CN110320029B - 一种滚珠丝杠扭力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种滚珠丝杠扭力测试装置，包括：底座和设置于底座上的驱动机构、固定夹持机构、测量机构以及平移机构；所述驱动机构用于驱动滚珠丝杠旋转；所述固定夹持机构用于夹持滚珠丝杠，并将其固定至底座；所述测量机构用于检测滚珠丝杠扭力，包括被测丝杠螺母夹头以及测力装置；所述平移机构用于控制测力装置与被测丝杠螺母夹头保持相对静止。

Description

一种滚珠丝杠扭力测试装置

技术领域

本发明涉及一种新型的滚珠丝杠扭力测试装置。

背景技术

滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的部件，在设备、工程、汽车、航天等领域广泛应用，具有高精度、可逆性和高效率的特点，具有很小的摩擦阻力。其中，微型滚珠丝杠由于常用于各种精密机床、机器人等对控制要求特别高的场合。目前国内滚珠丝杠的发展水平和国外相比还存在不小差距，除了原材料和加工设备精度等因素的制约，没有完善的测试检测手段也是制约其发展的一个重要因素，因为测试和制造是密不可分的，只有通过精确的测试，才能确保产品的质量。而目前市面上对滚珠丝杠的运行平稳度一直得不到很好的数据解释，对于滚珠丝杠的装配人员一直都是很大的挑战，也无法做出很好地调整方案。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术中的缺陷，为解决滚珠丝杠扭力测量的问题，提供一种用于滚珠丝杠扭力测试的装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种滚珠丝杠扭力测试装置，包括：底座和设置于底座上的驱动机构、固定夹持机构、测量机构以及平移机构；驱动机构用于驱动滚珠丝杠旋转；固定夹持机构用于夹持滚珠丝杠，并将其固定至底座；测量机构用于检测滚珠丝杠扭力，包括被测丝杠螺母夹头以及测力装置；平移机构用于控制测力装置与被测丝杠螺母夹头保持相对静止。

进一步的，驱动机构包括伺服电机以及与伺服电机输出轴连接用于传递输出扭矩的伺服电机联轴器。

进一步的，固定夹持机构包括：被测丝杠夹头、测丝杠尾端顶尖，被测丝杠一端固定于被测丝杠夹头,另一端抵接于被测丝杠尾端顶尖；被测丝杠夹头通过穿设于被测丝杠固定端的轴与伺服电机联轴器相连，被测丝杠固定端通过支架固定于底座；顶尖包括带有凸台的圆柱杆以及螺纹杆，螺纹杆远离被测丝杠一端设置，螺纹杆可转动的贯穿尾端固定板，调节螺母贴合于尾端固定板的右侧面并连接螺纹杆，凸台与尾端固定板左侧面之间设置有螺旋弹簧；尾端固定板顶端固定于尾端调节横板，尾端调节横板的两端与两侧光杆滑动连接。

进一步的，测量机构包括：依次设置的被测丝杠螺母夹头、螺母导套中心转子、螺母导套夹套以及被测丝杠螺母；其中，被测丝杠螺母夹头的圆环部分与螺母导套中心转子的光轴部分连接，被测丝杠螺母夹头的末端连接测力装置；螺母外圆周部分固定于螺母导套夹套右端内圆周，螺母导套夹套左端与螺母导套中心转子的左端相互卡合；螺母导套夹套左端内圆周沿圆周方向间隔设置凹槽，螺母导套中心转子右侧外圆周沿圆周方向间隔设置凸起，凸起与凹槽对应卡合。

进一步的，平移机构包括：步进电机以及步进电机支架，传动丝杠一端固定于传动丝杠固定座，另一端固定于传动丝杠支撑座；平移机构还包括：平移横板，其通过传动丝杠螺母连接套与传动丝杠连接；平移横板位于传动丝杠两侧的端部均设置有可沿两侧光杆滑动的第一

第一导轨，两侧光杆均通过支座固定在底座上。

进一步的，测量机构还包括测力装置支架板，用于固定测力装置；平移机构还包括被测丝杠支撑座，用于支撑对螺母导套中心转子；被测丝杠支撑座以及测力装置支架板的顶端均固定于平移横板。

与现有技术相比，本发明的优点在于：当机构运行的时候，电脑端连接测力装置，能够实现实时的数据采集，可以提高检测精度和检测效率；当被测丝杠螺母做来回运动时，控制步进电机驱动平移横板带动测丝杠支撑座以及测力装置支架板做同步运动，进而保证被测丝杠螺母夹头做来回运动时，与之接触的测力装置能够相对其静止。此外，当不同被测丝杠的规格装载时，步进电机还可以根据丝杠的导程来进行速度调节。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1是本发明滚珠丝杠扭力测试装置的整体示意图。

