CN110207982A - 微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置 - Google Patents

微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置，该装置包括用于带动待测滚珠丝杠副进行往复运动的驱动装置，用于给待测滚珠丝杠副施加轴向载荷的加载装置，用于检测待测滚珠丝杠副的性能参数的测量组件，用于支撑驱动装置、加载装置、测量组件的支撑导向组件，用于控制驱动装置转速、加载装置轴向加载力的控制模块。待测滚珠丝杠副、驱动装置、加载装置、测量组件均置于支撑导向组件上，待测滚珠丝杠副的一端与驱动装置相连，另一端与加载装置相连，测量组件设置在待测滚珠丝杠副与驱动装置之间和待测滚珠丝杠副与加载装置之间。该装置结构简单、操作方便，能够快速、精确的获得可靠性试验数据，进而实现更优的评价滚珠丝杠副的可靠性。

Description

微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置
技术领域
本发明属于滚珠丝杠副可靠性检测领域，特别是一种微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置。
背景技术
滚珠丝杠副是一种由丝杠、滚珠和螺母构成的螺旋传动机构，滚珠作为丝杠和螺母之间的中间传动体，通过反向器实现循环运动。当丝杠转动螺母移动时，滚珠沿着丝杠滚道面滚动，在丝杠上滚动数圈后沿着反向装置返回另一端，重新进入滚道，构成闭合回路。由于滚珠的作用，将丝杠和螺母之间的相对运动由滑动接触变成了滚动接触。滚珠丝杠副既可以将旋转运动转换成直线运动，也可以将输入的转矩转换成丝杠或螺母的轴向作用力，具有传动效率高、传动可逆、同步性能好、传动精度高、使用寿命长等特点。近年来，随着航天工业的飞速发展，滚珠丝杠副因为其优秀的性能，在航空航天等高空领域的应用越来越广泛。因为航空航天产品集成度高，体积小，因此更多使用微小型滚珠丝杠副。滚珠丝杠副在航天上的运行环境与常规环境有着很大的差别，主要表现在以下几方面：1)短时高过载；2)有限工作寿命；3)高可靠性；4)无润滑条件或润滑条件差；5)工作在高温、高压和真空等恶劣环境。
应用于航天领域的滚珠丝杠副在设计时比通用滚珠丝杠副更加严格，对其体积、重量、承载能力、使用寿命和可靠性有严格技术指标要求。若要在航天严酷条件下仍能满足正常工作要求，滚珠丝杠副产品必须具备髙刚性、髙精度稳定性、高可靠性、体积小温升小等性能。要制造出满足这些性能要求的滚珠丝杠副产品，既需要系统的设计理论基础，也需要比较完善的试验检测技术。因此，开展针对航天工况下微小型滚珠丝杠副的研究工作非常重要，而可靠性作为滚珠丝杠副的一个重要指标，更是研究中的重点。
目前国内的滚珠丝杠副可靠性试验装置只能针对普通规格的滚珠丝杠副在额定动载荷下进行试验，没有专门针对微小型滚珠丝杠副在极限载荷下的可靠性试验装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对极限载荷下微小型滚珠丝杠副可靠性试验的装置。
实现本发明目的的技术解决方案为：微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置，该试验装置包括驱动装置、加载装置、测量组件、支撑导向组件、控制模块；
所述驱动装置，用于带动待测滚珠丝杠副进行来回往复运动；
所述加载装置，用于给待测滚珠丝杠副施加轴向载荷；
所述测量组件，用于检测待测滚珠丝杠副的性能参数；
所述支撑导向组件，用于支撑驱动装置、加载装置、测量组件；
所述控制模块，用于控制驱动装置的转速，同时用于控制加载装置的轴向加载力；
待测滚珠丝杠副、驱动装置、加载装置、测量组件均置于支撑导向组件上，待测滚珠丝杠副的一端与驱动装置相连，另一端与加载装置相连，测量组件设置在待测滚珠丝杠副与驱动装置之间和待测滚珠丝杠副与加载装置之间。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)整个试验装置结构简单，方便操作，并且经济性好；2)通过更换与被测丝杠螺母相配套使用的加载工装即可实现不同规格滚珠丝杠副的更换，具有通用性；3)加载装置能将被测丝杠副的轴向加载力准确控制在要求范围内，精度高；4)整个试验装置采用卧式上下布置，方便安装和维修；5)丝杠支撑单元、导轨、导轨滑块等支撑导向元件采用高可靠性的标准件，提高了试验装置整体的可靠性。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置的总体结构装配图。
