CN108362452A - 一种可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法 - Google Patents
一种可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108362452A CN108362452A CN201810139486.5A CN201810139486A CN108362452A CN 108362452 A CN108362452 A CN 108362452A CN 201810139486 A CN201810139486 A CN 201810139486A CN 108362452 A CN108362452 A CN 108362452A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- planetary roller
- roller screw
- axial
- static
- dynamic stiffness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
- G01M5/0041—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress
- G01M5/005—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems
- G01M5/0058—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems of elongated objects, e.g. pipes, masts, towers or railways
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M13/00—Testing of machine parts
- G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
- G01M13/025—Test-benches with rotational drive means and loading means; Load or drive simulation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
Abstract
本发明提供一种可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法。该测量方法先对标定杆施加恒定外载,测得安装标定杆时整个测量装置总的静刚度值,再计算得除被测件标定杆之外测量装置其他各部件的总的静刚度值。然后将被测件替换为行星滚柱丝杠,对其施加轴向恒定外载测得该状态下整个测量装置总的静刚度,再计算得到行星滚柱丝杠的轴向静刚度值。最后,对行星滚柱丝杠施加某频率的轴向正弦外载,测得安装行星滚柱丝杠时整个测量装置的动刚度值。与相关技术相比,本发明提供的可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法该方法测量准确,能提前发现不足,避免隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种静动刚度测量方法,具体涉及一种可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法。
背景技术
行星滚柱丝杠是一种将旋转运动转化为直线运动的机械传动装置,具有大推力、高精度、高频响、高效率、长寿命等优点,因而被广泛应用于航空航天、高档数控机床、医疗器械、精密仪器、武器装备以及工业机器人等领域。
轴向刚度是评价行星滚柱丝杠综合性能的重要指标之一,刚度不足会降低传动精度和增大摩擦力矩,进而降低寿命。而实际工况下,常常发生由于行星滚柱丝杠的轴向动刚度不足而引起整个机构剧烈振动的情况,严重时甚至有可能使结构破坏。行星滚柱丝杠作为机电作动器的主要执行机构,对它的动态特性有着较高的要求,行星滚柱丝杠在遭受较大扰动情况下仍能够按照指令要求准确地完成预定动作,对行星滚柱丝杠乃至整个作动系统都起着至关重要的作用。
上述行星滚柱丝杠轴向动刚度表征了结构在动载荷下抵抗变形的能力,即为在该方向上施加一定的动态激振力,当产生单位振动所需要的动态力的大小。动刚度不足,会使行星滚柱丝杠的振动变形迅速增大,在结构内部产生较大的动应力,从而使结构提前发生疲劳破坏;通过对行星滚柱丝杠动刚度的分析可以较早的发现结构动态设计中的不足,便于设计修改,所以对于行星滚柱丝杠轴向动刚度的研究分析变得相当重要。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的是提供一种可用于行星滚柱丝杠轴向静动刚度测量的测量方法。
本发明提供一种可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法,包括以下步骤:
步骤S1:提供支撑机构、加载机构、拉压力传感器、液压缸、复合控制器、载荷指令、直线光栅尺、分析计算机和标定杆,将所述标定杆沿轴线方向安装于支撑机构与加载机构之间;通过液压缸对标定杆施加恒定外载,通过拉压力传感器与直线光栅尺的输出数据计算得到安装标定杆时整个测量装置中的静刚度值;
步骤S2:支撑机构、加载机构与被测件标定杆为串联关系,计算求得支撑机构与加载机构总的静刚度值;
