CN106441882A - 行星滚柱丝杠副的双向变加载装置及加载方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置及加载方法，由依次同轴连接的伺服电机、联轴器、扭矩传感器、联轴器、圆锥滚子轴承、行星滚柱丝杠副、套筒、拉压力传感器、弹簧、滑块、挡板组成；扭矩传感器与伺服电机和行星滚柱丝杠副之间通过联轴器连接；行星滚柱丝杠副的丝杠一端由两个相背的圆锥滚子轴承支承，与螺母连接的套筒连接在两个相平行的直线导轨上直线滑移，套筒和工作台之间布置有直线光栅传感器，弹簧一端与拉压力传感器固定，另一端与滑块连接。本装置通过伺服电机的直连直驱驱动行星滚柱丝杠副工作，利用扭矩传感器、拉压力传感器和光栅传感器作为系统的测量和反馈信号采集，形成整个装置的闭环控制；结构简便，操作灵活，便于实现行星滚柱丝杠副的双向加载，能够模拟行星滚柱丝杠副的加载工作过程，加载力大小可以调节，也可方便测出行星滚柱丝杠副的传动效率及其运动精度。
Description
技术领域
本发明属于自动化检测设备技术领域，涉及一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置及加载方法，用于模拟行星滚柱丝杠副的变载荷工作过程，实现行星滚柱丝杠副的连续变载荷加载测试和跑合试验。
背景技术
随着工业技术的不断进步，传统的转换机构已经无法满足高载荷、长寿命、高精度的工业要求。行星滚柱丝杠副作为新型的精密传动机构，以其大推力、大负载、高精度、长寿命的优势逐渐取得市场承认，较为完美的契合了当前的市场需求。
行星滚柱丝杠副是一种依靠螺纹传动实现回转运动和直线运动互换的传动机构，该机构综合了行星轮系、滚珠丝杠、滚针轴承的运动特点，通过在丝杠周围均布多个滚柱，增大传动过程中丝杠的受力接触面积，从而使机构可以承受更大的载荷和冲击，并且能够在极其艰苦的环境下承受重载上千小时，逐渐成为未来飞行器和武器装备全电化发展以及石油、化工、机床等领域的重要传动装置。行星滚柱丝杠副较为完美的解决了现代机械中使用滚珠丝杠副在作为传动机构时所面临的诸多问题，也由于它的摩擦小、效率高、寿命长、承载能力大等超高性能的特点，成为航空、航天、武器装备等军事领域和数控机床、医疗行业、食品包装等民用领域机械设备直线伺服系统的主要传动元件。
行星滚柱丝杠副由丝杠、螺母和滚柱组成，滚柱绕丝杠既做自转运动，又做公转运动，所以它的传动原理与行星齿轮相似，可以将丝杠看作太阳轮，滚柱当作行星轮。为保证行星滚柱丝杠副的正常工作，就必须对其进行加载试验和加载跑合。实际工作中，行星滚柱丝杠副由伺服电机带动旋转，由丝杠输入驱动力，带动滚柱运动，滚柱绕着丝杠公转的同时自转，再由滚柱将动力传递给螺母，螺母产生轴向位移，螺母周向固定，作为输出端，从而带动滚柱绕丝杠做公转运动，使其沿着丝杠螺纹前进，推动负载。
因此，为了实现行星滚柱丝杠副在出厂前进行跑合和性能测试，提出一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置及加载方法，模拟行星滚柱丝杠副的实际工作过程，为行星滚柱丝杠副的跑合和性能标定提供试验数据。
发明内容
本发明提供一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置及加载方法，模拟行星滚柱丝杠副的实际工作过程，为行星滚柱丝杠副的跑合和性能标定提供试验数据。
本发明解决技术问题所采用的技术方案是：
