CN110726552A - 一种用于滚珠丝杠副高精度轴向可控加载试验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于滚珠丝杠副高精度轴向可控加载试验装置，加载系统采用液压静压加载，自制液压站作为动力源，通过高精度比例伺服阀控制作动器进行加载。高精度比例伺服阀内置放大器，及阀芯位移传感器，工作可靠控制精度高。加载过程中，可在计算机中输入模拟航天工况的加载目标值，安装在作动器上的高精度力传感器实时采集加载力的实际值并反馈到PLC控制柜，与输入的指令值比较后，通过比例伺服阀内置的放大器运算后，控制比例伺服的开口，来控制作用在轴向液压油缸上的油压，实现较高的加载精度。

Description

一种用于滚珠丝杠副高精度轴向可控加载试验装置
技术领域
本发明涉及一种用于滚珠丝杠副高精度轴向可控加载试验装置，适合用于模拟滚珠丝杠在航天工况下具有所述一种用于滚珠丝杠副高精度轴向可控加载试验装置。
背景技术
近几年随着我国航天技术的快速发展，滚珠丝杠副作为一种高精度、高效率、高刚度及高承载的直线定位传动部件，以其良好的直线传动性能，在航天伺服传动系统中得到广泛应用。因此，滚珠丝杠副在航天工况下能否正常运转，直接关系到航天飞行器是否能正常运行，深入开展航天工况下滚珠丝杠副失效形式研究十分必要。航天工况下滚珠丝杠副往往在时变载荷下工作，因此，航天工况下滚珠丝杠副失效形式会有别于常规状态下滚珠丝杠副的失效形式。
随着航天器对其伺服传动系统的性能要求的不断提高，精密滚珠丝杠副的工况条件日益复杂多变，经常会出现短时载荷的急剧变化。因此测试精密滚珠丝杠副在不同载荷条件下的承载能力是非常有必要的，这可为研究丝杠副的失效模式、失效机理，探讨影响精密滚珠丝杠副的承载能力的主要因素提供依据。
因此，在实验过程中仅仅采用单一的轴向加载的机构模型与航天工况下的运动会有很大差别，构建能够模拟出航天工况滚珠丝杠副高精度轴向可控加载试验装置很重要。
发明内容
本发明提出了一种用于滚珠丝杠副高精度轴向可控加载试验装置，其能够控制滚珠丝杠轴向加载载荷以高精度、不同的函数曲线规律变化，实现高精度轴向可控加载滚珠丝杠副的试验。现在有很多机床都采用液压静压加载，但是做时变轴向可控加载装置的设备少之又少，本发明自制液压站作为动力源，在液压加载的基础上，通过添加反馈系统和高精度比例伺服阀控制作用在轴向液压加载油缸上的油压进行加载，设置多种时变函数信号，可以模拟航天工况，实现控制高精度轴向可控加载，且适用于各种相似液压加载装置。
本发明采用的技术方案为一种用于滚珠丝杠副高精度轴向可控加载试验装置，其特征在于，该装置包括：床身(1)、线性导轨(2)、X轴交流伺服电机(3)、U轴交流伺服电机(4)、施力拖板(5)、轴向液压加载油缸(6)、力传感器(7)、运动拖板(8)、左横梁支撑臂(9)、横梁(10)、横梁盖板(11)、X轴滚珠丝杠副(12)、X轴轴承(13)、X轴轴承套(14)、U轴轴承套(15)、轴承支架(16)、U轴轴承(17)、U轴驱动丝杠副(18)、右横梁支撑臂(19)、螺栓(20)、线性滑块(21)、控制柜(22)、高精度比例伺服阀(23)、压力表(24)、液压油源(25)、PLC控制柜(26)和计算机(27)；
轴承支架(16)用于支撑X轴轴承套(14)和U轴轴承套(15)；线性导轨(2)、线性滑块(21)，线性导轨(2)安装在床身(1)上；施力拖板(5)与线性导轨(2)连接安装在床身(1)上，力传感器(7)、轴向液压加载油缸(6)安装在施力拖板(5)内部，施力拖板(5)与U轴滚珠丝杠副(18)配合，轴向液压加载油缸(6)向外运动与运动拖板(8)产生相互作用力从而对U轴驱动丝杠副(18)施加轴向力，力传感器(7)测量轴向液压加载油缸(6)作用在U轴滚珠丝杠副(18)上施加轴向力；运动拖板(8)与线性导轨(2)连接安装在床身(1)上，运动拖板(8)与X轴滚珠丝杠副(12)配合，依托X轴滚珠丝杠副(12)作动，横梁支撑臂(9)、横梁盖板(11)安装在横梁(10)上。