步骤S3:提供行星滚柱丝杠,拆除标定杆,安装被测件行星滚柱丝杠,对行星滚柱丝杠施加轴向恒定外载,测得该状态下整个测量装置总的静刚度;同理,应用串联结构各组件刚度值之间的关系即可计算得到行星滚柱丝杠的轴向静刚度值;步骤S4:对行星滚柱丝杠施加轴向正弦外载荷频率,测得安装行星滚柱丝杠时整个测量装置的动刚度值;在进行行星滚柱丝杠轴向动刚度的计算时,将支撑件和加载机构的总的动刚度值简化为其静刚度值并代入计算;同样利用串联结构各组件刚度之间的关系,即可求得行星滚柱丝杠的轴向动刚度值。
优选的,步骤S2中,支撑机构与加载机构总的静刚度值通过公式(1)计算求得:
其中,k静_标定杆为步骤S1测量所得,利用拉压力传感器与直线光栅尺的输出数据与胡克定律可求得代入上式即可求得支撑机构与加载机构总的静刚度值k台;步骤S3中,对行星滚柱丝杠进行预加载、阶梯加载与卸载,对拉压力传感器的读数F静总_PRSM与直线光栅尺的读数X静总_PRSM进行实时的采集并存储于分析计算机;同理可得,
代入即可求得行星滚柱丝杠的轴向静刚度k静_PRSM。
优选的,步骤S3中安装被测件行星滚柱丝杠时,利用止转装置限定行星滚柱丝杠的旋转自由度。
优选的,所述止转装置为在行星滚柱丝杠的支撑端用胀紧套将丝杠胀紧以防止行星滚柱丝杠转动。
优选的,步骤S4中,在计算行星滚柱丝杠轴向动刚度时,将除被测件外的测量结构总的动刚度值简化为相应的静刚度值。
与相关技术相比,本发明提供的可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法首先对标定杆施加恒定外载,测得安装标定杆时整个测量装置总的静刚度值,通过串联结构各组件刚度值之间的关系计算得除被测件标定杆之外测量装置其他各部件的总的静刚度值。然后将被测件替换为行星滚柱丝杠,对其施加轴向恒定外载,测得该状态下整个测量装置总的静刚度。同理,应用串联结构各组件间刚度值之间的关系即可计算得到行星滚柱丝杠的轴向静刚度值。最后,对行星滚柱丝杠施加某频率的轴向正弦外载,测得安装行星滚柱丝杠时整个测量装置的动刚度值。该方法测量准确,能提前发现不足,避免隐患。
附图说明
图1为本发明提供的可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法中静动刚度测量系统安装标定杆的原理简图;
图2为本发明提供的可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法中静动刚度测量系统安装行星滚柱丝杠的原理简图。
附图中:
1-支撑机构;2-加载机构;3-加载系统;301-拉压力传感器;303-液压缸;304复合控制器;305-载荷指令;4-直线光栅尺;5-分析计算机;6-标定杆;7-行星滚柱丝杠。
具体实施方式
以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种行星滚柱丝杠轴向静动刚度的测量方法,包括以下步骤:
步骤S1:提供支撑机构1、加载机构2、拉压力传感器301、液压缸303、复合控制器304、载荷指令305、直线光栅尺4、分析计算机5和标定杆6,将所述标定杆6沿轴线方向安装于支撑机构1与加载机构2之间。通过液压缸303对标定杆6施加恒定外载,通过拉压力传感器301与直线光栅尺4的输出数据计算得到安装标定杆6时整个测量装置中的静刚度值k静_标定杆。
步骤S2:参照附图1,将标定杆6沿轴线方向安装于支撑机构1与加载机构2之间。首先对标定杆进行预加载,以消除支撑机构1、标定杆6、加载机构2之间的间隙。拉压力传感器301通过数据传输302给复合控制器304,输入载荷指令305通过复合控制器304来控制液压缸303的输出轴向力,同时拉压力传感器301可对复合控制器进行反馈调节,以得到可靠的轴向输出载荷。完成预紧载荷的初始设置后,对拉压力传感器301与直线光栅尺4的读数进行调零。通过调整载荷指令305使得加载系统3以一定间隔对标定杆6施加轴向阶梯载荷,每次加载均需在拉压力传感器读数301和直线光栅尺4读数稳定一段时间后再进行下一步载荷的施加,在此过程中,对拉压力传感器301的读数F静总_标与直线光栅尺4读数X静总_标进行实时的采集并存储于分析计算机5中。待加载完成后,进行轴向载荷的阶梯卸载,注意事项与加载过程中相同,同时注意数据的采集并存储于分析计算机5。
在上述实验步骤中液压缸303输出的力作用在支撑机构1、标定杆6与加载机构2上,光栅尺4测得的变形量也是上述三者变形量的总和。参照附图,支撑机构1与加载机构2与被测件标定杆6为串联关系,设支撑机构1与加载机构2的总刚度值为k台,则在标定状态下的总的静刚度值k静总_标可表示为公式(1)
其中,k静_标定杆已通过步骤一测的,为已知量;利用拉压力传感器301与直线光栅尺4的输出数据与胡克定律可求得代入上式即可求得支撑机构1与加载机构2总的静刚度值k台。
如图2所示,步骤S3:拆除标定杆,沿行星滚柱丝杠的轴线方向将被测行星滚柱丝杠7安装于支撑机构1与加载机构2之间,因行星滚柱丝杠7无自锁功能,当螺母受到轴向载荷后会将轴向力转化为扭矩,进而带动丝杠的转动。所以,必须增加止转装置(未图示)对丝杠的旋转自由度加以限制,才能保证行星滚柱丝杠7副静刚度以及动刚度试验的顺利进行。所述止转装置为在行星滚柱丝杠的支撑端用胀紧套将丝杠胀紧以防止行星滚柱丝杠转动。
同步骤S2中,对行星滚柱丝杠7进行预加载、阶梯加载与卸载,对拉压力传感器301的读数F静总_PRSM与直线光栅尺4的读数X静总_PRSM进行实时的采集并存储于分析计算机5。
同理可得,
