CN109443762A - 一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置 - Google Patents
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Abstract
一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置，属于滚珠丝杠故障检测技术领域，本发明为了解决传统试验装置不能对不同长度、半径以及不同安装方式的滚珠丝杠副进行状态测试的问题。滑动平台滑动安装在试验台架上，牵引装置固定安装在试验台架上，且牵引装置的输出端与滑动平台相连接，用于驱动滑动平台左右移动，磁粉制动器和滚轮加载装置均固定安装在试验台架上，且位于滑动平台移动方向的两侧，磁粉制动器的输出端上设有齿轮，齿轮与安装在滑动平台上的齿条啮合，滚轮加载装置的输出端与滑动平台相接触。本发明的一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置可监测不同长度、半径、行程及不同安装方式的滚珠丝杠副。
Description
技术领域
本发明涉及一种试验装置，具体涉及一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置，属于滚珠丝杠故障检测技术领域。
背景技术
滚珠丝杠副兼具高精度、可逆性和高效率的特点，是工业设备和精密仪器上最常使用的传动元件。因此，滚珠丝杠副的性能状态直接影响其使用设备的工作精度及工作效率。目前，国内外学者对滚动轴承、滚珠丝杠副等关键零部件的性能退化均进行了研究，但是大部分的研究成果集中在滚动轴承，滚珠丝杠副的研究成果较少。关于滚珠丝杠副的研究主要集中在理论分析方面，试验测试方面主要以研究目的为主，并且传统的试验装置不能对不同长度、半径以及不同安装方式的滚珠丝杠副进行状态测试。
发明内容
本发明的目的是提供一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置，以解决传统试验装置不能对不同长度、半径以及不同安装方式的滚珠丝杠副进行状态测试的问题。
一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置包括牵引装置、滑动平台、磁粉制动器、滚轮加载装置和试验台架；
滑动平台滑动安装在试验台架上，牵引装置固定安装在试验台架上，且牵引装置的输出端与滑动平台相连接，用于驱动滑动平台左右移动，磁粉制动器和滚轮加载装置均固定安装在试验台架上，且位于滑动平台移动方向的两侧，磁粉制动器的输出端上设有齿轮，齿轮与安装在滑动平台上的齿条啮合，滚轮加载装置的输出端与滑动平台相接触。
优选的：滑动平台包括导轨、滑动座、滑块、拖链和基台；
基台固定安装在试验台架上，基台的上端面开有安装槽，安装槽的底面上等间距开有多个基台丝杠定位孔，安装槽的两侧平行设有导轨，两个导轨上均至少安装有一个滑块，滑动座固定安装在滑块上，拖链的一端与滑动座相连接，另一端沿导轨的方向放置在安装槽内。
优选的：牵引装置包括电机、联轴器、扭矩传感器、电机支撑架、轴承座、丝母、丝母座和丝杠；
电机通过电机支撑架固定安装在基台的一侧，且与安装槽相对，丝杠通过轴承座与基台丝杠定位孔固定在安装槽内，电机的输出端通过联轴器与扭矩传感器的一端相连接，扭矩传感器的另一端与丝杠的输入端相连接，丝母通过丝母座安装在丝杠上，丝母座与滑动座固定连接。
优选的：基台上设有限位传感器，限位传感器位于导轨的外侧，限位传感器用于限制滑块的位置。
优选的：滚轮加载装置包括滚轮支架、滚轮、滚轮加载平台和弹簧；滚轮支架固定在基台上，滚轮通过弹簧安装在滚轮支架上，滚轮的底端与安装在滑动座上的滚轮加载平台相接触。
优选的：安装槽槽口的一侧设有光栅尺，滑动座远离电机的一侧设有光栅尺读数头。