X轴滚珠丝杠副(12)的一端与X轴交流伺服电机(3)相连，另一端与X轴轴承(13)配合，X轴滚珠丝杠副(12)作动带动运动拖板(8)；U轴驱动丝杠副(18)的一端与U轴交流伺服电机(4)相连，另一端与U轴轴承(17)配合；控制柜(22)控制驱动X轴交流伺服电机(3)作动，X轴交流伺服电机(3)驱动X轴滚珠丝杠副(12)转动，控制柜(22)控制驱动U轴交流伺服电机(4)作动，U轴交流伺服电机(4)驱动U轴驱动丝杠副(18)转动；控制柜(22)控制施力拖板(5)、轴向液压加载油缸(6)与力传感器(7)、运动拖板(8)同步运动。
液压油源(25)经过高精度比例伺服阀(23)通过液压油管道连接至轴向液压加载油缸(6)上，轴向液压加载油缸(6)向外运动与运动拖板(8)产生相互作用力从而对U轴驱动丝杠副(18)施加轴向力。液压油源(25)经过高精度比例伺服阀(23)通过液压油管道连接至轴向液压加载油缸(6)上，高精度比例伺服阀(23)内置放大器，及阀芯位移传感器，高精度比例伺服阀(23)、力传感器(7)与PLC控制柜(26)连接，PLC控制柜(26)与计算机(27)连接。加载过程中，可在计算机(27)屏幕输入加载目标值，安装在作动器上的高精度力传感器(7)实时采集加载力的实际值并反馈到PLC控制柜(26)，与输入的指令值比较后，通过比高精度例伺服阀(23)内置的放大器运算后，控制高精度比例伺服(23)的开口控制作用在轴向液压加载油缸(6)的油压，油压来控制轴向液压加载油缸(6)向外运动与运动拖板(8)产生相互作用力，从而对U轴驱动丝杠副(18)施加轴向力，实现较高的加载精度。
本发明具有如下的有益效果
(1)本装置加载系统采用液压静压加载，自制液压站作为动力源，通过高精度比例伺服阀控制轴向液压加载油缸进行加载，通过控制阀芯开口大小控制油压从而控制轴向载荷，实现工作可靠控制精度高。
(2)本装置加载过程中，高精度比例伺服阀内置放大器，及阀芯位移传感器，通过力传感器将轴向液压加载油缸的力反馈给PLC控制箱、PLC控制箱控制与电脑输入的模拟航天工况的函数信号进行比对从而控制比例伺服的开口，实现试验台作动与工况模拟的高度一致。
附图说明
图1是滚珠丝杠副高精度轴向可控加载试验装置示意图。
附图标记说明：
1、床身，2、线性导轨，3、X轴交流伺服电机，4、U轴交流伺服电机，5、施力拖板，6、轴向液压加载油缸，7、力传感器，8、运动拖板，9、左横梁支撑臂，10、横梁，11、横梁盖板，12、X轴滚珠丝杠副，13、X轴轴承，14、X轴轴承套，15、U轴轴承套，16、轴承支架，17、U轴轴承，18、U轴驱动丝杠副，19、右横梁支撑臂，20、螺栓，21.线性滑块，22、控制柜，23、高精度比例伺服阀，24、压力表，25、液压油源，26、PLC控制柜，27、计算机。
具体实施方式
如图1所示，一种用于高精度轴向可控加载滚珠丝杠副实验装置包括：动力机构、传动机构、支撑结构、加载机构和信息处理系统。信息处理系统控制加载机构与动力机构，动力机构控制传动机构，加载机构作用在传动机构上，支撑结构支撑动力机构、传动机构、加载机构。
传动机构：X轴滚珠丝杠副(12)一端与X轴交流伺服电机(3)连接，另一端与X轴轴承(13)配合；U轴驱动丝杠副(18)一端与U轴交流伺服电机(4)连接，另一端与U轴轴承(17)配合；U轴驱动丝杠副(18)与X轴滚珠丝杠副(12)平行布设；控制柜(22)控制驱动X轴交流伺服电机(3)转动，X轴交流伺服电机(3)驱动X轴滚珠丝杠副(12)转动，X轴滚珠丝杠副(12)转动带动运动拖板(8)，控制柜(22)控制驱动U轴交流伺服电机(4)转动，U轴交流伺服电机(4)驱动U轴驱动丝杠副(18)转动，U轴驱动丝杠副(18)转动带动施力拖板(5)、轴向液压加载油缸(6)与力传感器(7)，控制柜(22)控制X轴交流伺服电机(3)与U轴交流伺服电机(4)转速使施力拖板(5)、轴向液压加载油缸(6)与力传感器(7)、运动拖板(8)同步往复运动。
支撑机构：轴承支架(16)用于支撑X轴轴承套(14)和U轴轴承套(15)；线性导轨(2)、线性滑块(21)，线性导轨(2)安装在床身(1)上；X轴滚珠丝杠副(12)的一端与X轴交流伺服电机(3)相连，另一端与X轴轴承(13)配合，X轴滚珠丝杠副(12)作动带动运动拖板(8)；U轴驱动丝杠副(18)的一端与U轴交流伺服电机(4)相连，另一端与U轴轴承(17)配合；施力拖板(5)与线性导轨(2)连接安装在床身(1)上，力传感器(7)、轴向液压加载油缸(6)安装在施力拖板(5)内部，施力拖板(5)与U轴滚珠丝杠副(18)配合，运动拖板(8)与线性导轨(2)连接安装在床身(1)上，运动拖板(8)与X轴滚珠丝杠副(12)配合，横梁支撑臂(9)、横梁盖板(11)安装在横梁(10)上。
动力机构：控制柜(22)控制驱动X轴交流伺服电机(3)作动，X轴交流伺服电机(3)驱动X轴滚珠丝杠副(12)转动，控制柜(22)控制驱动U轴交流伺服电机(4)作动，U轴交流伺服电机(4)驱动U轴驱动丝杠副(18)转动；控制柜(22)控制施力拖板(5)、轴向液压加载油缸(6)与力传感器(7)、运动拖板(8)同步运动。
加载机构：液压油源(25)经过高精度比例伺服阀(23)通过液压油管道连接至轴向液压加载油缸(6)上，轴向液压加载油缸(6)向外运动与运动拖板(8)产生相互作用力从而对U轴驱动丝杠副(18)施加轴向力。
信息处理系统：液压油源(25)经过高精度比例伺服阀(23)通过液压油管道连接至轴向液压加载油缸(6)上，高精度比例伺服阀(23)内置放大器，及阀芯位移传感器，高精度比例伺服阀(23)、力传感器(7)与PLC控制柜(26)连接，PLC控制柜(26)与计算机(27)连接。加载过程中，可在计算机(27)屏幕输入加载目标值，安装在作动器上的高精度力传感器(7)实时采集加载力的实际值并反馈到PLC控制柜(26)，与输入的指令值比较后，通过比高精度例伺服阀(23)内置的放大器运算后，控制高精度比例伺服(23)的开口控制作用在轴向液压加载油缸(6)的油压，油压来控制轴向液压加载油缸(6)向外运动与运动拖板(8)产生相互作用力，从而对U轴驱动丝杠副(18)施加轴向力，实现较高的加载精度。
加载过程中，在计算机(27)屏幕输入加载目标值，如三角函数、阶梯函数、三角波函数等来模拟航天工况的函数曲线；高精度力传感器(7)实时采集加载力的实际值并反馈到PLC控制柜(26)与输入的指令值比较后，通过比高精度例伺服阀(23)内置的放大器运算后，控制高精度比例伺服(23)的开口大小。
液压油源(25)经过高精度比例伺服阀(23)通过液压油管道连接至轴向液压加载油缸(6)上，通过控制高精度比例伺服阀阀芯的开口大小来控制调节作用在轴向液压加载油缸(6)的油压，油压来控制轴向液压加载油缸(6)向外运动与运动拖板(8)产生相互作用力，从而对U轴驱动丝杠副(18)施加轴向力，从而实现高精度的轴向滚珠丝杠轴向加载。
本发明的工作过程和原理如下：
本发明加载系统采用液压静压加载，自制液压站作为动力源，液压油源(25)经过高精度比例伺服阀(23)通过液压油管道连接至轴向液压加载油缸(6)上，轴向液压加载油缸(6)加载U轴驱动丝杠副(18)与X轴滚珠丝杠副(12)，高精度比例伺服阀(23)内置放大器，及阀芯位移传感器，高精度比例伺服阀(23)、力传感器(7)与PLC控制柜(26)连接，PLC控制柜(26)与计算机(27)连接。加载过程中，在计算机(27)屏幕输入加载目标，比如三角函数、阶梯函数、三角波函数等模拟航天工况的函数曲线，高精度力传感器(7)实时采集加载力的实际值并反馈到PLC控制柜(26)，与输入的指令值比较后，通过比高精度例伺服阀(23)内置的放大器运算后，控制高精度比例伺服(23)的开口，来控制作用在轴向液压油缸(6)上的油压，油压来控制轴向液压加载油缸(6)向外运动与运动拖板(8)产生相互作用力，从而对U轴驱动丝杠副(18)施加轴向力，实现较高的加载精度。

Claims (3)

1.一种用于滚珠丝杠副高精度轴向可控加载试验装置，其特征在于，该装置包括：床身(1)、线性导轨(2)、X轴交流伺服电机(3)、U轴交流伺服电机(4)、施力拖板(5)、轴向液压加载油缸(6)、力传感器(7)、运动拖板(8)、左横梁支撑臂(9)、横梁(10)、横梁盖板(11)、X轴滚珠丝杠副(12)、X轴轴承(13)、X轴轴承套(14)、U轴轴承套(15)、轴承支架(16)、U轴轴承(17)、U轴驱动丝杠副(18)、右横梁支撑臂(19)、螺栓(20)、线性滑块(21)、控制柜(22)、高精度比例伺服阀(23)、压力表(24)、液压油源(25)、PLC控制柜(26)和计算机(27)；
轴承支架(16)用于支撑X轴轴承套(14)和U轴轴承套(15)；线性导轨(2)、线性滑块(21)，线性导轨(2)安装在床身(1)上；施力拖板(5)与线性导轨(2)连接安装在床身(1)上，力传感器(7)、轴向液压加载油缸(6)安装在施力拖板(5)内部，施力拖板(5)与U轴滚珠丝杠副(18)配合；运动拖板(8)与线性导轨(2)连接安装在床身(1)上，运动拖板(8)与X轴滚珠丝杠副(12)配合，横梁支撑臂(9)、横梁盖板(11)安装在横梁(10)上；X轴滚珠丝杠副(12)的一端与X轴交流伺服电机(3)相连，另一端与X轴轴承(13)配合，X轴滚珠丝杠副(12)作动带动运动拖板(8)；U轴驱动丝杠副(18)的一端与U轴交流伺服电机(4)相连，另一端与U轴轴承(17)配合；控制柜(22)控制驱动X轴交流伺服电机(3)作动，控制柜(22)控制驱动U轴交流伺服电机(4)作动，液压油源(25)经过高精度比例伺服阀(23)通过液压油管道连接至轴向液压加载油缸(6)上，轴向液压加载油缸(6)与运动拖板(8)接触；液压油源(25)经过高精度比例伺服阀(23)通过液压油管道连接至轴向液压加载油缸(6)上，高精度比例伺服阀(23)、力传感器(7)与PLC控制柜(26)连接，PLC控制柜(26)与计算机(27)连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于滚珠丝杠副高精度轴向可控加载试验装置，其特征在于，加载过程中，在计算机(27)屏幕输入加载目标值，如三角函数、阶梯函数、三角波函数等来模拟航天工况的函数曲线；高精度力传感器(7)实时采集加载力的实际值并反馈到PLC控制柜(26)与输入的指令值比较后，通过比高精度例伺服阀(23)内置的放大器运算后，控制高精度比例伺服(23)的开口大小。
3.根据权利要求1所述的一种用于滚珠丝杠副高精度轴向可控加载试验装置，其特征在于，液压油源(25)经过高精度比例伺服阀(23)通过液压油管道连接至轴向液压加载油缸(6)上，通过控制高精度比例伺服阀阀芯的开口大小来控制调节作用在轴向液压加载油缸(6)的油压，油压来控制轴向液压加载油缸(6)向外运动与运动拖板(8)产生相互作用力，从而对U轴驱动丝杠副(18)施加轴向力，从而实现高精度的轴向滚珠丝杠轴向加载。
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