代入即可求得行星滚柱丝杠7的轴向静刚度k静_PRSM。
步骤S4:再次对行星滚柱丝杠7进行预加载,以消除支撑机构1、行星滚柱丝杠7、加载机构2之间的间隙,预加载的载荷初始设置为静刚度测试时的初始预紧值,也可根据实际测试状态调整初始预紧载荷的大小。完成预紧载荷的初始设置后,对力传感器301与光栅尺4的读数进行调零。调整载荷指令305使得加载系统3输出某一频率的正弦载荷,将该正弦载荷的频率、加载历程以及该动载频率下光栅尺位移4的变化量进行采集与存储,逐渐改变所施加正弦载荷的频率,并实时保存测得的液压缸303的输出力、频率以及相对应的位移。对拉压力传感器301的读数F动总_PRSM与直线光栅尺4的读数X动总_PRSM进行实时的采集并存储于分析计算机5。
在求解行星滚柱丝杠7的轴向动刚度k动_PRSM时,做出如下简化,支撑机构1与加载机构2总的动刚度与其相应静刚度值相等,同为k台。在正弦外载作用下,输出的拉压力传感器301的读数与直线光栅尺4的读数均为正弦分布。求得拉压力传感器301输出读数正弦分布的幅值与直线光栅尺4输出读数正弦分布的幅值并代入公式(4)、(5)中,
即可求得行星滚柱丝杠7的轴向动刚度k动_PRSM。
以上所述仅为本发明的实施例,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其它相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (5)
1.一种可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:提供支撑机构(1)、加载机构(2)、拉压力传感器(301)、液压缸(303)、复合控制器(304)、载荷指令(305)、直线光栅尺(4)、分析计算机(5)和标定杆(6),将所述标定杆(6)沿轴线方向安装于支撑机构(1)与加载机构(2)之间;通过液压缸(303)对标定杆(6)施加恒定外载,通过拉压力传感器(301)与直线光栅尺(4)的输出数据计算得到安装标定杆(6)时整个测量装置中的静刚度值;
步骤S2:支撑机构(1)、加载机构(2)与被测件标定杆(6)为串联关系,计算求得支撑机构(1)与加载机构(2)总的静刚度值;步骤S3:提供行星滚柱丝杠(7),拆除标定杆(6),安装被测件行星滚柱丝杠(7),对行星滚柱丝杠(7)施加轴向恒定外载,测得该状态下整个测量装置总的静刚度;同理,应用串联结构各组件刚度值之间的关系即可计算得到行星滚柱丝杠(7)的轴向静刚度值;
步骤S4:对行星滚柱丝杠(7)施加轴向正弦外载荷频率,测得安装行星滚柱丝杠(7)时整个测量装置的动刚度值;在进行行星滚柱丝杠(7)轴向动刚度的计算时,将支撑件和加载机构的总的动刚度值简化为其静刚度值并代入计算;同样利用串联结构各组件刚度之间的关系,即可求得行星滚柱丝杠(7)的轴向动刚度值。
2.根据权利要求1所述的可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法,其特征在于,步骤S2中,支撑机构与加载机构总的静刚度值通过公式(1)计算求得:
其中,k静_标定杆为步骤S1测量所得,利用拉压力传感器与直线光栅尺的输出数据与胡克定律可求得代入上式即可求得支撑机构与加载机构总的静刚度值k台;步骤S3中,对行星滚柱丝杠进行预加载、阶梯加载与卸载,对拉压力传感器的读数F静总_PRSM与直线光栅尺的读数x静总_PRSM进行实时的采集并存储于分析计算机;
同理可得,
代入即可求得行星滚柱丝杠的轴向静刚度k静_PRSM。
3.根据权利要求1所述的可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法,其特征在于,步骤S3中安装被测件行星滚柱丝杠时,利用止转装置限定行星滚柱丝杠的旋转自由度。
4.根据权利要求3所述的可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法,其特征在于,所述止转装置为在行星滚柱丝杠的支撑端用胀紧套将丝杠胀紧以防止行星滚柱丝杠转动。
5.根据权利要求1所述的可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法,其特征在于,步骤S4中,在计算行星滚柱丝杠轴向动刚度时,将除被测件外的测量结构总的动刚度值简化为相应的静刚度值。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810139486.5A CN108362452B (zh) | 2018-02-04 | 2018-02-04 | 一种可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201810139486.5A CN108362452B (zh) | 2018-02-04 | 2018-02-04 | 一种可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN108362452A true CN108362452A (zh) | 2018-08-03 |
CN108362452B CN108362452B (zh) | 2020-04-24 |
Family
ID=63005651
