CN109100222B - 一种卡箍刚度自动标定装置及其使用方法 - Google Patents

一种卡箍刚度自动标定装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

一种卡箍刚度自动标定装置及其使用方法，属于机械领域，该卡箍刚度自动标定装置用于快速、高精度卡箍刚度标定。卡箍刚度标定过程中，首先调整平衡位置，力和位移传感器归位。工控机发出指令，控制步进电机带动减速器转动，并通过丝杠螺母副，带动整个丝杠螺母滑台直线运动。通过弹簧作用，丝杠螺母滑台的位移平稳的传递到加载头继而使卡箍产生变形。采集装置同步采集力和位移传感器信号，输出至工控机：力信号到达设置值后，工控机控制步进电机停止转动，步进电机反转至到达反向设置值时，步进电机再次反转到达零点。本发明通过一次装夹即可得到整个过程的力‑位移曲线，得到卡箍拉伸压缩状态下的刚度；且刚度测试过程平稳连续，刚度测量准确。

Description

一种卡箍刚度自动标定装置及其使用方法
技术领域
本发明属于机械领域，涉及一种管路卡箍性能测试装置，特别的涉及一种管路支撑卡箍刚度自动标定装置。
背景技术
卡箍是连接带沟槽的管件、阀门以及管路配件的一种连接装置。带垫固定卡箍结构较为简单，一般由金属支架和衬垫组成，主要用于导管、导线及电缆的安装与固定。衬垫的材料根据使用要求可由多种材料制造，主要有不同性能的橡胶，以及塑料、玻璃纤维，甚至金属等。它们起着固定和阻尼振动的效果，同时，为满足不同的使用要求，衬垫结构形式各异。管路卡箍在液压管路系统中起到增强管路刚度、紧固管路位置的重要零件，并且卡箍在整个管路中所占的质量、体积比重非常小，在分析时，忽略卡箍的质量和体积因素，而只考虑卡箍的刚度作用。确定卡箍刚度，能够为后续卡箍布置及其他动力学分析提供指导。因此，卡箍刚度标定对管路系统的振动特性分析具有重要的意义。
根据刚度定义：刚度表示物体抵抗变形的能力，定义为力与位移之比，即Ki＝Fi/Δxi。根据公式可计算出卡箍的线刚度。
现有卡箍标定装置加载过程往往采用螺纹加载，加载过程极易产生爬行现象，加载力与位移产生较大波动，严重影响卡箍标定精度。另外，现有卡箍标定装置测点比较离散，所得力-位移曲线不够平滑。
发明内容
本发明公开一种管路卡箍刚度标定装置及标定方法，此装置具有结构简单、易操作、加载过程平稳连续，标定结果稳定等优点。
为了达到上述目的，本发明技术方案如下：
一种卡箍刚度自动标定装置，用于快速、高精度卡箍刚度标定，包括工作台底座1、刚度加强肋板2、滚珠丝杠底座3、丝杠螺母滑台4、步进电机5、减速器6、光杠7、滚珠丝杠8、加载杆9、弹簧10、限位圈11、销钉12、位移传感器13、力传感器14、加载头15、卡箍16、卡箍支座17。
所述的滚珠丝杠底座3的底面通过螺栓固定在工作台底座1上，为加强标定装置本身的刚度，在工作台底座1和滚珠丝杠底座3间设置刚度加强肋板2。所述的滚珠丝杠底座3上方固定步进电机5及减速器6，步进电机5的转动方向和转速由工控机控制。所述的减速器6上端与步进电机5连接，下端与滚珠丝杠8连接。所述的滚珠丝杠8与丝杠螺母相互配合，构成滚珠丝杠螺母副，丝杠螺母固定在丝杠螺母滑台4内。所述的丝杠螺母滑台4位于滚珠丝杠底座3中部，两个光杠7垂直穿过丝杠螺母滑台4两端固定在滚珠丝杠底座3上，丝杠螺母滑台4与光杠7相互配合，光杠7保证丝杠螺母滑台4进给方向的直线性，两个光杠7的设置保证加载过程中进给方向不发生偏转。通过上述结构，步进电机5的旋转运动转化为丝杠螺母滑台4的直线运动。
