CN109029984A - 一种适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构，该测量机构包括被测主轴系、花键主轴系、陪跑主轴系、制动器主轴系及支撑上述机构的测量箱体，上述四个轴系均通过机架安装在测量箱体上，制动器主轴系有一组齿轮副常啮合，通过移动花键主轴系上的第一滑移齿轮及制动器主轴系上的第二滑移齿轮的位置实现四档转换。本发明能满足滚珠丝杠副的四档转换测量，实现一次装夹后，完成四种状态正传动有负载档、正传动无负载档、逆传动有负载档和逆传动无负载档下丝杠副的测量；且采用立式结构，能减少头、尾架同轴度误差，减少丝杠挠度，结构简单，安装方便。
Description
技术领域
本发明属于滚珠丝杠副传动效率动态测量领域，特别是一种适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构。
背景技术
在现代制造系统中，数控机床对制造业起着举足轻重的作用。近年来，随着国内数控机床工业技术水平的逐渐提升，数控机床性能有了长远的发展，机床产业的发展取得了明显的进步。但是，从机床产品总体技术水平来看，我国与国际先进水平还有较大差距，特别在一些高性能、高精度的高端机床产品方面差距尤为明显。作为数控机床关键功能部件的传动功能部件，在传动效率的动态测量与性能特性研究方面的问题非常突出，急需技术攻关来解决。因此，从丝杠副传动效率动态测量与性能研究入手，检验并提高传动功能部件的传动效率已成为国产传动功能部件生产企业的当务之急，直接影响到我国机床行业和装备制造业的发展。
丝杠副作为传动与定位的首选部件，其传动效率影响着系统的工作效率。目前国内在丝杠副传动效率动态测量方面的研究尚不成熟，主要存在以下一些不足之处：
(1)丝杠副传动效率普遍是经验值，无法具体确定准确数值；
(2)相关试验方法研究较少，实验开展不完善，导致国内滚珠丝杠副行业的发展受到了一定的限制；
(3)国内缺乏实验设备，无法实现传动效率的动态测量。
现在为了测量丝杠副传动效率，通常方法是先将丝杠正装，然后通过加负载(砝码，加压等方式)，逐一测量丝杠传动效率；再将丝杠拆卸，反装，加载，测量丝杠传动效率。但是在这种方式下测量丝杠传动效率不仅效率低下，且不能测量丝杠逆传动时的传动效率。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构，包括被测主轴系、花键主轴系、陪跑主轴系、制动器主轴系及支撑上述机构的测量箱体，上述四个轴系均通过机架安装在测量箱体上，制动器主轴系有一组齿轮副常啮合，通过移动花键主轴系上的第一滑移齿轮及制动器主轴系上的第二滑移齿轮的位置实现四档转换；所述被测主轴系包括胀套、胀套座、胀套座拖、第一机架、第一连轴器、三参数传感器、第二联轴器、第一齿轮、第一主轴、第二主轴；所述第一主轴的一端设置胀套座，第一主轴的另一端固连第一连轴器的一端，胀套座与第一连轴器之间设置用于将第一主轴固定于测量箱体上的第一机架，胀套座与第一机架之间设置胀套座拖，胀套的一端固定于胀套座上远离第一机架的一端，且胀套的另一端连接被测丝杠，胀套座的另一端与胀套座拖固连；第一连轴器的另一端固连三参数传感器的一端，三参数传感器的另一端固连第二联轴器的一端，第二联轴器的另一端固连第二主轴的一端，第二主轴的另一端设置第一齿轮；所述花键主轴系包括花键轴、第二机架、第一滑移齿轮、第一传动齿轮；所述花键轴的一端设置用于将花键轴固定于测量箱体上的第二机架，花键轴的另一端设置第一传动齿轮，第二机架与第一传动齿轮之间设置第一滑移齿轮，第一滑移齿轮可沿花键轴的轴向移动；第一滑移齿轮与外界电机输出齿轮相啮合；所述陪跑主轴系包括第三机架、第三联轴器、传动轴、第二传动齿轮；所述传动轴的一端固连第三联轴器的一端，第三联轴器的另一端设置第二传动齿轮，第三联轴器的另一端固连第三机架的一端，第三机架的另一端连接陪跑丝杠；第三机架固定于测量箱体上；所述制动器主轴系包括第四机架、制动器连接轴、第二滑移齿轮、第一锥齿轮、第二锥齿轮、传动主轴、第四联轴器、制动器；所述制动器连接轴的一端设置第四机架，制动器连接的另一端设置第一锥齿轮，第四机架与第一锥齿轮之间设置第二滑移齿轮，第二滑移齿轮可沿制动器连接轴的轴向移动；所述传动主轴的一端设置第二锥齿轮，传动主轴的另一端固连第四联轴器的一端，第四联轴器的另一端固连制动器；所述第四机架固定于测量箱体上，第一锥齿轮与第二锥齿轮相啮合，制动器用于提供负载。