优选的：试验台架的底部四角上均设有轮毂，基台上端面的四角上均设有吊耳，滑动座上设有重物。
本发明与现有产品相比具有以下效果：
1)通用性强，可以满足不同型号、不同行程、不同负载(最大3t)的滚珠丝杠副全生命周期工作状态的监测；
2)试验台可实现多种不同长度丝杠的测试；试验中采用的滚轮、重物、磁粉制动器等加载方式，均设计相应的加载模块，通过加载模块将加载力传递至滑动平台，可降低滑动平台变形风险，并且加载模块变形时易进行替换；
3)试验台设计滚轮、重物、磁粉制动器等多种加载方式进行加载，这些加载方式均将加载力直接传递至被测丝杠，监测对象仅被测丝杠即可，数据易整理。
附图说明
图1是一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置的结构示意图；
图2是基台的结构示意图。
图中：1-电机、2-联轴器、3-扭矩传感器、4-磁粉制动器、5-齿轮、6-齿条、7-重物、8-导轨、9-光栅尺、10-光栅尺读数头、11-滑动座、12-滚轮加载平台、13-滚轮加载装置、14-试验台架、15-报警信号灯、16-吊耳、17-触摸显示屏、18-轮毂、19-电机支撑架、20-轴承座、21-丝母、22-丝母座、23-滑块、24-限位传感器、25-拖链、26-基台、27-基台丝杠定位孔、28-丝杠。
具体实施方式
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
如图1和图2所示，本发明所述的一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置包括牵引装置、滑动平台、磁粉制动器4、滚轮加载装置13和试验台架14；
滑动平台滑动安装在试验台架14上，牵引装置固定安装在试验台架14上，且牵引装置的输出端与滑动平台相连接，用于驱动滑动平台左右移动，磁粉制动器4和滚轮加载装置13均固定安装在试验台架14上，且位于滑动平台移动方向的两侧，磁粉制动器4的输出端上设有齿轮5，齿轮5与安装在滑动平台上的齿条6啮合，滚轮加载装置13的输出端与滑动平台相接触。
进一步：滑动平台包括导轨8、滑动座11、滑块23、拖链25和基台26；
基台26固定安装在试验台架14上，基台26的上端面开有安装槽，安装槽的底面上等间距开有多个基台丝杠定位孔27，安装槽的两侧平行设有导轨8，两个导轨8上均至少安装有一个滑块23，滑动座11固定安装在滑块23上，拖链25的一端与滑动座11相连接，另一端沿导轨8的方向放置在安装槽内。
进一步：牵引装置包括电机1、联轴器2、扭矩传感器3、电机支撑架19、轴承座20、丝母21、丝母座22和丝杠28；
电机1通过电机支撑架19固定安装在基台26的一侧，且与安装槽相对，丝杠28通过轴承座20与基台丝杠定位孔27固定在安装槽内，电机1的输出端通过联轴器2与扭矩传感器3的一端相连接，扭矩传感器3的另一端与丝杠28的输入端相连接，丝母21通过丝母座22安装在丝杠28上，丝母座22与滑动座11固定连接。
进一步：基台26上设有限位传感器24，限位传感器24位于导轨8的外侧，限位传感器24用于限制滑块23的位置。
进一步：滚轮加载装置13包括滚轮支架、滚轮、滚轮加载平台12和弹簧；滚轮支架固定在基台26上，滚轮通过弹簧安装在滚轮支架上，滚轮的底端与安装在滑动座11上的滚轮加载平台12相接触。
进一步：安装槽槽口的一侧设有光栅尺9，滑动座11远离电机1的一侧设有光栅尺读数头10。
进一步：试验台架14的底部四角上均设有轮毂18，基台26上端面的四角上均设有吊耳16，滑动座11上设有重物7。
进一步：基台26上还设有报警信号灯15，试验台架14的一侧设有触摸显示屏，可通过PLC控制器或微电脑控制各个电器元件或装置，进一步分析待测件的使用寿命等信息。