所述的丝杠螺母滑台4侧面设有两个中部带通孔的凸台结构，加载杆9装配于丝杠螺母滑台4上的两孔间。所述的加载杆9上套有两个弹簧10、一个限位圈11，限位圈11位于两个弹簧10之间，限位圈11上设有销钉孔，采用销钉12(类似紧固件，不局限于销钉)将其固定于加载杆9上。
所述的加载杆9底端与力传感器14连接，力传感器14另一端与加载头15连接，用于测量拉力和压力；所述的加载头15上方一侧固定有位移传感器13，用于测量加载头15沿加载方向位移。所述的卡箍支座17固定在工作台底座上，卡箍16设于加载头15和卡箍支座17之间。所述的力传感器14和位移传感器13与采集装置连接，用于测量卡箍16受力大小及变形量，并输出信号传输至工控机进行记录及整理，进而得到连续的力-位移曲线继而得到卡箍的刚度。
所述的减速器6和弹簧10的设置对于卡箍标定过程有及其重要的作用。卡箍标定过程中卡箍变形量十分微小，最大变形量一般不超过1mm，步进电机5即使在最低转速下，加载过程也十分短暂，无法达到平稳标定的要求。减速器6和弹簧10的使用，能极大的降低加载速度，使加载过程平稳、连续可靠。
所述的滚柱丝杠8和丝杠螺母的配合使用，相对于传统的螺纹加载，滑动摩擦转化为滚动摩擦，极大的消除了爬行现象，加载过程更加平稳。
上述卡箍刚度自动标定装置的使用方法，包括以下步骤：
准备工作：
首先，确定卡箍16加载力的最大值，作为边界条件输入工控机。根据加载力的大小，确定弹簧10的刚度，保证在加载过程中弹簧10在不过量变形的情况下发挥弹簧10的缓冲作用，使加载过程平稳、连续。
工作过程：
卡箍刚度标定过程中，首先调整到平衡位置，力传感器14和位移传感器13归位。工控机发出指令，控制步进电机5的启动，从而带动减速器6转动，经过减速器6的减速作用，转速下降，扭矩增加。通过丝杠螺母副，进一步带动整个丝杠螺母滑台4的直线运动。通过弹簧10的作用，丝杠螺母滑台4的位移平稳的传递到加载头15继而使卡箍16产生变形。
采集装置同步采集力传感器14和位移传感器13的信号，输出信号到工控机。力信号到达设置值后，工控机控制步进电机5停止转动，之后步进电机反转，直到到达反向设置值时，步进电机再次反转到达零点。通过一次装夹即可得到整个过程的力-位移曲线继而计算出卡箍16拉伸压缩状态下的刚度。
本发明的有益效果是：本发明通过卡箍刚度测量装置及其配套软硬件设备，可以有效的测量卡箍不同方向上的线刚度，刚度测试过程平稳连续，刚度测量较准确，通过本装置测得的刚度值可以为工程应用提供参考。
附图说明
图1是卡箍线刚度标定装置正等轴测图；
图2是典型卡箍示意图(双联卡箍)；(a)为轴测图；(b)为主视图；(c)为俯视图；
图3是卡箍线刚度标定装置侧视图；
图4是典型卡箍示意图(单联卡箍)；(a)为轴测图；(b)为侧视图；(c)为主视图。
图中：1工作台底座、2刚度加强肋板、3滚珠丝杠底座、4丝杠螺母滑台、5步进电机、6减速器、7光杠、8滚珠丝杠、9加载杆、10弹簧、11限位圈、12销钉、13位移传感器、14力传感器、15加载头、16卡箍、17卡箍支座。
具体实施方式
本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，相同标号代表同一零件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
一种卡箍刚度自动标定装置，包括卡箍线刚度标定装置和配套软硬件平台，用于快速、高精度卡箍刚度标定。