本发明与现有技术相比，其显著优点：1)本发明原理简单，通过齿轮间啮合关系的转换实现测量正传动有负载、正传动无负载、逆传动有负载、逆传动无负载四种情况下丝杠的传动效率；2)本发明换挡动作由滑移齿轮完成，控制简单可靠，极大地增加了装置的实用性能和操作性能。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明四档转换测量机构的总体结构示意图。
图2为本发明四档转换测量机构的被测主轴系示意图。
图3为本发明四档转换测量机构的花键主轴系示意图。
图4为本发明四档转换测量机构的陪跑主轴系示意图。
图5为本发明四档转换测量机构的制动器主轴系示意图。
图6为本发明四档转换测量机构的正传动有负载档位传动流程图。
图7为本发明四档转换测量机构的正传动无负载档位传动流程图。
图8为本发明四档转换测量机构的逆传动有负载档位传动流程图。
图9为本发明四档转换测量机构的逆传动无负载档位传动流程图。
具体实施方式
结合图1，本发明一种适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构，包括被测主轴系1、花键主轴系2、陪跑主轴系3、制动器主轴系4及支撑上述机构的测量箱体，上述四个轴系均通过机架安装在测量箱体上，制动器主轴系4有一组齿轮副常啮合，通过移动花键主轴系2上的第一滑移齿轮2-3及制动器主轴系4上的第二滑移齿轮4-3的位置实现四档转换，四档包括正传动有负载档、正传动无负载档、逆传动有负载档、逆传动无负载档。
结合图2，被测主轴系1包括胀套1-1、胀套座1-2、胀套座拖1-3、第一机架1-4、第一连轴器1-5、三参数传感器1-6、第二联轴器1-7、第一齿轮1-8、第一主轴1-9、第二主轴1-10；第一主轴1-9的一端设置胀套座1-2，第一主轴1-9的另一端固连第一连轴器1-5的一端，胀套座1-2与第一连轴器1-5之间设置用于将第一主轴1-9固定于测量箱体上的第一机架1-4，胀套座1-2与第一机架1-4之间设置胀套座拖1-3，胀套1-1的一端固定于胀套座1-2上远离第一机架1-4的一端，且胀套1-1的另一端连接被测丝杠5，胀套座1-2的另一端与胀套座拖1-3固连；第一连轴器1-5的另一端固连三参数传感器1-6的一端，三参数传感器1-6的另一端固连第二联轴器1-7的一端，第二联轴器1-7的另一端固连第二主轴1-10的一端，第二主轴1-10的另一端设置第一齿轮1-8。
结合图3，花键主轴系2包括花键轴2-1、第二机架2-2、第一滑移齿轮2-3、第一传动齿轮2-4；花键轴2-1的一端设置用于将花键轴2-1固定于测量箱体上的第二机架2-2，花键轴2-1的另一端设置第一传动齿轮2-4，第二机架2-2与第一传动齿轮2-4之间设置第一滑移齿轮2-3，第一滑移齿轮2-3可沿花键轴2-1的轴向移动；第一滑移齿轮2-3与外界电机输出齿轮相啮合。
结合图4，陪跑主轴系3包括第三机架3-2、第三联轴器3-3、传动轴3-4、第二传动齿轮3-5；传动轴3-4的一端固连第三联轴器3-3的一端，第三联轴器3-3的另一端设置第二传动齿轮3-5，第三联轴器3-3的另一端固连第三机架3-2的一端，第三机架3-2的另一端连接陪跑丝杠3-1；第三机架3-2固定于测量箱体上。
结合图5，制动器主轴系4包括第四机架4-1、制动器连接轴4-2、第二滑移齿轮4-3、第一锥齿轮4-4、第二锥齿轮4-5、传动主轴4-6、第四联轴器4-7、制动器4-8；制动器连接轴4-2的一端设置第四机架4-1，制动器连接轴4-2的另一端设置第一锥齿轮4-4，第四机架4-1与第一锥齿轮4-4之间设置第二滑移齿轮4-3，第二滑移齿轮4-3可沿制动器连接轴4-2的轴向移动；传动主轴4-6的一端设置第二锥齿轮4-5，传动主轴4-6的另一端固连第四联轴器4-7的一端，第四联轴器4-7的另一端固连制动器4-8；第四机架4-1固定于测量箱体上，第一锥齿轮4-4与第二锥齿轮4-5相啮合，制动器4-8用于提供负载。
