，其主要由丝杠、滚柱、螺母三部分组成。随着现代高端制造业的高速发展，行星滚柱丝杠副开始逐步应用于高精密机床等高端装备制造业，为了减小或消除轴向间隙,并提高滚珠丝杠副的刚度，对行星滚柱丝杠副预先施加预紧力，大约为其承载的三分之一，现在并多采用双螺母预紧方法，在工作时，高加速起、停时常发生，负载和温度变化等因素,要求行星滚柱丝杠副预紧力也要能实时调整以保证滚珠丝杠副传动时的性能需求。

传统上多使用双螺母螺纹预紧调隙、弹簧式自动调整预紧调隙式、双螺母齿差式预紧调隙式等方法，在工作一段时间后，由于摩擦产热、磨损等因素，导致间隙变化，进而所需预紧力产生变化，此时需要人工手动调节，例如专利号ZL201210118236.6公开的一种消除丝杠与滚柱轴向间隙的方法和专利号ZL201210206343.4公开的一种可同时消除两侧轴向间隙的单螺母行星滚柱丝杠机构，这两项专利所采用的消隙方法均是采用手动机械调节，当螺纹发生磨损时，无法实现预紧力实时自动调节，给设备安装和调节等方面带来不必要的麻烦，而且，手动机械调节很难精准控制预紧力，反而造成额外附加力矩造成过度磨损，降低机构使用寿命。

中国专利文献CN104565253A公开的《一种双螺母滚珠丝杠副自动预紧装置》,包括滚珠丝杠副、初始预紧螺栓、压力传感器、端盖、超磁致伸缩致动器等，通过超磁致伸缩致动器来调节预紧力，但是初始预紧力由螺栓提供，工作时预紧力变化有时也需要手动调节螺栓松紧，再配合使用超磁致伸缩器调节预紧力，无法完全实现动态自动调节，并且无法测得预紧力的精确值。并且当前尚未有针对行星滚柱丝杠副的预紧力装置。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是：现有预紧装置大多针对滚珠丝杠副，没有具体针对行星滚柱丝杠副的自动可实时测量并进行预紧力调节的预紧装置，并且现有滚珠丝杠副预紧装置无法在工作中完全实现自动，也不能实时精确测量预紧力，针对现有装置的各项不足，本装置提供一种完全自动调整、可实时测量预紧力大小的行星滚柱丝杠副预紧装置。

本发明的技术方案是：一种预紧力可调可测的行星滚柱丝杠副预紧装置，包括丝杠3、滚柱4、第一螺母1和第二螺母5；超磁致伸缩器、激励线圈6、预紧弹簧12、隔热片层2和激光测距仪13；所述第一螺母1和滚柱4啮合；第二螺母5和滚柱4啮合；所述超磁致伸缩器外壁周向铺设有隔热片层2，且超磁致伸缩器两端分别连接第一螺母1和第二螺母5；预紧弹簧12两端分别固连在第一螺母1和第二螺母5上，用于为整个装置提供初始预紧力；第一螺母1上装有激光测距仪13，用于测量工作过程中第一螺母1和第二螺母5之间的距离变化，得出弹簧所提供的预紧力；激励线圈6位于超磁致伸缩器内，激励线圈6外连电源，电源连接控制器，控制器控制电源输出电流大小，电流变化引起超磁致伸缩器变化从而调节预紧力大小。

本发明进一步的技术方案是：所述超磁致伸缩器包括超磁致伸缩棒7、拉压力传感器8、推动盖9和超磁致伸缩套筒10；磁致伸缩棒7位于超磁致伸缩套筒10内，且磁致伸缩棒7轴线方向与滚柱4轴线方向相互平行，超磁致伸缩套筒10两端通过推动盖9进行封闭，推动盖9外侧设有拉压力传感器8，拉压力传感器8另一端与螺母固连；且超磁致伸缩套筒10、拉压力传感器8和磁致伸缩棒7所在轴线相互重合；激励线圈6缠绕包裹在磁致伸缩棒7上。

本发明进一步的技术方案是：电流变化引起超磁致伸缩器变化从而调节预紧力大小；超磁致伸缩棒长短的变化，长短变化所产生的推力变化可以调节预紧力大小，两个螺母之间连接有预紧弹簧提供初始预紧力。