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201810139486.5A Active CN108362452B (zh) | 2018-02-04 | 2018-02-04 | 一种可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN108362452B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110795800A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-02-14 | 广州广电计量检测股份有限公司 | 一种螺杆刚度确定方法 |
CN112639429A (zh) * | 2018-09-07 | 2021-04-09 | 蛇目缝纫机工业株式会社 | 冲压装置、终端装置、滚珠丝杠估计寿命计算方法以及程序 |
CN113125151A (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-16 | 杭州新剑机器人技术股份有限公司 | 精密丝杠综合性能测试装置 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011129738A (ja) * | 2009-12-18 | 2011-06-30 | Nippon Inter Electronics Corp | ショットキーバリアダイオード |
CN202853814U (zh) * | 2012-10-24 | 2013-04-03 | 西安科技大学 | 一种基于形状记忆合金的可变刚度测力装置 |
CN103018104A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-03 | 南京理工大学 | 滚珠丝杠副轴向静刚度卧式测量装置及其方法 |
CN103926077A (zh) * | 2014-04-24 | 2014-07-16 | 清华大学 | 一种滚珠丝杠静动刚度综合测量装置 |
CN104897354A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-09-09 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种飞机发动机隔振器刚度及阻尼的测试装置及测试方法 |
CN104977218A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-10-14 | 戴振东 | 微小弹性零件刚度检测装置及方法 |
CN105890895A (zh) * | 2016-04-12 | 2016-08-24 | 西北工业大学 | 一种行星滚柱丝杠副综合性能测试实验台 |
CN206515029U (zh) * | 2017-02-07 | 2017-09-22 | 河北工业大学 | 一种机床主轴轴向动刚度测试仪 |
CN107202692A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-26 | 同济大学 | 一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置及方法 |
-
2018
- 2018-02-04 CN CN201810139486.5A patent/CN108362452B/zh active Active
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011129738A (ja) * | 2009-12-18 | 2011-06-30 | Nippon Inter Electronics Corp | ショットキーバリアダイオード |
CN202853814U (zh) * | 2012-10-24 | 2013-04-03 | 西安科技大学 | 一种基于形状记忆合金的可变刚度测力装置 |
CN103018104A (zh) * | 2012-12-26 | 2013-04-03 | 南京理工大学 | 滚珠丝杠副轴向静刚度卧式测量装置及其方法 |
CN103926077A (zh) * | 2014-04-24 | 2014-07-16 | 清华大学 | 一种滚珠丝杠静动刚度综合测量装置 |
CN104897354A (zh) * | 2015-06-23 | 2015-09-09 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | 一种飞机发动机隔振器刚度及阻尼的测试装置及测试方法 |
CN104977218A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-10-14 | 戴振东 | 微小弹性零件刚度检测装置及方法 |
CN105890895A (zh) * | 2016-04-12 | 2016-08-24 | 西北工业大学 | 一种行星滚柱丝杠副综合性能测试实验台 |
CN206515029U (zh) * | 2017-02-07 | 2017-09-22 | 河北工业大学 | 一种机床主轴轴向动刚度测试仪 |
CN107202692A (zh) * | 2017-05-12 | 2017-09-26 | 同济大学 | 一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置及方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