四档转换测量机构处于正传动有负载档状态时，花键主轴系2上的第一滑移齿轮2-3与被测主轴系1上的第一齿轮1-8相啮合，制动器主轴系4上的第二滑移齿轮4-3与陪跑主轴系3上的第二传动齿轮3-5相啮合。正传动有负载档位传动流程如图6所示，具体如下：
1、驱动电机——电机输出齿轮——花键主轴的第一传动齿轮2-4——第一滑移齿轮2-3被测主轴的第一齿轮1-8——被测丝杠5——被测丝杠轴端齿轮——陪跑丝杠轴端齿轮——陪跑丝杠3-1。
2、制动器4-8——第二锥齿轮4-5——第一锥齿轮4-4——第二滑移齿轮4-3——陪跑主轴第二传动齿轮3-5——陪跑丝杠3-1。
四档转换测量机构处于正传动无负载档状态时，花键主轴系2上的第一滑移齿轮2-3与被测主轴系1上的第一齿轮1-8相啮合，制动器主轴系4上的第二滑移齿轮4-3与陪跑主轴系3上的第二传动齿轮3-5、被测主轴系1上的第一齿轮1-8均分离。正传动无负载档位传动流程如图7所示，具体如下：
驱动电机——电机输出齿轮——花键主轴第一传动齿轮2-4——第一滑移齿轮2-3——被测主轴第一齿轮1-8——被测丝杠5——被测丝杠轴端齿轮——陪跑丝杠轴端齿轮——陪跑丝杠3-1。
四档转换测量机构处于逆传动有负载档状态时，花键主轴系2上的第一滑移齿轮2-3与陪跑主轴系3上的第二传动齿轮3-5相啮合，制动器主轴系4上的第二滑移齿轮4-3与被测主轴系1上的第一齿轮1-8相啮合。逆传动有负载档位传动流程如图8所示，具体如下：
1、驱动电机——电机输出齿轮——花键主轴第一传动齿轮2-4——第一滑移齿轮2-3——陪跑主轴第二传动齿轮3-5——陪跑丝杠3-1——陪跑丝杠轴端齿轮——被测丝杠轴端齿轮——被测丝杠5。
2、制动器4-8——第二锥齿轮4-5——第一锥齿轮4-4——第二滑移齿轮4-3——被测主轴第一齿轮1-8——被测丝杠5。
四档转换测量机构处于逆传动无负载档状态时，花键主轴系2上的第一滑移齿轮2-3与陪跑主轴系3上的第二传动齿轮3-5相啮合，制动器主轴系4上的第二滑移齿轮4-3与陪跑主轴系3上的第二传动齿轮3-5、被测主轴系1上的第一齿轮1-8均分离。逆传动无负载档位传动流程如图9所示，具体如下：
驱动电机——电机输出齿轮——花键主轴第一传动齿轮2-4——第一滑移齿轮2-3——陪跑主轴第二传动齿轮3-5——陪跑丝杠3-1——陪跑丝杠轴端齿轮——被测丝杠轴端齿轮被测丝杠5。
本发明原理简单，在一次装夹丝杠后，便可通过齿轮间啮合关系的转换实现测量四种情况下正传动有负载、正传动无负载、逆传动有负载、逆传动无负载丝杠的传动效率；此外本发明采用立式结构，能减小头、尾架同轴度误差，减少跑合丝杠挠度，结构简单且安装方便。
Claims (7)
1.一种适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构，其特征在于，包括被测主轴系(1)、花键主轴系(2)、陪跑主轴系(3)、制动器主轴系(4)及支撑上述机构的测量箱体，上述四个轴系均通过机架安装在测量箱体上，制动器主轴系(4)有一组齿轮副常啮合，通过移动花键主轴系(2)上的第一滑移齿轮(2-3)及制动器主轴系(4)上的第二滑移齿轮(4-3)的位置实现四档转换；
所述被测主轴系(1)包括胀套(1-1)、胀套座(1-2)、胀套座拖(1-3)、第一机架(1-4)、第一连轴器(1-5)、三参数传感器(1-6)、第二联轴器(1-7)、第一齿轮(1-8)、第一主轴(1-9)、第二主轴(1-10)；所述第一主轴(1-9)的一端设置胀套座(1-2)，第一主轴(1-9)的另一端固连第一连轴器(1-5)的一端，胀套座(1-2)与第一连轴器(1-5)之间设置用于将第一主轴(1-9)固定于测量箱体上的第一机架(1-4)，胀套座(1-2)与第一机架(1-4)之间设置胀套座拖(1-3)，胀套(1-1)的一端固定于胀套座(1-2)上远离第一机架(1-4)的一端，且胀套(1-1)的另一端连接被测丝杠(5)，胀套座(1-2)的另一端与胀套座拖(1-3)固连；第一连轴器(1-5)的另一端固连三参数传感器(1-6)的一端，三参数传感器(1-6)的另一端固连第二联轴器(1-7)的一端，第二联轴器(1-7)的另一端固连第二主轴(1-10)的一端，第二主轴(1-10)的另一端设置第一齿轮(1-8)；
所述花键主轴系(2)包括花键轴(2-1)、第二机架(2-2)、第一滑移齿轮(2-3)、第一传动齿轮(2-4)；所述花键轴(2-1)的一端设置用于将花键轴(2-1)固定于测量箱体上的第二机架(2-2)，花键轴(2-1)的另一端设置第一传动齿轮(2-4)，第二机架(2-2)与第一传动齿轮(2-4)之间设置第一滑移齿轮(2-3)，第一滑移齿轮(2-3)可沿花键轴(2-1)的轴向移动；第一滑移齿轮(2-3)与外界电机输出齿轮相啮合；
所述陪跑主轴系(3)包括第三机架(3-2)、第三联轴器(3-3)、传动轴(3-4)、第二传动齿轮(3-5)；所述传动轴(3-4)的一端固连第三联轴器(3-3)的一端，第三联轴器(3-3)的另一端设置第二传动齿轮(3-5)，第三联轴器(3-3)的另一端固连第三机架(3-2)的一端，第三机架(3-2)的另一端连接陪跑丝杠(3-1)；第三机架(3-2)固定于测量箱体上；
所述制动器主轴系(4)包括第四机架(4-1)、制动器连接轴(4-2)、第二滑移齿轮(4-3)、第一锥齿轮(4-4)、第二锥齿轮(4-5)、传动主轴(4-6)、第四联轴器(4-7)、制动器(4-8)；所述制动器连接轴(4-2)的一端设置第四机架(4-1)，制动器连接轴(4-2)的另一端设置第一锥齿轮(4-4)，第四机架(4-1)与第一锥齿轮(4-4)之间设置第二滑移齿轮(4-3)，第二滑移齿轮(4-3)可沿制动器连接轴(4-2)的轴向移动；所述传动主轴(4-6)的一端设置第二锥齿轮(4-5)，传动主轴(4-6)的另一端固连第四联轴器(4-7)的一端，第四联轴器(4-7)的另一端固连制动器(4-8)；所述第四机架(4-1)固定于测量箱体上，第一锥齿轮(4-4)与第二锥齿轮(4-5)相啮合，制动器(4-8)用于提供负载。
2.根据权利要求1所述的适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构，其特征在于，所述四档包括正传动有负载档、正传动无负载档、逆传动有负载档、逆传动无负载档。
3.根据权利要求1或2所述的适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构，其特征在于，所述四档转换测量机构处于正传动有负载档状态时，花键主轴系(2)上的第一滑移齿轮(2-3)与被测主轴系(1)上的第一齿轮(1-8)相啮合，制动器主轴系(4)上的第二滑移齿轮(4-3)与陪跑主轴系(3)上的第二传动齿轮(3-5)相啮合。
4.根据权利要求1或2所述的适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构，其特征在于，所述四档转换测量机构处于正传动无负载档状态时，花键主轴系(2)上的第一滑移齿轮(2-3)与被测主轴系(1)上的第一齿轮(1-8)相啮合，制动器主轴系(4)上的第二滑移齿轮(4-3)与陪跑主轴系(3)上的第二传动齿轮(3-5)、被测主轴系(1)上的第一齿轮(1-8)均分离。
5.根据权利要求1或2所述的适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构，其特征在于，所述四档转换测量机构处于逆传动有负载档状态时，花键主轴系(2)上的第一滑移齿轮(2-3)与陪跑主轴系(3)上的第二传动齿轮(3-5)相啮合，制动器主轴系(4)上的第二滑移齿轮(4-3)与被测主轴系(1)上的第一齿轮(1-8)相啮合。
6.根据权利要求1或2所述的适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构，其特征在于，所述四档转换测量机构处于逆传动无负载档状态时，花键主轴系(2)上的第一滑移齿轮(2-3)与陪跑主轴系(3)上的第二传动齿轮(3-5)相啮合，制动器主轴系(4)上的第二滑移齿轮(4-3)与陪跑主轴系(3)上的第二传动齿轮(3-5)、被测主轴系(1)上的第一齿轮(1-8)均分离。
7.根据权利要求1所述的适用于滚珠丝杠副的四档转换测量机构，其特征在于，所述胀套(1-1)的一端通过过盈配合固定于胀套座(1-2)上远离第一机架(1-4)的一端。
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