本发明进一步的技术方案是：预紧弹簧12与两个螺母之间通过螺栓进行固连。

本发明进一步的技术方案是：拉压力传感器8与螺母之间通过螺栓进行固连。

本装置的工作原理为：在装置未工作时，首先计算得出本装置的初始预紧力，通过预紧弹簧给予。弹簧提供预紧力的公式为F＝kx，x是两螺母间的距离，也就是弹簧的长度，k为系数。在装置工作时，随着运动摩擦，滚柱和丝杠之间、滚柱和螺母之间会产生间隙，因此需要改变预紧力。超磁致伸缩器外连接于电源，控制器控制电源输出电流大小，激励线圈通过的电流大小不同导致其产生的磁通量的变化，进而改变超磁致伸缩棒长短的变化，使得两个推动盖向外推动，改变预紧力。激光测距仪用来测量本装置工作过程中两个螺母之间的距离变化，通过距离的变化，可以测量得出预紧弹簧所提供的预紧力大小。可根据预紧弹簧提供的初始预紧力和超磁致伸缩器提供的力得出行星滚柱丝杠副所受总的预紧力，实现其预紧力的实时精确测量。本装置首先是弹簧和伸缩器提供预紧力，消除间隙，并且工作时实时调节，完全自动化，无需手动拆装调节，同时测量出所提供的预紧力大小。

发明效果

本发明的技术效果在于：本发明采用预紧弹簧和超磁致伸缩致动器配合使用，为行星滚柱丝杠副提供可调可测的预紧力，预紧弹簧提供可自主调整的初始预紧力，工作中通过控制器控制调节超磁致伸缩致动器输出预紧力，实现了行星滚柱丝杠副自动预紧智能调整的目标,使用激光测距仪测量预紧力的实时精确值，并可以实时测量预紧力精确值，为提高机械传动的精度提供了技术保障。该装置安全可靠,实现行星滚柱丝杠副预紧力智能调整和实时测量,提高行星滚柱丝杠副传动的精度保持性和可靠性。

附图说明

图1为本发明结构示意图

附图标记说明：1—第一螺母；2—隔热片层；3—丝杠；4—滚柱；5—第二螺母；6—激励线圈；7—超磁致伸缩棒；8—拉压力传感器；9—推动盖；10—超磁致伸缩套筒；11—固定螺栓；12—预紧弹簧；13—激光测距仪。

具体实施方式

下面结合具体实施实例，对本发明技术方案进一步说明。

1、参照图1，一种预紧力可调可测的行星滚柱丝杠副智能预紧装置，主要由第一螺母1、隔热片层2、丝杠3、滚柱4、第二螺母5、激励线圈6、超磁致伸缩棒7、拉压力传感器8、推动盖9、超磁致伸缩套筒10、固定螺栓11、预紧弹簧12、激光测距仪13组成。激励线圈外连接于电源，电源连接于控制器，控制器控制电源输出电流大小，电流变化引起超磁致伸缩棒长短的变化，长短变化所产生的推力变化可以调节预紧力大小，两个螺母之间连接有预紧弹簧提供初始预紧力，初始预紧力也可以实时调节无需手动，同时预紧弹簧预紧力可通过激光测距仪测量距离变化而精确测量其数值，超磁致伸缩致动器所产生推力也可在控制器显示精确值，综合可测得预紧力大小精确值。超磁致伸缩器由超磁致伸缩套筒7、激励线圈8、超磁致伸缩棒9、推动盖10组成，套筒包裹支撑激励线圈，与外界隔开，超磁致伸缩棒长短变化引起推动盖移动，导致预紧力变化。超磁致伸缩器外部有隔热片层5，防止激励线圈通电时产生热量，进而影响行星滚柱丝杠副的性能。

在第一螺母上安装激光测距仪13，用于测量两个螺母间的实时距离，进而算出预紧弹预紧力的实时大小。主要由第一螺母1、隔热片层2、丝杠3、滚柱4、第二螺母5、激励线圈6、超磁致伸缩棒7、拉压力传感器8、推动盖9、超磁致伸缩套筒10、固定螺栓11、预紧弹簧12、激光测距仪13组成。有外接电源用于为激励线圈提供电流，调整超磁致伸缩棒长短，进而调节预紧力的大小。在两个螺母间连接有预紧弹簧12，预紧弹簧可以提供实时变化的预紧力，无需在工作中手动调节，与超磁致伸缩致动器配合使用，同时第一螺母安装有激光测距仪，可以测量两螺母间距离变化，得出弹簧所提供预紧力的精确值。超磁致伸缩致动器由套筒、激励线圈、超磁致伸缩棒组成，超磁致伸缩致动器外联于电源，并有控制器控制电流大小，电流通过线圈时，产生磁通量，致使超磁致伸缩棒长短变化，进而调整致动器输出推拉力，同时由于弹簧拉压力可测，故综合后，可测得总预紧力大小。超磁致伸缩致动器的套筒外层包裹有隔热片层，防止散发热量影响行星滚柱丝杠副性能。