韩亚倩 等: ""基于静电力的可溯源微悬臂梁刚度标定方法"", 《仪器仪表学报》 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112639429A (zh) * | 2018-09-07 | 2021-04-09 | 蛇目缝纫机工业株式会社 | 冲压装置、终端装置、滚珠丝杠估计寿命计算方法以及程序 |
CN110795800A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-02-14 | 广州广电计量检测股份有限公司 | 一种螺杆刚度确定方法 |
CN113125151A (zh) * | 2019-12-31 | 2021-07-16 | 杭州新剑机器人技术股份有限公司 | 精密丝杠综合性能测试装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN108362452B (zh) | 2020-04-24 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108362452A (zh) | 一种可用于行星滚柱丝杠的轴向静动刚度测量的测量方法 | |
US3969930A (en) | Testing viscoelastic solids | |
AU2014388970A1 (en) | Distributed sensing optical fiber multi-objective multi-degree-of-freedom static and dynamic test device and method | |
US9002662B2 (en) | Torque calculation method, calculation device, and calculation program for four-point contact ball bearing | |
Chen et al. | Tightening behavior of bolted joint with non-parallel bearing surface | |
CN108444700A (zh) | 圆柱齿轮啮合刚度静态测量装置及测试方法 | |
CN105606453A (zh) | 一种大尺寸复合材料豆荚杆轴向压缩性能的试验测试系统 | |
Swanson | Handbook of fatigue testing | |
Pacana et al. | FEM analysis of stress distribution in the hermetic harmonic drive flexspline | |
CN108279119B (zh) | 一种参数可调的挤压油膜阻尼器性能试验装置 | |
CN109959514A (zh) | 配对角接触球轴承动态摩擦性能在线测试装置 | |
Tsonev et al. | System for materials testing at static loading | |
CN101907540A (zh) | 陀螺仪表轴承轴向预紧力及不等刚度的测试方法 | |
Palermo et al. | A novel gear test rig with adjustable shaft compliance and misalignments part I: design | |
CN107532958A (zh) | 变形测量扭矩仪 | |
CN208366601U (zh) | 圆柱齿轮啮合刚度静态测量装置 | |
US5533380A (en) | Automatic force balance calibration system | |
Rhew | NASA LaRC Strain Gage Balance Design Concepts | |
Jiang et al. | Development and validation of analytical model for stiffness analysis of curvic coupling in tightening | |
Ianici et al. | Dynamic Analysis of the Double Harmonic Transmission (DHT) | |
Kušnerová et al. | A new way of measuring the belt friction coefficient using a digital servomotor | |
Palermo et al. | A novel gear test rig with adjustable shaft compliance and misalignments. Part II: Instrumentation | |
JP2022095567A (ja) | 時計シャフトの機械的性質の試験用装置及び方法 | |
Taylor et al. | Measured performance of a highly preloaded three-lobe journal bearing–-part II: dynamic characteristics | |
Bo et al. | Design of Torque Standard Device for Extreme Environment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |