CN109708874A - 滚珠丝杠副振动与噪声测量装置及测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种滚珠丝杠副振动与噪声测量装置，包括机架，所述机架上设置有主轴系统、轴向加载系统、振动与噪声检测系统，主轴系统包括立式设置在所述机架上的主轴以及驱动所述主轴转动的驱动装置，所述主轴的底端设置有用以固定被测滚珠丝杠副的丝杠轴或丝杠螺母的滚珠丝杠夹具体；轴向加载系统包括与被测滚珠丝杠副中的直线运动部件连接的加压板部件、用以检测加压板部件移动距离的位移传感器以及给所述加压板部件施加弹性轴向载荷的轴向载荷施加装置；振动与噪声检测系统包括至少一振动传感器和至少一声音传感器以及信号传递及处理系统。本发明还公开了一种滚珠丝杠副振动与噪声测量方法。
Description
技术领域
本发明涉及机械振动与噪声检测技术领域，具体涉及汽车用滚珠丝杠副的振动与噪声测量装置及测量方法。
背景技术
滚珠丝杠副是以滚珠作为滚动体的螺旋传动机构，其中多个滚珠介于丝杠轴和丝杠螺母之间承担并传递载荷。相比于滑动丝杠副，滚珠丝杠副具有摩擦阻力小、传动效率高、传动精度高和使用寿命长等优点。
在汽车传动系统内，随着电动技术的发展，滚珠丝杠副的应用越来越广泛，例如在电子刹车、电子驻车和电子离合器系统中，普遍以滚珠丝杠副作为关键的机械传动部件。由于滚珠丝杠副在传动过程中会产生振动和噪声，会降低汽车的舒适性，因此在滚珠丝杠副的生产制造过程中，需要对其振动和噪声水平进行有效的检测与评定。在现有技术中，滚珠丝杠副振动与噪声等性能检测的装置均采用将被测滚珠丝杠两端支撑的工件台式结构，检测时将载荷加在丝杠螺母上，通过驱动丝杠轴旋转，使丝杠螺母作直线运动，例如中国专利CN102346097A、CN101788382A、CN102175450A和CN108195581A。然而，由于汽车用滚珠丝杠副的结构和使用工况均与传统滚珠丝杠副具有较大的不同，现有技术中的滚珠丝杠副性能检测装置难以应用于汽车用滚珠丝杠副振动与噪声水平的检测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种滚珠丝杠副振动与噪声测量装置及测量方法，以解决上述问题。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
滚珠丝杠副振动与噪声测量装置，包括机架，其特征在于，所述机架上设置有主轴系统、轴向加载系统、振动与噪声检测系统，
所述主轴系统包括立式设置在所述机架上的主轴以及驱动所述主轴转动的驱动装置，所述主轴的底端设置有用以固定被测滚珠丝杠副的丝杠轴或丝杠螺母的滚珠丝杠夹具体；
所述轴向加载系统包括与被测滚珠丝杠副中的直线运动部件连接的加压板部件、用以检测加压板部件移动距离的位移传感器以及给所述加压板部件施加弹性轴向载荷的轴向载荷施加装置；
所述振动与噪声检测系统包括至少一用以检测被测滚珠丝杠副在检测过程中所发出的振动的振动传感器和至少一用以检测被测滚珠丝杠副在检测过程中所发出的噪音的声音传感器以及用以采集、传递和分析被测滚珠丝杠副的振动与噪声信号的信号传递及处理系统。
在本发明的一个优选实施例中，所述振动传感器包括第一、第二、第三振动传感器，所述第一振动传感器设置在被测滚珠丝杠副中的直线运动部件上，所述第二振动传感器设置在所述主轴的驱动装置上，所述第三振动传感器设置在所述轴向载荷施加装置的加压板部件上。
在本发明的一个优选实施例中，所述轴向载荷施加装置包括：
竖直设置在所述机架上的电动推缸，
与所述电动推缸连接的弹簧导柱，
套设在所述弹簧导柱上的加载弹簧，所述加载弹簧的底端与所述弹簧导柱上的限位边配合，
套设在所述弹簧导柱和加载弹簧之间的弹簧套筒，所述加载弹簧的顶端端与所述弹簧套筒上的限位边配合；
所述加压板部件包括与所述机架上的升降导向件连接的加压板以及固定在所述加压板上的接触块。
在本发明的一个优选实施例中，所述滚珠丝杠夹具体包括夹具筒体，所述夹具筒体的顶部具有与所述主轴的底端连接的连接部，所述夹具筒体的内腔供被测滚珠丝杠副插入，所述夹具筒体的底部设置有用以固定被测滚珠丝杠副的丝杠螺母的滚珠丝杠夹紧件。
在本发明的一个优选实施例中，所述连接部具有平面和短圆锥孔，所述主轴的底端具有平面和与所述短圆锥孔配合且凸出的短圆锥面。
在本发明的一个优选实施例中，所述驱动装置包括主轴电机，所述主轴电机的输出端齿轮通过同步带与所述主轴顶端的从动齿轮连接。
在本发明的一个优选实施例中，所述机架包括上底座和下底座，所述主轴系统设置在所述上底座上，所述上底座和下底座之间设置有隔振元件。
滚珠丝杠副振动与噪声测量方法，其特征在于，利用上述任一技术方案所述的滚珠丝杠副振动与噪声测量装置，检测滚珠丝杠副的振动和噪声时，所述轴向加载系统的加压板部件与被测滚珠丝杠副的直线运动部件接触并通过摩擦力阻止被测滚珠丝杠副的直线运动部件旋转，然后启动主轴，带动被测滚珠丝杠副中的旋转运动部件旋转，而加压板部件随着被测滚珠丝杠副的直线运动部件做直线运动，此时加压板部件的位移通过位移传感器进行测量，振动传感器测量被测滚珠丝杠副振动值，同时，声音传感器测量被测滚珠丝杠副的噪声值，最后通过信号传递及处理系统将得到的振动值和噪声值与标准值对比即可。
在本发明的一个优选实施例中，所述振动传感器为三个，分别测量被测滚珠丝杠副、加压板部件和主轴系统的振动值。
由于采用了如上的技术方案，本发明的有益效果在于：
1.整机结构为立式结构，主轴为立式主轴，被测滚珠丝杠副通过夹具以竖直方式位于主轴的下端，这种方式可以使被测滚珠丝杠副的直线运动部件自由地移动，而不需要进行其它的辅助支撑或固定约束，因此可以减小外界对被测滚珠丝杠副振动的影响，提高滚珠丝杠副振动的检测精度。
2.轴向加载系统向被测滚珠丝杠副施加轴向载荷，当电动推缸的推杆使加载弹簧压缩至预订载荷后，加载弹簧与弹簧导柱联结的一端静止，另一端随着弹簧套筒和加压板做轴向直线运动，这样可以使被测滚珠丝杠副受到的轴向载荷大小随着直线运动的位移呈线性变化。
3.上底座与下底座之间以及压板与上底座之间均具有隔振元件，这样可以减小下底座与上底座之间的振动传递；主轴电机支架固定在下底座上，而主轴支架固定在上底座上，因为被测滚珠丝杠副通过夹具安装在主轴上，这样可以减小主轴电机引起的振动对被测滚珠丝杠副的影响。
4.主轴为液体动静压主轴，这样可以减小主轴的振动，从而减小主轴振动对被测滚珠丝杠副振动的影响。
5.滚珠丝杠副夹具的夹具体的端部短圆锥孔与主轴端部的短圆锥面配合，可以使夹具体和主轴配合面的中心重合；滚珠丝杠副夹具的夹具体的端部大平面与主轴端部的大平面配合，可以使夹具体的轴线和主轴的轴线重合，并能够承担较大的轴向载荷和倾覆力矩。
6.轴向加载系统的加压板导向装置固定在上底座上，并且在加压板导向装置与上底座之间具有隔振元件，这样可以减小加压板导向装置内部摩擦引起的振动对被测滚珠丝杠副振动的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明滚珠丝杠副振动与噪声检测装置一种实施例的结构示意图。
图2是本发明滚珠丝杠副振动与噪声检测装置一种实施例的主轴与主轴支架安装示意图。
图3是本发明滚珠丝杠副振动与噪声检测装置一种实施例的主轴电机支架安装示意图。
图4是本发明滚珠丝杠副振动与噪声检测装置一种实施例的主轴端部结构示意图。
图5是本发明滚珠丝杠副振动与噪声检测装置一种实施例的夹具体结构示意图。
图6是本发明滚珠丝杠副振动与噪声检测装置一种实施例的夹具和被测滚珠丝杠副的装配关系示意图。
图7是本发明滚珠丝杠副振动与噪声检测装置一种实施例的主轴系统和轴向加载系统示意图。
图8是本发明滚珠丝杠副振动与噪声检测装置一种实施例的工件安装部位结构示意图。
图9是本发明滚珠丝杠副振动与噪声检测装置一种实施例的轴向加载系统的加载弹簧、弹簧导柱和弹簧套筒的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
参见图1至图9所示的一种滚珠丝杠副的振动与噪声测量装置，主要由主轴系统、轴向加载系统、滚珠丝杠夹具体、振动与噪声检测系统、机架1和底座组成。主轴系统包含主轴11、主轴电机12和传动装置。轴向加载系统包含电动推缸21、加载弹簧22、弹簧导柱29、弹簧套筒28、加压板25、接触块26、加压板导向柱23、加压板导向套24和位移传感器27。滚珠丝杠夹具体包含夹具体31和夹紧件32。振动与噪声检测系统主要包含振动传感器41、42、43、声音传感器44和信号传递及处理系统。机架包含主轴支架51、主轴电机支架61和主轴电机支架顶板62。机架1主要包含上底座71和下底座72。
主轴11为液体动静压支撑主轴，主轴11以竖直方式固定在主轴支架51的前侧面上，主轴支架51采用框式结构。主轴11与主轴电机12之间以带传动方式传递动力，主轴电机12的输出端齿轮12a通过同步带13与主轴11顶端的从动齿轮11d连接。主轴电机支架61采用立柱式结构，主要由四根立柱组成，主轴电机12固定在主轴电机支架的顶板62上。主轴支架51固定在上底座71上，主轴电机支架61固定在下底座72上。上底座71通过螺栓76和压板73固定在下底座72上，在压板与上底座71之间具有橡胶隔振垫74，在上底座71与下底座72之间具有橡胶隔振垫75。
滚珠丝杠夹具夹具体31的一端与主轴11的端部固定联结，另一端与被测滚珠丝杠副的旋转运动部件(丝杠轴71或丝杠螺母82)接触配合。在本实施方式中，滚珠丝杠夹具夹具体31与被测滚珠丝杠副的丝杠螺母42接触配合，压紧件32通过紧固螺钉将被测滚珠丝杠副的旋转运动部件(即丝杠螺母82)压紧在滚珠丝杠夹具夹具体31上。主轴11的末端具有平面11a和凸出的短圆锥面11b，滚珠丝杠夹具夹具体31与主轴11联结的一端具有平面31b和短圆锥孔31a，滚珠丝杠夹具夹具体31通过短圆锥面31a和平面31b在主轴11上进行定位，通过螺栓进行夹紧。
轴向加载系统的电动推缸21位于上底座71的底面一侧并固定在上底座71上。轴向加载系统的加载弹簧22、弹簧导柱29、弹簧套筒28、加压板25、接触块26、加压板导向柱23和加压板导向套24均位于上底座71的上表面一侧。加压板导向柱23固定在上底座71上，在加压板导向柱23底座与上底座71之间具有橡胶隔振垫210。电动推缸21的推杆从上底座71的下侧穿过上底座的通孔71a，并与弹簧导柱29的一端固定联结；加载弹簧22的一端与弹簧导柱29固定联结，另一端与弹簧套筒28固定联结。弹簧导柱29的上端位于弹簧套筒28的内部，弹簧套筒28随着弹簧的变形而移动。加压板25位于弹簧套筒28的上部并与弹簧套筒28固定联结，接触块26固定在加压板25上，用于与被测滚珠丝杠副的直线运动部件(即本实施例中的丝杠轴81)接触。
振动传感器41通过夹具44固定在被测滚珠丝杠副的直线运动部件(即本实施例中的丝杠轴81)上，在本实施案例中，振动传感器41通过夹具45固定在被测滚珠丝杠副的丝杠轴81上。振动传感器42固定在加压板25上，用于检测加载系统的基础振动。振动传感器43固定在主轴11的箱体11c上，用于检测主轴系统的基础振动。振动传感器41、42和43均采用三轴加速度型振动传感器或三轴速度型振动传感器。声音传感器44安装于被测滚珠丝杠副附近的支架46上。
滚珠丝杠副振动与噪声测量方法，利用滚珠丝杠副振动与噪声测量装置，当检测滚珠丝杠副的振动和噪声时，主轴11通过滚珠丝杠夹具夹具体31驱动被测滚珠丝杠副的旋转运动部件(本实施例中旋转运动部件为丝杠螺母82)旋转，电动推缸21通过压缩加载弹簧22向被测滚珠丝杠副的直线运动部件((本实施例中直线运动部件为丝杠轴81)施加轴向载荷，加压板25随着被测滚珠丝杠副的直线运动部件做直线运动，加压板的直线运动轨迹由导向柱23和导向套24引导，加载弹簧22的变形量和加压板的位移通过位移传感器27进行测量，振动传感器41、42和43分别测量被测滚珠丝杠副、加压板和主轴系统的振动值，同时，声音传感器44测量被测滚珠丝杠副的噪声值，最后通过信号传递及处理系统将得到的振动值和噪声值与标准值对比即可。
本发明提供的滚珠丝杠副不限于上述实施方式，也包含其它能够实现其结构和功能的实施方式。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.滚珠丝杠副振动与噪声测量装置，包括机架，其特征在于，所述机架上设置有主轴系统、轴向加载系统、振动与噪声检测系统，
所述主轴系统包括立式设置在所述机架上的主轴以及驱动所述主轴转动的驱动装置，所述主轴的底端设置有用以固定被测滚珠丝杠副的丝杠轴或丝杠螺母的滚珠丝杠夹具体；
所述轴向加载系统包括与被测滚珠丝杠副中的直线运动部件连接的加压板部件、用以检测加压板部件移动距离的位移传感器以及给所述加压板部件施加弹性轴向载荷的轴向载荷施加装置；
所述振动与噪声检测系统包括至少一用以检测被测滚珠丝杠副在检测过程中所发出的振动的振动传感器和至少一用以检测被测滚珠丝杠副在检测过程中所发出的噪音的声音传感器以及用以采集、传递和分析被测滚珠丝杠副的振动与噪声信号的信号传递及处理系统。
2.如权利要求1所述的滚珠丝杠副振动与噪声测量装置，其特征在于，所述振动传感器包括第一、第二、第三振动传感器，所述第一振动传感器设置在被测滚珠丝杠副中的直线运动部件上，所述第二振动传感器设置在所述主轴的驱动装置上，所述第三振动传感器设置在所述轴向载荷施加装置的加压板部件上。
3.如权利要求1或2所述的滚珠丝杠副振动与噪声测量装置，其特征在于，所述轴向载荷施加装置包括：
竖直设置在所述机架上的电动推缸，
与所述电动推缸连接的弹簧导柱，
套设在所述弹簧导柱上的加载弹簧，所述加载弹簧的底端与所述弹簧导柱上的限位边配合，
套设在所述弹簧导柱和加载弹簧之间的弹簧套筒，所述加载弹簧的顶端端与所述弹簧套筒上的限位边配合；
所述加压板部件包括与所述机架上的升降导向件连接的加压板以及固定在所述加压板上的接触块。
4.如权利要求1或2所述的滚珠丝杠副振动与噪声测量装置，其特征在于，所述滚珠丝杠夹具体包括夹具筒体，所述夹具筒体的顶部具有与所述主轴的底端连接的连接部，所述夹具筒体的内腔供被测滚珠丝杠副插入，所述夹具筒体的底部设置有用以固定被测滚珠丝杠副的丝杠螺母的滚珠丝杠夹紧件。
5.如权利要求4所述的滚珠丝杠副振动与噪声测量装置，其特征在于，所述连接部具有平面和短圆锥孔，所述主轴的底端具有平面和与所述短圆锥孔配合且凸出的短圆锥面。
6.如权利要求1或2所述的滚珠丝杠副振动与噪声测量装置，其特征在于，所述驱动装置包括主轴电机，所述主轴电机的输出端齿轮通过同步带与所述主轴顶端的从动齿轮连接。
7.如权利要求1或2所述的滚珠丝杠副振动与噪声测量装置，其特征在于，所述机架包括上底座和下底座，所述主轴系统设置在所述上底座上，所述上底座和下底座之间设置有隔振元件。
8.滚珠丝杠副振动与噪声测量方法，其特征在于，利用如权利要求1至7任一权利要求所述的滚珠丝杠副振动与噪声测量装置，检测滚珠丝杠副的振动和噪声时，所述轴向加载系统的加压板部件与被测滚珠丝杠副的直线运动部件接触并通过摩擦力阻止被测滚珠丝杠副的直线运动部件旋转，然后启动主轴，带动被测滚珠丝杠副中的旋转运动部件旋转，而加压板部件随着被测滚珠丝杠副的直线运动部件做直线运动，此时加压板部件的位移通过位移传感器进行测量，振动传感器测量被测滚珠丝杠副振动值，同时，声音传感器测量被测滚珠丝杠副的噪声值，最后通过信号传递及处理系统将得到的振动值和噪声值与标准值对比即可。
9.如权利要求8所述的滚珠丝杠副振动与噪声测量方法，其特征在于，所述振动传感器为三个，分别测量被测滚珠丝杠副、加压板部件和主轴系统的振动值。
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