本发明所述的预紧力可调可测的行星滚柱丝杠副智能预紧装置，主要由第一螺母1、隔热片层2、丝杠3、滚柱4、第二螺母5、激励线圈6、超磁致伸缩棒7、拉压力传感器8、推动盖9、超磁致伸缩套筒10、固定螺栓11、预紧弹簧12、激光测距仪13组成。第一螺母和第二螺母之间连接有预紧弹簧，为行星滚柱丝杠副提供初始预紧力，约为载荷的三分之一，均匀布置三个预紧弹簧(间隔120°)，超磁致伸缩致动器通过拉压力传感器两侧连接于两个螺母，也是均匀对称分布三个(间隔120°)，当行星滚柱丝杠副工作一段时间后，由于摩擦发热损耗等原因，所需预紧力产生变化，此时预紧弹簧和超磁致伸缩器可配合调节预紧力大小，其中弹簧所提供初始预紧力可随长短而变化，无需手动调节初始预紧力，超磁致伸缩器外连接于电源，控制器控制电源输出电流大小，激励线圈通过的电流大小不同导致其产生的磁通量的变化，进而改变超磁致伸缩棒长短的变化，改变输出预紧力大小，预紧弹簧和超磁致伸缩器配合使用可完全自动调节预紧力大小，中途无需手动调节。

在第一螺母上安装有激光测距仪，可以实时测量第一螺母和第二螺母之间的距离变化，通过距离的变化，可以测量得出预紧弹簧所提供的预紧力大小，同时，超磁致伸缩器产生的推力，可在控制器显示其实时大小，在工作过程中，可根据预紧弹簧提供的初始预紧力和超磁致伸缩器提供的力得出行星滚柱丝杠副所受总的预紧力，实现其预紧力的实时精确测量。

在超磁致伸缩器工作期间，由于激励线圈通过电流，会产生大量热，会影响影响行星滚柱丝杠副的工作性能，故在螺母与超磁致伸缩器之间铺设有隔热片层，避免工作时产生的热量影响行星滚柱丝杠副性能。

Claims (5)

1.一种预紧力可调可测的行星滚柱丝杠副预紧装置，包括丝杠(3)、滚柱(4)、第一螺母(1)和第二螺母(5)；其特征在于，还包括超磁致伸缩器、激励线圈(6)、预紧弹簧(12)、隔热片层(2)和激光测距仪(13)；所述第一螺母(1)和滚柱(4)啮合；第二螺母(5)和滚柱(4)啮合；所述超磁致伸缩器外壁周向铺设有隔热片层(2)，且超磁致伸缩器两端分别连接第一螺母(1)和第二螺母；预紧弹簧(12)两端分别固连在第一螺母(1)和第二螺母(5)上，用于为整个装置提供初始预紧力；第一螺母(1)上装有激光测距仪(13)，用于测量工作过程中第一螺母(1)和第二螺母(5)之间的距离变化，得出弹簧所提供的预紧力；激励线圈(6)位于超磁致伸缩器内，激励线圈(6)外连电源，电源连接控制器，控制器控制电源输出电流大小，电流变化引起超磁致伸缩器变化从而调节预紧力大小。

2.如权利要求1所述的一种预紧力可调可测的行星滚柱丝杠副预紧装置，其特征在于，所述超磁致伸缩器包括超磁致伸缩棒(7)、拉压力传感器(8)、推动盖(9)和超磁致伸缩套筒(10)；磁致伸缩棒(7)位于超磁致伸缩套筒(10)内，且磁致伸缩棒(7)轴线方向与滚柱(4)轴线方向相互平行，超磁致伸缩套筒(10)两端通过推动盖(9)进行封闭，推动盖(9)外侧设有拉压力传感器(8)，拉压力传感器(8)另一端与螺母固连；且超磁致伸缩套筒(10)、拉压力传感器(8)和磁致伸缩棒(7)所在轴线相互重合；激励线圈(6)缠绕包裹在磁致伸缩棒(7)上。

3.如权利要求1或2所述的一种预紧力可调可测的行星滚柱丝杠副预紧装置，其特征在于，电流变化引起超磁致伸缩器变化从而调节预紧力大小；超磁致伸缩棒长短的变化，长短变化所产生的推力变化可以调节预紧力大小，两个螺母之间连接有预紧弹簧提供初始预紧力。

4.如权利要求1所述的一种预紧力可调可测的行星滚柱丝杠副预紧装置，其特征在于，预紧弹簧(12)与两个螺母之间通过螺栓或螺钉进行固连。

5.如权利要求1所述的一种预紧力可调可测的行星滚柱丝杠副预紧装置，其特征在于，拉压力传感器(8)与螺母之间通过螺栓或螺钉进行固连。