一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置，包括依次同轴连接的伺服电机1、联轴器2、扭矩传感器3、联轴器2、圆锥滚子轴承4、丝杠5、螺母6、套筒7、拉压力传感器8、弹簧9、滑块10、挡板11；螺母6通过键与套筒7连接，套筒7两端端盖通过两个直线导轨14支承在工作台12上，套筒7和工作台12之间安装有直线光栅传感器13；弹簧9的一端与拉压力传感器8连接，弹簧9的另一端连接有滑块10和挡板11，挡板11固定连接在工作台12上；丝杠5一端通过圆锥滚子轴承4与支座和工作台12连接，螺母6在丝杠5滑移，带动套筒7和拉压力传感器8沿着直线导轨14滑移；扭矩传感器3与伺服电机1和丝杠5之间通过联轴器2相连；伺服电机1、扭矩传感器3、圆锥滚子轴承4、套筒7均由与支承架15相似的支座固定连接在工作台12上。
所述丝杠5和螺母6是行星滚柱丝杠副的两个主要组成部分，行星滚柱丝杠副还包括若干个滚柱；若干个滚柱均匀分布在丝杠5的外侧与螺母6的内孔中，丝杠5转动时，滚柱做行星运动，螺母6不转动时则沿丝杠5的轴向滑移。
拉压力传感器8安装在套筒7与弹簧9之间，用于反馈弹簧9的拉力或者压力值大小；滑块10是一种厚度可调的调整装置，用于调整行星滚柱丝杠副中丝杠的试验段的位置；光栅传感器13布置在套筒7和工作台12之间，用于反馈螺母6相对丝杠5的移动位移。
一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置的加载方法，分为正向加载和反向加载两个过程；所述在正向加载时，伺服电机1驱动丝杠5转动，丝杠5带动的螺母6沿其轴向向右滑移，螺母6带动套筒7和拉压力传感器8向右移动，弹簧9被压缩，在丝杠5和螺母6之间开始加载，随着伺服电机1的继续转动，螺母6与丝杠5之间的载荷逐步增加；当二者之间的载荷达到预设值时，伺服电机1反向转动，螺母6向左滑移，螺母6与丝杠5之间的载荷逐步减小；当弹簧9处于自然状态时，拉压力传感器8的示数为零，此时正向加载过程结束；反向加载时，伺服电机1继续反向转动，螺母6带动套筒7、拉压力传感器8一起向左移动，弹簧9被拉伸，随着伺服电机1的继续转动，弹簧9进一步被拉伸，丝杠5和螺母6之间的载荷增加，当拉压力传感器8的示数达到预设值时，伺服电机1反向转动，螺母6带动套筒7、拉压力传感器8向右移动，螺母6与丝杠5之间的载荷逐步减小，当弹簧9处于自然状态时，拉压力传感器8的示数为零，此时反向加载过程结束。
本发明的有益效果：通过伺服电机的直连直驱方式驱动行星滚柱丝杠副工作，利用扭矩传感器、拉压力传感器和光栅传感器作为系统的测量和反馈信号采集，形成整个装置的闭环控制；通过弹簧的拉伸量和压缩量的变化，实现行星滚柱丝杠副的变载荷工作；通过滑块的厚度调节行星滚柱丝杠副中丝杠工作段的位置。此装置结构简单，能够实现行星滚柱丝杠副的双向变载荷加载，可以选择丝杠的工作段位置，测量的效率和准确度高，对行星滚柱丝杠副的综合性能测试和产品质量提升具有工程意义。
附图说明
图1是一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置结构示意图。
图中：1-伺服电机，2-联轴器，3-扭矩传感器，4-圆锥滚子轴，5-丝杠，6-螺母，7-套筒，8-拉压力传感器，9-弹簧，10-滑块，11-挡板，12-工作台，13-光栅传感器，14-直线导轨，15-支承架。
具体实施方式
下面结合附图和详细介绍本发明的具体实施方法。
如图1，一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置，由依次同轴连接的伺服电机1、联轴器2、扭矩传感器3、联轴器2、圆锥滚子轴承4、丝杠5、套筒7、拉压力传感器8、弹簧9、滑块10、挡板11组成；丝杠5一端通过安装在圆锥滚子轴承4上，另一端通过套筒7固定，丝杠螺母6通过键与套筒7连接，同时套筒7两端挡板分别由两个平行于工作台12的直线导轨14支承，直线导轨14下边同时安装有直线光栅传感器13，弹簧9的一端与拉压力传感器8固定连接，另一端装有滑块10和挡板11，挡板11固定在工作台12上；伺服电机1和扭矩传感器3之间，扭矩传感器3和丝杠5之间分别由联轴器2相连，伺服电机1、扭矩传感器3、圆锥滚子轴承4、套筒7均由相类似的支承架15固定支承，支承架15等由螺栓固定在工作台12的凹槽内，挡板11固定在工作台12上起阻碍作用。