其中：1)试验台架14：该试验台架14所选方管均利用仿真手段验证其稳定性，相对于铸造的安装方式，本装置采用焊接，重量轻、易于移动，且满足稳定性及刚性要求，确保试验过程中试验装置整体的稳定性，保证试验数据的准确性。
2)基台26：基台26经过仿真得出可承受3t的加载力，基台可满足重载下的稳定性及刚性；基台26采用铸造的方式，其加工精度可以保证导轨8的平行度在0.02mm，联轴器2、丝杠28组件等同轴度在0.01mm；最终保证丝杠行程测试的精确性，对丝杠运行精度的反馈及判断提供有效数据支撑。
3)联轴器2的设计与选型，可以保证丝杠的直线运动误差在0.0015mm以内，防止零部件的误差对丝杠运行精度的判断产生影响。
4)重物7加载：一个重物7可提供35N的轴向力，此滑动平台可承载4个相同的重物7，可提供140N的轴向力，并且此加载方式具有成本低的优点。另外，假如一个整体重物块提供140N的轴向力，需要重物块的重量达到140kg，不易搬动，因此本装置选用分块重物的方式。在轴向力要求不高且成本要求低时，可考虑此种分块重物的加载方式。
5)滚轮加载装置13：该加载装置内置压力传感器、弹簧等部件，压力传感器可实时监测压力值，弹簧可吸收因外界加工误差、试验台不稳定等因素造成的载荷波动，可确保载荷的稳定性；另外该滚轮加载装置可实现1KN的轴向力；因此在成本低、加载力大的情况下可选此种加载方式。
6)磁粉制动器4：该加载装置配有风冷系统，以保证磁粉制动器温度在合理范围内；本试验采用的磁粉制动器4可提供最大5000N的轴向力；磁粉制动加载方式具有成本高、加载力大的特点，因此，在成本允许、又需较大的加载力时，可选用此加载方式。
7)基台26上丝杠安装区域丝杠多定位孔27的设计，可以满足不同丝杠长度640mm-1200mm、不同半径、不同行程的丝杠的测试，并且可以满足丝杠的三种不同安装方式。
8)扭矩传感器3：安装在电机1与丝杠28之间，保证丝杠输入扭矩的精确性。
9)伺服电机1：本装置的数据采集系统通过以太网与控制伺服电机1运行的控制器通讯，可以直接读取电机1的转速、电流，进而实现监控丝杠输入扭矩的效果。因此，在对扭矩监测精度要求不高时，可以不用安装扭矩传感器3，采用此电机监测方案。
10)光栅尺9、限位传感器24：可以实时反馈丝杠运动精度以及丝杠运动行程的安全性。
11)每个导轨滑块23、丝母座22和丝杠轴承座20上均安装有温度传感器及振动加速度传感器，实时监测温度与振动加速度的变化。
12)每个导轨8上各安装3个滑块23，可以防止丝杠的大载荷工况下不变形。
13)报警信号灯15、触摸显示屏17：保证试验运行过程中状态及安全性异常的及时反馈。
14)磁粉制动器4的齿条6以及滚轮加载装置13的加载平台12均为单独加工后安装，易维修及更换。
15)拖链25的设计，使各种电气线更易整理。
16)底座轮毂18的设计，使整个试验台的移动更为方便。
17)吊耳16：方便试验台非平地的移动。
工作原理：
电机1通过联轴器2给丝杠28提供扭矩，电机1输出轴与丝杠28之间安装有扭矩传感器3，实时监测丝杠的输入扭矩；采用三种加载方式：磁粉制动器4、重物加载8、滚轮加载13，磁粉制动器4加载为主加载方式，其他两种进行辅助，以防磁粉制动器4长时间工作后磁粉失效造成的加载减弱；丝杠28安装在轴承座20上，丝杠28的丝母21上的丝母座22与滑动平台11的下表面相连，带动滑动平台的滑动；在电机1的作用下，丝杠带动滑动平台11来回往复运行；安装在导轨8一侧的光栅尺9检测丝杠的运行精度，当丝杠运行精度下降时，及时反馈到触摸屏17的界面，光栅尺读数头10安装在滑动平台11的边缘部位；基台26上安装有三个限位传感器24，分别是零限位及正负限位，此装置在丝杠行程超出时，及时反馈至电气系统，报警信号灯15发出警报；每个导轨滑块23、丝母座22和丝杠轴承座20上均安装有温度传感器及振动加速度传感器，实时监测温度与振动加速度的变化；这些传感器及光栅尺读数头10均与数据采集及控制系统电连接；电机1、磁粉制动器4、加载装置13也均与数据采集及控制系统电连接，通过触摸显示器内置的控制程序可模拟实际工况下滚珠丝杠故障及寿命实时数据的监测，从而在此数据基础上完成滚珠丝杠副的故障及寿命预测。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (7)