图2是本发明滚珠丝杠扭力测试装置的爆炸图。

图3是本发明驱动机构以及固定夹持机构示意图。

图4是本发明平移机构示意图。

图5是本发明测试原理模型图。

图6是本发明测量机构示意图。

图7是本发明图6的A-A截面图。

图中个标号表示：1、步进电机；2、步进电机支架；3、传动丝杠联轴器；4、传动丝杠固定座；5、传动丝杠；6、平移横板；7、螺母连接套；8、传动丝杠支撑座；9、挡板；10、第一导轨；11、光杆；21、伺服电机；22、伺服电机联轴器；23、被测丝杠固定端；24、被测丝杠夹头；25、被测丝杠螺母夹头；26、第二导轨；27、被测丝杠；28、被测丝杠支撑座；29、螺母导套中心转子；30、测力装置支架板；31、测力装置；32、顶尖；33、尾端调节横板；34、螺母导套夹套；35、尾端固定板；36、凸台；37、调节螺母；38、螺旋弹簧；39、凸起；40、凹槽；41、被测丝杠螺母。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在本文件中，如第一和第二、顶部和底部等的相关术语可以仅仅用于区分一个实体或动作与另一个实体或动作，而不必需要或暗示这种实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。术语“包括”或者其任何其它的变型意在覆盖非排他的包括，使得包括一系列元件的过程、方法、物品、或装置不仅包括那些元件，而是可以包括未明确列出或者对于这种过程、方法、物品、或装置而言固有的其它元件。通过“包括……”而获得的元件在不具有更多限制的情况下不排除在包括该元件的过程、方法、物品、或装置中存在其它相同的元件。

另一方面，本说明书中使用的术语用于说明实施例，并非要限定本发明。在本说明书中，只要在句子中未特别言及，单数型也包括复数型。说明书中使用的“包括(comprises)”及/或“包含的(comprising)”，是指言及的构成元件、步骤、动作及/或元件不排除存在或追加一个以上的其他构成元件、步骤、动作及/或元件。下面参照附图，详细说明本发明的实施例。

如图1-4所示，本发明扭力测试装置包括：底座、驱动机构、固定夹持机构、测量机构以及平移机构。

驱动机构包括：伺服电机21以及与伺服电机输出轴连接用于传递输出扭矩的伺服电机联轴器22。固定夹持机构包括：被测丝杠固定端23以及被测丝杠支撑座28，两者相互间隔设置，其中被测丝杠固定端23通过支架固定于底座，被测丝杠27一端固定于被测丝杠夹头24，被测丝杠夹头24通过穿设于被测丝杠固定端23的轴与伺服电机联轴器22相连，进而传递输出扭矩至被测丝杠27；被测丝杠27另一端抵接于被测丝杠尾端顶尖32，其中顶尖32包括带有凸台36的圆柱杆以及螺纹杆，其中螺纹杆远离被测丝杠27一端设置，螺纹杆可转动的贯穿尾端固定板35，调节螺母37贴合于尾端固定板35的右侧面连接螺纹杆，凸台36与尾端固定板35左侧面之间设置有螺旋弹簧38，通过改变调节螺母37的位置，能够调节顶尖32的位置，进而实现顶尖32的预紧力调节。

进一步的，尾端固定板35顶端固定于尾端调节横板33，尾端调节横板33的两端通过第二导轨26与两侧光杆11滑动连接，当被测丝杠27加载在夹头24与被顶尖32之间时，将两侧第二导轨26在光杆上锁定，进而防止被测丝杠的移动，保证测量稳定性。

测量机构包括：依次设置的被测丝杠螺母夹头25、螺母导套中心转子29、螺母导套夹套34以及被测丝杠螺母41，其中，被测丝杠螺母夹头25的圆环部分与螺母导套中心转子29的光轴部分连接，被测丝杠螺母夹头25的末端连接测力装置31，螺母导套中心转子29的光轴部分还穿设于被测丝杠支撑座28，对螺母导套中心转子29起支撑作用。被测丝杠螺母41外圆周部分固定于螺母导套夹套34右端内圆周，螺母导套夹套34左端与螺母导套中心转子29的轴端相互卡合。进一步的，螺母导套夹套34左端内圆周沿圆周方向间隔设置凹槽40，螺母导套中心转子29右侧外圆周沿圆周方向间隔设置凸起39，凸起39与凹槽40对应卡合，进而限制螺母导套夹套34与螺母导套中心转子29在圆周方向的相对转动。当被测丝杠27圆周转动时，本来被测丝杠螺母41也会做圆周转动，但是螺母导套夹套34与螺母导套中心转子29相连，被测丝杠螺母41与螺母导套夹套34相连，被测丝杠螺母41受到阻碍其同转的力，螺母导套中心转子29的力被传递到螺母夹头25，即，力会间接的被测力装置31所接收。

进一步的还包括测力装置支架板30，用于固定测力装置31。

进一步的，当机构运行的时候，电脑端连接测力装置31，并做实时的数据采集，根据测试原理模型，拉压力表测得力F*接触点力臂半径R=螺母外圆半径r*旋转螺母外径应测力f，即可获得旋转螺母外径应测力f。通过同一工件上扭矩相同，而扭矩在不同长度力臂上表达出力大小不一特点作为实验依据。

