CN111521391A - 一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置 - Google Patents

一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置，包括底座、滚珠直线导轨副、滚珠丝杠副、固定端丝杠轴承安装座、支持端丝杠轴承安装座、伺服电机、工作台、接近开关、拖链、三轴加速度传感器、温度传感器、激光位移传感器。本发明提供的实验平台结构紧凑，成本较低，可最大程度的模拟实际丝杠模组的工作状态，可通过三轴加速度传感器、温度传感器和激光位移传感器实时测量滚珠丝杠副的动态特性和热变形，动力系统采用伺服电机驱动，调试方便，控制精度高，性能可靠，响应快。整机结构紧凑，适用于学校、实验室等场所，最大节省空间。

Description

一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置
技术领域
本发明涉及一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置，属于机械传动技术领域。
背景技术
滚珠丝杠副是目前数控机床或者传动机构中常用的传动部件，其具有传动效率高、精度高、运行稳定等优点。在高速、高精度滚珠丝杠副的运用中，振动及热变形是制约滚珠丝杠副传动精度的关键问题和难点，同时振动及热变形对结构的影响往往决定机床的使用寿命和加工精度。
目前，专门针对滚珠丝杠动态特性和热变形相关实验和方法较少，检测手段单一，特别是较难与现有主流的滚珠丝杠副直线导轨模组应用场合相匹配，本装置和方法的设计和加工，可较大程度的模拟实际丝杠模组的工作状态，通过采集压电传感器、热电阻和激光位移传感器数值，获得滚珠丝杠副的动态特性和热变形值，动力系统采用伺服电机驱动，调试方便，控制精度高，性能可靠，响应快。整机结构紧凑，适用于学校、实验室等场所，最大节省空间和成本。
发明内容：
本发明的目的是提供一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置。
本发明公开的一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置，包括底座(1)，两套滚珠直线导轨副(2)，滚珠丝杠副(3)，固定端丝杠轴承安装座(4)，支持端丝杠轴承安装座(5)，驱动滚珠丝杠副(3)运动的伺服电机(6)，工作台(7)，接近开关(8)，拖链(9)，三轴加速度传感器(10)，温度传感器(11)，激光位移传感器(12)。
本发明公开的两套滚珠直线导轨副(2)的滚珠直线导轨(202)对称安装在底座(1)上，滚珠直线导轨(202)上通过滚珠契合滚珠直线导轨滑块(201)，用于支持导向工作台(7)运动。
本发明公开的滚珠丝杠副(3)的滚珠丝杠轴(302)的前端采用固定轴承安装座(4)的角接触球轴承(402)支撑，通过锁紧螺母(401)进行紧固；滚珠丝杠轴(302)的后端采用深沟球轴承(502)支撑，并结合挡圈卡簧(501)进行轴向定位。
本发明公开的伺服电机(6)通过螺栓固联在电机安装座(601)上，并通过联轴器(602)把伺服电机(6)和滚珠丝杠轴(302)固联在一起。
本发明公开的工作台(7)通过工作台滚珠丝杠螺母安装座(701)与滚珠丝杠副(3)联结，被滚珠丝杠螺母(301)驱动，工作台滚珠丝杠螺母安装座(701) 与工作台台面(702)通过螺纹进行固联，并通过工作台定位销(703)进行定位。
本发明公开的接近开关(8)安装在接近开关安装架(801)上，用于限制工作台的运行行程。
本发明公开的拖链(9)一端通过螺栓把拖链安装架(901)固定在工作台(7) 上，另一端通过螺栓把拖链槽(902)固定在底座(1)上。
本发明公开的三轴加速度传感器(10)固定在工作台台面(702)的端面上，用于采集滚珠丝杠螺母(301)的运行的振动信号。