所述的卡箍线刚度标定装置主要部件包括工作台底座1、刚度加强肋板2、滚珠丝杠底座3、丝杠螺母滑台4、步进电机5、减速器6、光杠7、滚珠丝杠8、加载杆9、弹簧10、位移传感器11、力传感器12、卡箍加载头13、卡箍固定台14、限位圈15、销钉12。
所述的滚珠丝杠底座3的底面通过螺栓固定在工作台底座1上，为加强标定装置本身的刚度，在工作台底座1和滚珠丝杠底座3间设置刚度加强肋板2。所述的滚珠丝杠底座3上方固定步进电机5(类似电机，不局限于步进电机)及减速器6。所述的减速器6上端与步进电机5连接，下端与滚珠丝杠8连接。所述的滚珠丝杠8与丝杠螺母相互配合，构成滚珠丝杠螺母副，丝杠螺母固定在丝杠螺母滑台4内。所述的丝杠螺母滑台4位于滚珠丝杠底座3中部，两个光杠7垂直穿过丝杠螺母滑台4两端固定在滚珠丝杠底座3上，丝杠螺母滑台4与光杠7相互配合，光杠7保证丝杠螺母滑台4进给方向的直线性，两个光杠7的设置保证加载过程中进给方向不发生偏转。通过上述结构，步进电机5的旋转运动转化为丝杠螺母滑台4的直线运动。
所述的丝杠螺母滑台4侧面设有两个中部带通孔的凸台结构，加载杆9装配于丝杠螺母滑台4上的两孔间。所述的加载杆9上套有两个弹簧10、一个限位圈11，限位圈11位于两个弹簧10之间，限位圈11上设有销钉孔，采用销钉12(类似紧固件，不局限于销钉)将其固定于加载杆9上。
所述的加载杆9底端与力传感器14连接，力传感器14另一端与加载头15连接，用于测量拉力和压力；所述的加载头15上方一侧固定有位移传感器13，用于测量加载头15沿加载方向位移。所述的卡箍支座17固定在工作台底座上，卡箍16设于加载头15和卡箍支座17之间。所述的力传感器14和位移传感器13用于测量卡箍16受力大小及变形量。
所述的卡箍线刚度标定装置配套软硬件平台包括工控机，步进电机控制器，加速度、位移信号采集部分。所述的工控机控制步进电机控制器，从而控制步进电机5的转动方向和转速。同时力传感器14和位移传感器13测量的卡箍16受力大小及变形量的输出信号传输至工控机进行记录及整理，进而得到连续的力-位移曲线继而得到卡箍的刚度。
所述的卡箍支座17固定于工作台底座1上，卡箍支座的17的结构外形不局限于附图1所示结构，应根据卡箍类型尺寸具体设计。为说明卡箍固定形式，附图1、3中分别固定两种不同类型的典型支撑卡箍。附图1卡箍通过实心圆柱杆(保证其直径与卡箍所支撑管路一致)与卡箍支座17连接。附图3卡箍通过螺栓连接固定于卡箍支座17上，卡箍在卡箍支座17上的固定方向可调整。常见支撑卡箍的结构形式如附图2，4所示。
准备工作：
首先，确定卡箍16加载力的最大值，作为边界条件输入到工控机。根据加载力的大小，确定弹簧10的刚度，保证在加载过程中弹簧10在不过量变形的情况下有较大伸缩量，如此可以最大程度发挥弹簧10的缓冲作用，使加载过程平稳、连续。
工作过程：
卡箍刚度标定过程中，首先调整到平衡位置，力传感器14和位移传感器13归位。工况机发出指令，控制步进电机5的启动，从而带动减速器6转动，经过减速器6的减速作用，转速下降，扭矩增加。通过丝杠螺母副，进一步带动整个丝杠螺母滑台的直线运动。通过弹簧的作用，位移平稳的传递到加载头15继而使卡箍16产生变形。采集装置同步采集力传感器14和位移传感器13的信号，输出信号到工控机。力信号到达设置值后，工控机控制步进电机5停止转动，之后步进电机反转，直到到达反向设置值，步进电机再次反转到达零点。通过一次装夹即可得到整个过程的力-位移曲线继而计算出卡箍16拉伸压缩状态下的刚度。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种卡箍刚度自动标定装置，其特征在于，所述的卡箍刚度自动标定装置用于快速、高精度卡箍刚度标定，包括工作台底座(1)、滚珠丝杠底座(3)、丝杠螺母滑台(4)、步进电机(5)、减速器(6)、光杠(7)、滚珠丝杠(8)、加载杆(9)、弹簧(10)、限位圈(11)、销钉(12)、位移传感器(13)、力传感器(14)、加载头(15)、卡箍(16)、卡箍支座(17)；