1.一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置，其特征在于：包括牵引装置、滑动平台、磁粉制动器(4)、滚轮加载装置(13)和试验台架(14)；
所述滑动平台滑动安装在试验台架(14)上，牵引装置固定安装在试验台架(14)上，且牵引装置的输出端与滑动平台相连接，用于驱动滑动平台左右移动，磁粉制动器(4)和滚轮加载装置(13)均固定安装在试验台架(14)上，且位于滑动平台移动方向的两侧，磁粉制动器(4)的输出端上设有齿轮(5)，齿轮(5)与安装在滑动平台上的齿条(6)啮合，滚轮加载装置(13)的输出端与滑动平台相接触。
2.根据权利要求1所述的一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置，其特征在于：所述滑动平台包括导轨(8)、滑动座(11)、滑块(23)、拖链(25)和基台(26)；
所述基台(26)固定安装在试验台架(14)上，基台(26)的上端面开有安装槽，安装槽的底面上等间距开有多个基台丝杠定位孔(27)，安装槽的两侧平行设有导轨(8)，两个导轨(8)上均至少安装有一个滑块(23)，滑动座(11)固定安装在滑块(23)上，拖链(25)的一端与滑动座(11)相连接，另一端沿导轨(8)的方向放置在安装槽内。
3.根据权利要求2所述的一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置，其特征在于：所述牵引装置包括电机(1)、联轴器(2)、扭矩传感器(3)、电机支撑架(19)、轴承座(20)、丝母(21)、丝母座(22)和丝杠(28)；
所述电机(1)通过电机支撑架(19)固定安装在基台(26)的一侧，且与安装槽相对，丝杠(28)通过轴承座(20)与基台丝杠定位孔(27)固定在安装槽内，电机(1)的输出端通过联轴器(2)与扭矩传感器(3)的一端相连接，扭矩传感器(3)的另一端与丝杠(28)的输入端相连接，丝母(21)通过丝母座(22)安装在丝杠(28)上，丝母座(22)与滑动座(11)固定连接。
4.根据权利要求2所述的一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置，其特征在于：所述基台(26)上设有限位传感器(24)，限位传感器(24)位于导轨(8)的外侧，限位传感器(24)用于限制滑块(23)的位置。
5.根据权利要求2所述的一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置，其特征在于：所述滚轮加载装置(13)包括滚轮支架、滚轮、滚轮加载平台(12)和弹簧；滚轮支架固定在基台(26)上，滚轮通过弹簧安装在滚轮支架上，滚轮的底端与安装在滑动座(11)上的滚轮加载平台(12)相接触。
6.根据权利要求3所述的一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置，其特征在于：所述安装槽槽口的一侧设有光栅尺(9)，滑动座(11)远离电机(1)的一侧设有光栅尺读数头(10)。
7.根据权利要求2所述的一种滚珠丝杠副故障监测及寿命预测试验装置，其特征在于：所述试验台架(14)的底部四角上均设有轮毂(18)，基台(26)上端面的四角上均设有吊耳(16)，滑动座(11)上设有重物(7)。
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