本发明公开的温度传感器(11)固定在滚珠丝杠螺母(301)的上表面上，用于采集滚珠丝杠螺母(301)的运行过程中的温度变化值。
本发明公开的激光位移传感器(12)安装在正对滚珠丝杠轴(302)从动端位置，用于采集滚珠丝杠副(3)运行过程中对从动端位置影响的变化值。
本发明公开的底座(1)上滚珠直线导轨(202)通过定位压实楔块(203) 进行定位和调整，从而实现振动抑制。
本发明公开的工作台台面(702)上的滑块(201)通过定位压实楔块(204) 进行定位和调整，从而实现振动抑制。
本发明的有益效果为：本发明提供的实验平台结构紧凑，成本较低，可最大程度的模拟实际丝杠模组的工作状态，可通过三轴加速度传感器、温度传感器和激光位移传感器实时测量滚珠丝杠副的动态特性和热变形，动力系统采用伺服电机驱动，调试方便，控制精度高，性能可靠，响应快。整机结构紧凑，适用于学校、实验室等场所，最大节省空间。
下面结合说明书附图对本发明做进一步描述。
附图说明：
图1是一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置的总装配示意图。
图2是一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置的部分细节示意图。
图3是一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置的工作台主视图。
图4是一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置的固定端丝杠轴承安装座剖视图。
图5是一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置的支持端丝杠轴承安装座剖视图。
图中：底座(1)，滚珠直线导轨副(2)，滚珠直线导轨滑块(201)，滚珠直线导轨(202)，导轨定位压实楔块(203)，滑块定位压实楔块(204)，滚珠丝杠副(3)，滚珠丝杠螺母(301)，滚珠丝杠轴(302)，固定端丝杠轴承安装座(4)，固定端丝杠轴承安装座锁紧螺母(401)，角接触球轴承(402)，支持端丝杠轴承安装座(5)，支持端丝杠轴承安装座挡圈卡簧(501)，深沟球轴承(502)，伺服电机(6)，电机安装座(601)，联轴器(602)，工作台(7)，工作台滚珠丝杠螺母安装座(701)，工作台台面(702)，工作台定位销(703)，接近开关(8)，接近开关安装架(801)，拖链(9)，拖链安装架(901)，拖链槽(902)，三轴加速度传感器(10)，温度传感器(11)，激光位移传感器(12)。
具体实施方式：
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的描述。
一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置，其特征在于：
包括底座(1)，两套滚珠直线导轨副(2)，滚珠丝杠副(3)，固定端丝杠轴承安装座(4)，支持端丝杠轴承安装座(5)，驱动滚珠丝杠副(3)运动的伺服电机(6)，工作台(7)，接近开关(8)，拖链(9)，三轴加速度传感器(10)，温度传感器(11)，激光位移传感器(12)。
所述两套滚珠直线导轨副(2)的滚珠直线导轨(202)对称安装在底座(1) 上，滚珠直线导轨(202)上通过滚珠契合滚珠直线导轨滑块(201)，用于支持导向工作台(7)运动。
所述滚珠丝杠副(3)的滚珠丝杠轴(302)的前端采用固定轴承安装座(4) 的角接触球轴承(402)支撑，通过锁紧螺母(401)进行紧固；滚珠丝杠轴(302) 的后端采用深沟球轴承(502)支撑，并结合挡圈卡簧(501)进行轴向定位。
所述伺服电机(6)通过螺栓固联在电机安装座(601)上，并通过联轴器(602) 把伺服电机(6)和滚珠丝杠轴(302)固联在一起。