所述的滚珠丝杠底座(3)底面固定在工作台底座(1)上，滚珠丝杠底座(3)上方固定步进电机(5)及减速器(6)，步进电机(5)的转动方向和转速由工控机控制；所述的减速器(6)上端与步进电机(5)连接，下端与滚珠丝杠(8)连接；所述的滚珠丝杠(8)与丝杠螺母相互配合，构成滚珠丝杠螺母副，丝杠螺母固定在丝杠螺母滑台(4)内；所述的丝杠螺母滑台(4)位于滚珠丝杠底座(3)中部，两个光杠(7)垂直穿过丝杠螺母滑台(4)两端固定在滚珠丝杠底座(3)上，丝杠螺母滑台(4)与光杠(7)相互配合，光杠(7)保证丝杠螺母滑台(4)进给方向的直线性，两个光杠(7)的设置保证加载过程中进给方向不发生偏转；通过上述结构，步进电机(5)的旋转运动转化为丝杠螺母滑台(4)的直线运动；
所述的丝杠螺母滑台(4)侧面设有两个中部带通孔的凸台结构，加载杆(9)装配于丝杠螺母滑台(4)上的两孔间；所述的加载杆(9)上套有两个弹簧(10)、一个限位圈(11)，限位圈(11)位于两个弹簧(10)之间，限位圈(11)上设有销钉孔，采用销钉(12)将其固定于加载杆(9)上；
所述的加载杆(9)底端与力传感器(14)连接，力传感器(14)另一端与加载头(15)连接，用于测量拉力和压力；所述的加载头(15)上方一侧固定有位移传感器(13)，用于测量加载头(15)沿加载方向位移；所述的卡箍支座(17)固定在工作台底座上，卡箍(16)设于加载头(15)和卡箍支座(17)之间；所述的力传感器(14)和位移传感器(13)均与采集装置连接，用于测量卡箍(16)受力大小及变形量，并输出信号传输至工控机进行记录及整理，进而得到连续的力-位移曲线继而得到卡箍的刚度。
2.根据权利要求1所述的一种卡箍刚度自动标定装置，其特征在于，所述的工作台底座(1)和滚珠丝杠底座(3)间还设有刚度加强肋板(2)，用于加强标定装置刚度。
3.权利要求1或2所述的一种卡箍刚度自动标定装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
准备工作：
首先，确定卡箍(16)加载力的最大值，作为边界条件输入工控机；根据加载力的大小，确定弹簧(10)的刚度，使加载过程平稳、连续；
工作过程：
卡箍刚度标定过程中，首先调整到平衡位置，力传感器(14)和位移传感器(13)归位；工控机发出指令，控制步进电机(5)的启动，带动减速器(6)转动，经过减速器(6)的减速作用，转速下降，扭矩增加；通过丝杠螺母副，进一步带动整个丝杠螺母滑台(4)的直线运动；通过弹簧(10)的作用，丝杠螺母滑台(4)的位移平稳的传递到加载头(15)继而使卡箍(16)产生变形；
采集装置同步采集力传感器(14)和位移传感器(13)的信号，输出信号到工控机；力信号到达设置值后，工控机控制步进电机(5)停止转动，之后步进电机反转，直到到达反向设置值时，步进电机再次反转到达零点；通过一次装夹即可得到整个过程的力-位移曲线继而计算出卡箍(16)拉伸压缩状态下的刚度。
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