行星滚柱丝杠副作为一种新型的传动装置，采用伺服电机1作为动力源，通过扭矩传感器3、光栅传感器13和拉压力传感器8进行反馈与测量，实现行星滚柱丝杠副的闭环加载和精确控制。
扭矩传感器3的两轴端分别通过联轴器2与伺服电机1的轴端和行星滚柱丝杠副5的一端相连接，来测试并反馈伺服电机1的输出扭矩和转速值。
直线导轨14的定位精度较高，承受载荷能力强，使用寿命长；直线导轨14将套筒7与工作台12之间进行连接，对套筒7起支承和导向作用，引导套筒7带动螺母6作直线往复运动。
光栅传感器13作为长度测量基准，可检测运动的平稳性及加速度的跃升与脉冲，实现了对行星滚柱丝杠副工作状态下定位精度的测量。
一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置的工作原理：
一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置，由依次同轴连接的伺服电机、联轴器、扭矩传感器、联轴器、圆锥滚子轴承、丝杠、套筒、拉压力传感器、弹簧、滑块、挡板组成；伺服电机同扭矩传感器，扭矩传感器与行星滚柱丝杠副之间分别通过联轴器连接；行星滚柱丝杠副一端由两个相背的圆锥滚子轴承支承，丝杠螺母与套筒连接，套筒则通过连接两个相平行的直线导轨而前后移动，导轨下边同时安装有直线光栅传感器，弹簧一端与拉压力传感器固定，另一端与滑块固定连接。
一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置的加载方法：
正向加载时，伺服电机1驱动丝杠5转动，丝杠5带动的螺母6沿其轴向向右滑移，螺母6带动套筒7和拉压力传感器8向右移动，弹簧9被压缩，在丝杠5和螺母6之间开始加载，随着伺服电机1的继续转动，螺母6与丝杠5之间的载荷逐步增加；当二者之间的载荷达到预设值时，伺服电机1反向转动，螺母6向左滑移，螺母6与丝杠5之间的载荷逐步减小；当弹簧9处于自然状态时，拉压力传感器8的示数为零，此时正向加载过程结束。
反向加载时，伺服电机1继续反向转动，螺母6带动套筒7、拉压力传感器8一起向左移动，弹簧9被拉伸，随着伺服电机1的继续转动，弹簧9进一步被拉伸，丝杠5和螺母6之间的载荷增加，当拉压力传感器8的示数达到预设值时，伺服电机1反向转动，螺母6带动套筒7、拉压力传感器8向右移动，螺母6与丝杠5之间的载荷逐步减小，当弹簧9处于自然状态时，拉压力传感器8的示数为零，此时反向加载过程结束。
Claims (4)
1.一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置，其特征包括依次同轴连接的伺服电机（1）、联轴器（2）、扭矩传感器（3）、联轴器（2）、圆锥滚子轴承（4）、丝杠（5）、螺母（6）、套筒（7）、拉压力传感器（8）、弹簧（9）、滑块（10）、挡板（11）；螺母（6）通过键与套筒（7）连接，套筒（7）两端端盖通过两个直线导轨（14）支承在工作台（12）上，套筒（7）和工作台（12）之间安装有直线光栅传感器（13）；弹簧（9）的一端与拉压力传感器（8）连接，弹簧（9）的另一端连接有滑块（10）和挡板（11），挡板（11）固定连接在工作台（12）上；丝杠（5）一端通过圆锥滚子轴承（4）与支座和工作台（12）连接，螺母（6）在丝杠（5）上滑移，带动套筒（7）和拉压力传感器（8）沿着直线导轨（14）滑移；扭矩传感器（3）与伺服电机（1）和丝杠（5）之间通过联轴器（2）相连；伺服电机（1）、扭矩传感器（3）、圆锥滚子轴承（4）、套筒（7）均由与支承架（15）相似的支座固定连接在工作台（12）上。
2.权利要求1所述的一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置，其特征在于，所述丝杠（5）和螺母（6）是行星滚柱丝杠副的两个主要组成部分，行星滚柱丝杠副还包括若干个滚柱；若干个滚柱均匀分布在丝杠（5）的外侧与螺母（6）的内孔中，丝杠（5）转动时，滚柱做行星运动，螺母（6）不转动时则沿丝杠（5）的轴向滑移。
3.权利要求1 所述的一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置，其特征在于拉压力传感器（8）安装在套筒（7）与弹簧（9）之间，用于反馈弹簧（9）的拉力或者压力值大小；滑块（10）是一种厚度可调的调整装置，用于调整行星滚柱丝杠副中丝杠的试验段的位置；光栅传感器（13）布置在套筒（7）和工作台（12）之间，用于反馈螺母（6）相对丝杠（5）的移动位移。
4.权利要求2所述的一种行星滚柱丝杠副的双向变加载装置的加载方法，其特征在于分为正向加载和反向加载两个过程；正向加载时，伺服电机（1）驱动丝杠（5）转动，丝杠（5）带动的螺母（6）沿其轴向向右滑移，螺母（6）带动套筒（7）和拉压力传感器（8）向右移动，弹簧（9）被压缩，在丝杠（5）和螺母（6）之间开始加载，随着伺服电机（1）的继续转动，螺母（6）与丝杠（5）之间的载荷逐步增加；当二者之间的载荷达到预设值时，伺服电机（1）反向转动，螺母（6）向左滑移，螺母（6）与丝杠（5）之间的载荷逐步减小；当弹簧（9）处于自然状态时，拉压力传感器（8）的示数为零，此时正向加载过程结束；反向加载时，伺服电机（1）继续反向转动，螺母（6）带动套筒（7）、拉压力传感器（8）一起向左移动，弹簧（9）被拉伸，随着伺服电机（1）的继续转动，弹簧（9）进一步被拉伸，丝杠（5）和螺母（6）之间的载荷增加，当拉压力传感器（8）的示数达到预设值时，伺服电机（1）反向转动，螺母（6）带动套筒（7）、拉压力传感器（8）向右移动，螺母（6）与丝杠（5）之间的载荷逐步减小，当弹簧（9）处于自然状态时，拉压力传感器（8）的示数为零，此时反向加载过程结束。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 723000, Shaanxi City, Hantai province Hanzhoung District East first ring road Patentee after: SHAANXI University OF TECHNOLOGY Address before: 723000, Shaanxi City, Hantai province Hanzhoung District East first ring road Patentee before: SHAANXI University OF TECHNOLOGY |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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Effective date of registration: 20210330 Address after: 723000 east section of Xinghan Road, Hantai District, Hanzhong City, Shaanxi Province Patentee after: Hanjiang Precision Machinery Co.,Ltd. Address before: 723000 dongyihuan Road, Hantai District, Hanzhong City, Shaanxi Province Patentee before: SHAANXI University OF TECHNOLOGY |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20190212 Termination date: 20211126 |