所述工作台(7)通过工作台滚珠丝杠螺母安装座(701)与滚珠丝杠副(3) 联结，被滚珠丝杠螺母(301)驱动，工作台滚珠丝杠螺母安装座(701)与工作台台面(702)通过螺纹进行固联，并通过工作台定位销(703)进行定位。
所述接近开关(8)安装在接近开关安装架(801)上，用于限制工作台的运行行程。
所述拖链(9)一端通过螺栓把拖链安装架(901)固定在工作台(7)上，另一端通过螺栓把拖链槽(902)固定在底座(1)上。
所述三轴加速度传感器(10)固定在工作台台面(702)的端面上，用于采集滚珠丝杠螺母(301)的运行的振动信号。
所述温度传感器(11)固定在滚珠丝杠螺母(301)的上表面上，用于采集滚珠丝杠螺母(301)的运行过程中的温度变化值。
所述激光位移传感器(12)安装在正对滚珠丝杠轴(302)从动端位置，用于采集滚珠丝杠副(3)运行过程中对从动端位置影响的变化值。
一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置，其特征在于，所述底座(1) 上滚珠直线导轨(202)通过定位压实楔块(203)进行定位和调整，从而实现振动抑制。
所述工作台台面(702)上的滚珠直线导轨滑块(201)通过定位压实楔块(204) 进行定位和调整，从而实现振动抑制。
实施例
一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置，本发明的实现过程如下：
S1：本装置可实现滚珠丝杠副(3)动态特性实验，通过伺服电机(6)进行精准定位，使滚珠丝杠螺母(301)处在工作台(7)滚珠丝杠螺母(301)前端离固定端丝杠轴承安装座(4)距离0毫米、100毫米、200毫米、300毫米、400 毫米、500毫米、600毫米等位置，用以模拟滚珠丝杠副(3)在不同行程位置处的静态参量，通过作用在工作台台面(702)上的激振器提供扫频激励，通过三轴加速度传感器(10)获取滚珠丝杠副(3)在激振器扫频输出状态下的振动信号值，通过分析可获得滚珠丝杠副(3)在不同位置时的动态特性。
S2：本装置可实现滚珠丝杠副(3)转速-振幅实验，伺服电机(6)在驱动滚珠丝杠副(3)往复运动时，通过调整伺服电机(6)的转速，采用三轴加速度传感器(10)获得滚珠丝杠副(3)在不同转速下的振动信号值，通过分析可获得滚珠丝杠副(3)在不同转速下的振幅值。
S3：本装置可实现滚珠丝杠副(3)转矩-振幅实验，伺服电机(6)在驱动滚珠丝杠副(3)往复运动时，通过调整伺服电机(6)的转矩，采用三轴加速度传感器(10)获得滚珠丝杠副(3)在不同转矩下的振动信号值，通过分析可获得滚珠丝杠副(3)在不同转矩下的振幅值。
S4：本装置可实现滚珠丝杠副(3)热变形实验，通过伺服电机(6)驱动滚珠丝杠副(3)进行往复运动时，通过改变伺服电机(6)输出转速，采用温度传感器(11)获得滚珠丝杠螺母(301)外表面温升值，同时采用热像仪测量滚珠丝杠轴(302)的温度场，采用激光位移传感器(12)获得滚珠丝杠轴(302)在轴向方向的变形值，通过分析获得滚珠丝杠副(3)温度场和热变形的函数关系，同时获得不同转速和转矩下滚珠丝杠副(3)与热变形关系函数。
S5：本装置可实现滚珠丝杠副(3)阻尼测试实验，通过伺服电机(6)驱动滚珠丝杠副(3)转动的瞬间，采用三轴加速度传感器(10)获得滚珠丝杠副(3) 的振幅值，分析滚珠丝杠副(3)的振幅与加速度、振幅与转速和振幅与转矩的关系，可获得滚珠丝杠副(3)的振动衰减性能，实现滚珠丝杠副(3)的阻尼测试实验。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置，其特征在于：两套滚珠直线导轨副(2)的滚珠直线导轨(202)对称安装在底座(1)上，滚珠直线导轨(202)上通过滚珠契合滚珠直线导轨滑块(201)，用于支持导向工作台(7)运动；
滚珠丝杠副(3)的滚珠丝杠轴(302)的前端采用固定轴承安装座(4)的角接触球轴承(402)支撑，通过锁紧螺母(401)进行紧固；滚珠丝杠轴(302)的后端采用深沟球轴承(502)支撑，并结合挡圈卡簧(501)进行轴向定位；
伺服电机(6)通过螺栓固联在电机安装座(601)上，并通过联轴器(602)将伺服电机(6)和滚珠丝杠轴(302)固联在一起；
工作台(7)通过工作台滚珠丝杠螺母安装座(701)与滚珠丝杠副(3)联结，被滚珠丝杠螺母(301)驱动，工作台滚珠丝杠螺母安装座(701)与工作台台面(702)通过螺纹进行固联，并通过工作台定位销(703)进行定位；
接近开关(8)安装在接近开关安装架(801)上；拖链(9)的一端通过螺栓把拖链安装架(901)固定在工作台(7)上，拖链(9)的另一端通过螺栓把拖链槽(902)固定在底座(1)上；
三轴加速度传感器(10)固定在工作台台面(702)的端面上，用于采集滚珠丝杠螺母(301)的运行的振动信号；
温度传感器(11)固定在滚珠丝杠螺母(301)的上表面上，用于采集滚珠丝杠螺母(301)的运行过程中的温度变化值；
激光位移传感器(12)安装在正对滚珠丝杠轴(302)从动端位置，用于采集滚珠丝杠副(3)运行过程中对从动端位置影响的变化值。
2.根据权利要求1所述的一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置，其特征在于，所述底座(1)上滚珠直线导轨(202)通过定位压实楔块(203)进行定位和调整，从而实现振动抑制。
3.根据权利要求1所述的一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置，其特征在于，所述工作台台面(702)上的滚珠直线导轨滑块(201)通过定位压实楔块(204)进行定位和调整，实现振动抑制。
4.根据权利要求1所述的一种滚珠丝杠副热变形和动态特性测试装置，其特征在于，该装置的实现过程如下：
S1：通过伺服电机(6)进行定位，使滚珠丝杠螺母(301)处在工作台(7)滚珠丝杠螺母(301)前端离固定端丝杠轴承安装座(4)距离0毫米、100毫米、200毫米、300毫米、400毫米、500毫米、600毫米位置，用以模拟滚珠丝杠副(3)在不同行程位置处的静态参量，通过作用在工作台台面(702)上的激振器提供扫频激励，通过三轴加速度传感器(10)获取滚珠丝杠副(3)在激振器扫频输出状态下的振动信号值，通过分析获得滚珠丝杠副(3)在不同位置时的动态特性；
S2：伺服电机(6)在驱动滚珠丝杠副(3)往复运动时，通过调整伺服电机(6)的转速，采用三轴加速度传感器(10)获得滚珠丝杠副(3)在不同转速下的振动信号值，通过分析可获得滚珠丝杠副(3)在不同转速下的振幅值；
S3：伺服电机(6)在驱动滚珠丝杠副(3)往复运动时，通过调整伺服电机(6)的转矩，采用三轴加速度传感器(10)获得滚珠丝杠副(3)在不同转矩下的振动信号值，通过分析可获得滚珠丝杠副(3)在不同转矩下的振幅值；
S4：通过伺服电机(6)驱动滚珠丝杠副(3)进行往复运动时，通过改变伺服电机(6)输出转速，采用温度传感器(11)获得滚珠丝杠螺母(301)外表面温升值，同时采用热像仪测量滚珠丝杠轴(302)的温度场，采用激光位移传感器(12)获得滚珠丝杠轴(302)在轴向方向的变形值，通过分析获得滚珠丝杠副(3)温度场和热变形的函数关系，同时获得不同转速和转矩下滚珠丝杠副(3)与热变形关系函数；
S5：通过伺服电机(6)驱动滚珠丝杠副(3)转动的瞬间，采用三轴加速度传感器(10)获得滚珠丝杠副(3)的振幅值，分析滚珠丝杠副(3)的振幅与加速度、振幅与转速和振幅与转矩的关系，获得滚珠丝杠副(3)的振动衰减性能，实现滚珠丝杠副(3)的阻尼测试实验。
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