平移机构包括：步进电机1以及步进电机支架2，传动丝杠5一端固定于传动丝杠固定座4，并通过传动丝杠联轴器3与步进电机1的输出轴连接，其中步进电机支架2以及传动丝杠固定座4均通过固定支座固定在底座上；传动丝杠5另一端固定于传动丝杠支撑座8，并通过挡板9固定至底座。进一步的，平移机构还包括：平移横板6，其通过传动丝杠螺母连接套7与传动丝杠5连接；平移横板6位于传动丝杠5两侧的端部均设置有第一导轨10，第一导轨10可以沿着光杆11滑动，两侧光杆11均通过支座固定在底座上。步进电机1连接传动丝杠5旋转，由此传动丝杠螺母连接套7在传动丝杠5上作来回运动。

进一步的，被测丝杠支撑座28以及测力装置支架板30的顶端均固定于平移横板6，当被测丝杠螺母做来回运动时，控制步进电机1驱动平移横板6带动测丝杠支撑座28以及测力装置支架板30做同步运动，进而保证被测丝杠螺母夹头25做来回运动时，与之接触的测力装置能够相对其静止，从而实现实时测量。此外，当不同被测丝杠的规格装载时，步进电机1可以根据丝杠的导程来进行速度调节。

本发明的工作过程：对被测丝杠进行加载，使得其一端固定于被测丝杠夹头24，另一端抵接于被测丝杠尾端顶尖32，开启伺服电机21带动被测丝杠转动；同时控制步进电机1驱动传动丝杠5旋转，由此平移横板6带动测丝杠支撑座28以及测力装置支架板30与被测力装置31做同步运动，进而保证被测丝杠螺母夹头25做来回运动时，与之接触的测力装置能够相对其静止。当机构运行的时候，电脑端连接测力装置31，并做实时的数据采集，根据测试原理模型，获得旋转螺母外径应测力f。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种滚珠丝杠扭力测试装置，其特征在于，包括：底座和设置于底座上的驱动机构、固定夹持机构、测量机构以及平移机构；所述驱动机构用于驱动滚珠丝杠旋转；所述固定夹持机构用于夹持滚珠丝杠，并将其固定至底座；所述测量机构用于检测滚珠丝杠扭力；所述平移机构用于控制测力装置与被测丝杠螺母夹头保持相对静止；

所述驱动机构包括伺服电机以及与伺服电机输出轴连接用于传递输出扭矩的伺服电机联轴器；

所述固定夹持机构包括：被测丝杠夹头、被测丝杠尾端顶尖，被测丝杠一端固定于所述被测丝杠夹头,另一端抵接于所述被测丝杠尾端顶尖；

所述测量机构包括：依次设置的被测丝杠螺母夹头、螺母导套中心转子、螺母导套夹套以及被测丝杠螺母；其中，所述被测丝杠螺母夹头的圆环部分与所述螺母导套中心转子的光轴部分连接，被测丝杠螺母夹头的末端连接测力装置；被测丝杠螺母外圆周部分固定于螺母导套夹套右端内圆周，螺母导套夹套左端与螺母导套中心转子的左端相互卡合；

所述平移机构包括：步进电机以及步进电机支架，传动丝杠一端固定于传动丝杠固定座，另一端固定于传动丝杠支撑座；所述平移机构还包括：平移横板，其通过传动丝杠螺母连接套与传动丝杠连接；平移横板位于传动丝杠两侧的端部均设置有可沿两侧光杆滑动的第一导轨，所述两侧光杆均通过支座固定在底座上。

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠扭力测试装置，其特征在于，所述被测丝杠夹头通过穿设于被测丝杠固定端的轴与所述伺服电机联轴器相连，所述被测丝杠固定端通过支架固定于底座；所述被测丝杠尾端顶尖包括带有凸台的圆柱杆以及螺纹杆，所述螺纹杆远离被测丝杠一端设置，所述螺纹杆可转动的贯穿尾端固定板，调节螺母贴合于尾端固定板的右侧面并连接所述螺纹杆，所述凸台与所述尾端固定板左侧面之间设置有螺旋弹簧。

3.根据权利要求2所述的滚珠丝杠扭力测试装置，其特征在于，所述尾端固定板顶端固定于尾端调节横板，所述尾端调节横板的两端与两侧光杆滑动连接。

4.根据权利要求1所述的滚珠丝杠扭力测试装置，其特征在于，所述螺母导套夹套左端内圆周沿圆周方向间隔设置凹槽，螺母导套中心转子右侧外圆周沿圆周方向间隔设置凸起，凸起与凹槽对应卡合。

5.根据权利要求1所述的滚珠丝杠扭力测试装置，其特征在于，所述测量机构还包括测力装置支架板，用于固定测力装置；所述平移机构还包括被测丝杠支撑座，用于支撑所述螺母导套中心转子。

6.根据权利要求5所述的滚珠丝杠扭力测试装置，其特征在于，所述被测丝杠支撑座以及测力装置支架板的顶端均固定于平移横板。

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