图2为本发明加载工作台结构示意图。
图3为本发明床身结构示意图。
具体实施方式
本发明的微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置，包括驱动装置、加载装置、测量组件、支撑导向组件、控制模块；
驱动装置，用于带动待测滚珠丝杠副进行来回往复运动；
加载装置，用于给待测滚珠丝杠副施加轴向载荷；
测量组件，用于检测待测滚珠丝杠副的性能参数；
支撑导向组件，用于支撑驱动装置、加载装置、测量组件；
控制模块，用于控制驱动装置的转速，同时用于控制加载装置的轴向加载力；
待测滚珠丝杠副、驱动装置、加载装置、测量组件均置于支撑导向组件上，待测滚珠丝杠副的一端与驱动装置相连，另一端与加载装置相连，测量组件设置在待测滚珠丝杠副与驱动装置之间和待测滚珠丝杠副与加载装置之间。
进一步地，结合图1，支撑导向组件包括电机支撑部件26、减速器支撑部件25、扭矩传感器支撑部件24、第一待测丝杠支撑部件7、第二待测丝杠支撑部件23、磁粉制动器支撑部件17、第一加载丝杠支撑部件22、第二加载丝杠支撑部件18、床身20、导轨14、导轨滑块9；电机支撑部件26、减速器支撑部件25、扭矩传感器支撑部件24、第二待测丝杠支撑部件23依次同轴设置于床身20的上表面，第一加载丝杠支撑部件22、第二加载丝杠支撑部件18依次同轴设置于床身20的下表面；导轨14设置于床身20的上表面；磁粉制动器支撑部件17固连于床身20，其中床身如图3所示。
进一步地，驱动装置包括设置在电机支撑部件26上的伺服电机1和设置在减速器支撑部件25上的减速器3，伺服电机1的输出轴通过第一联轴器2与减速器3的输入轴相连。
进一步地，加载装置包括加载工作台10、可换加载工装12、加载丝杠21、加载丝杠螺母19、磁粉制动器15，其中加载工作台10如图2所示；待测滚珠丝杠8的一端通过第一待测丝杠支撑部件7安装在第二待测丝杠支撑部件23上，另一端贯穿设置于导轨滑块9上的加载工作台10的一侧，待测滚珠丝杠螺母13通过与其尺寸相配套的可换加载工装12与加载工作台10固连；加载丝杠21的一端设置在第一加载丝杠支撑部件22上，另一端贯穿并固定于第二加载丝杠支撑部件18上，所述加载丝杠21的另一端通过第二联轴器16与设置在磁粉制动器支撑部件17上的磁粉制动器15相连，加载丝杠螺母19与贯穿床身20表面的加载工作台10的另一侧相固连；磁粉制动器15通过第二联轴器16对加载丝杠21进行扭矩输出；加载丝杠螺母19将所述扭矩转换为对加载工作台10的轴向加载力，从而实现对待测滚珠丝杠8的轴向加载。
进一步地，测量组件包括用于测量待测滚珠丝杠8转矩和转速的动态扭矩传感器5、用于测量待测滚珠丝杠8轴向加载力的拉压力传感器11；动态扭矩传感器5设置在扭矩传感器支撑部件24上，其一端通过第一弹性联轴器4与减速器3的输出轴相连，另一端通过第二弹性联轴器6与所述待测滚珠丝杠8的一端相连；拉压力传感器11设置于加载工作台10和可换加载工装12之间。
进一步地，控制模块包括伺服控制器、运动控制卡、张力控制器、工控机；伺服控制器、运动控制卡用于控制驱动装置的转速；工控机根据拉压力传感器11实时监测的待测滚珠丝杠8的轴向加载力，通过调节张力控制器以实现对磁粉制动器15的输出扭矩的控制，进而实现对加载装置轴向加载力的控制。
示例性优选地，第一待测丝杠支撑部件7、第一加载丝杠支撑部件22、第二加载丝杠支撑部件18分别采用BK20、BF40、BK40滚珠丝杠支撑单元，导轨14采用型号为SR45W150015的导轨。
本发明的微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置，通过对待测丝杠副进行跑合试验，在跑合的过程中记录待测丝杠副的故障情况，比较试验前后待测丝杠副的精度保持性，以平均故障间隔时间和精度保持性来评价待测丝杠的可靠性。整个试验装置结构简单，容易操作并且经济性好。

Claims (7)

1.一种微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置，其特征在于，该试验装置包括驱动装置、加载装置、测量组件、支撑导向组件、控制模块；
所述驱动装置，用于带动待测滚珠丝杠副进行来回往复运动；
所述加载装置，用于给待测滚珠丝杠副施加轴向载荷；
所述测量组件，用于检测待测滚珠丝杠副的性能参数；
所述支撑导向组件，用于支撑驱动装置、加载装置、测量组件；
所述控制模块，用于控制驱动装置的转速，同时用于控制加载装置的轴向加载力；
待测滚珠丝杠副、驱动装置、加载装置、测量组件均置于支撑导向组件上，待测滚珠丝杠副的一端与驱动装置相连，另一端与加载装置相连，测量组件设置在待测滚珠丝杠副与驱动装置之间和待测滚珠丝杠副与加载装置之间。
2.根据权利要求1所述的微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置，其特征在于，所述支撑导向组件包括电机支撑部件(26)、减速器支撑部件(25)、扭矩传感器支撑部件(24)、第一待测丝杠支撑部件(7)、第二待测丝杠支撑部件(23)、磁粉制动器支撑部件(17)、第一加载丝杠支撑部件(22)、第二加载丝杠支撑部件(18)、床身(20)、导轨(14)、导轨滑块(9)；电机支撑部件(26)、减速器支撑部件(25)、扭矩传感器支撑部件(24)、第二待测丝杠支撑部件(23)依次同轴设置于床身(20)的上表面，第一加载丝杠支撑部件(22)、第二加载丝杠支撑部件(18)依次同轴设置于床身(20)的下表面；导轨(14)设置于床身(20)的上表面；磁粉制动器支撑部件(17)固连于床身(20)。
3.根据权利要求1或2所述的微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置，其特征在于，所述驱动装置包括设置在电机支撑部件(26)上的伺服电机(1)和设置在减速器支撑部件(25)上的减速器(3)，伺服电机(1)的输出轴通过第一联轴器(2)与减速器(3)的输入轴相连。
4.根据权利要求3所述的微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置，其特征在于，所述加载装置包括加载工作台(10)、可换加载工装(12)、加载丝杠(21)、加载丝杠螺母(19)、磁粉制动器(15)；待测滚珠丝杠(8)的一端通过第一待测丝杠支撑部件(7)安装在第二待测丝杠支撑部件(23)上，另一端贯穿设置于导轨滑块(9)上的加载工作台(10)的一侧，待测滚珠丝杠螺母(13)通过与其尺寸相配套的可换加载工装(12)与加载工作台(10)固连；加载丝杠(21)的一端设置在第一加载丝杠支撑部件(22)上，另一端贯穿并固定于第二加载丝杠支撑部件(18)上，所述加载丝杠(21)的另一端通过第二联轴器(16)与设置在磁粉制动器支撑部件(17)上的磁粉制动器(15)相连，加载丝杠螺母(19)与贯穿床身(20)表面的加载工作台(10)的另一侧相固连；磁粉制动器(15)通过第二联轴器(16)对加载丝杠(21)进行扭矩输出；加载丝杠螺母(19)将所述扭矩转换为对加载工作台(10)的轴向加载力，从而实现对待测滚珠丝杠(8)的轴向加载。
5.根据权利要求4所述的微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置，其特征在于，所述测量组件包括用于测量待测滚珠丝杠(8)转矩和转速的动态扭矩传感器(5)、用于测量待测滚珠丝杠(8)轴向加载力的拉压力传感器(11)；动态扭矩传感器(5)设置在扭矩传感器支撑部件(24)上，其一端通过第一弹性联轴器(4)与减速器(3)的输出轴相连，另一端通过第二弹性联轴器(6)与所述待测滚珠丝杠(8)的一端相连；拉压力传感器(11)设置于加载工作台(10)和可换加载工装(12)之间。
6.根据权利要求5所述的微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置，其特征在于，所述控制模块包括伺服控制器、运动控制卡、张力控制器、工控机；伺服控制器、运动控制卡用于控制驱动装置的转速；工控机根据拉压力传感器(11)实时监测的待测滚珠丝杠(8)的轴向加载力，通过调节张力控制器以实现对磁粉制动器(15)的输出扭矩的控制，进而实现对加载装置轴向加载力的控制。
7.根据权利要求6所述的微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置，其特征在于，所述第一待测丝杠支撑部件(7)、第一加载丝杠支撑部件(22)、第二加载丝杠支撑部件(18)分别采用BK20、BF40、BK40滚珠丝杠支撑单元，导轨(14)采用型号为SR45W150015的导轨。
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