CN112649194B - 一种滚珠丝杠副加载试验装置及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种滚珠丝杠副加载试验装置及试验方法，解决了现有技术中存在试验获得参数准确度较低的问题，具有可有效获得加载过程中参数的有益效果，具体方案如下：一种滚珠丝杠副加载试验装置，包括滚珠丝杠，滚珠丝杠通过螺母副设置至少一块工作台板，滚珠丝杠可安装试验螺母，试验螺母端部至少一侧与支撑件连接，工作台板与支撑件之间设置伸缩器，伸缩器与一侧的工作台板之间设置压力传感器，伸缩器的设置方向与滚珠丝杠的设置方向相互平行，通过伸缩器向试验螺母端部施加荷载。

Description

一种滚珠丝杠副加载试验装置及试验方法

技术领域

本发明涉及滚珠丝杠领域，尤其是一种滚珠丝杠副加载试验装置及试验方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着航空航天等国防工业领域以及深海作业装备的飞速发展，如航天飞行器舱门的开闭、飞机起落架的收放、太阳能电池板的展开、注塑机械合模控制、深海作业的机械手臂摆动以及核电站阀门的开关等许多重要应用场合都采用滚珠丝杠副作为传动元件。以滚珠丝杠副组成的机电伺服传动机构要求具有较小的结构尺寸，并且在冲击载荷、高承载、短时过载、轴径向复合载荷工作条件下对滚珠丝杠副传动系统的刚度、精度、抗冲击能力、传动稳定性、可靠性等都提出了更高的要求。

传统的滚珠丝杠承载特性主要采用油缸加载、电机力矩加载、磁粉致动器加载试验获取,这些加载方式在滚珠丝杠副模拟试验台设计研发中得到广泛应用，发明人发现，基于通用的滚珠丝杠设计理论结合经验设计仍是目前该极端工况下滚珠丝杠设计和选用的主要方法，其设计的合理性和可靠性无法得到保证，现有技术中因试验结构设置不合理，加载输出力响应过慢，影响到获得相关运行参数的准确度，尤其是无法获得短时重载及瞬时过载冲击滚珠丝杠副的有效运行参数；影响短时重载及瞬时过载冲击工况下滚珠丝杠副产品的开发及性能优化。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种滚珠丝杠副加载试验装置，实现滚珠丝杠副复杂加载工况下综合性能试验。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种滚珠丝杠副加载试验装置，包括滚珠丝杠，滚珠丝杠通过螺母副设置至少一块工作台板，滚珠丝杠可安装试验螺母，试验螺母端部至少一侧与支撑件连接，工作台板与支撑件之间设置伸缩器，伸缩器与一侧的工作台板之间设置压力传感器，伸缩器的设置方向与滚珠丝杠的设置方向相互平行，通过伸缩器向试验螺母端部施加荷载。

上述的试验装置，伸缩器设于试验螺母一端与工作台板之间，伸缩器张开运动，即可向试验螺母端部施加轴向荷载，并由压力传感器实现力的测量，由此可实现对试验螺母轴向荷载的试验，通过多个伸缩器可实现对试验螺母的偏转力矩或对称力矩的施加，实现不同工况的试验模拟。

如上所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置，所述工作台板设置两块，相邻两块工作台板之间间隔设定距离设置，各工作台板分别与螺母副固定。

如上所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置，所述试验螺母的侧部设置至少两个所述的伸缩器，分别为第一伸缩器和第二伸缩器，第一伸缩器与第一支撑件连接，第二伸缩器与第二支撑件连接；

第一支撑件和第二支撑件分别设于试验螺母一端的两侧，并分别与试验螺母固定连接，试验螺母端部为法兰端，通过法兰端实现与第一支撑件和第二支撑件的固连。

如上所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置，还包括可安装于所述试验螺母径向方向的第三伸缩器，第三伸缩器通过支撑座支撑，第三伸缩器与支撑座之间设置第三压力传感器，通过第三伸缩器向试验螺母施加径向荷载，并通过第三压力传感器实现力的测量；

支撑座的端部通过所述工作台板支撑，支撑座与工作台板垂直设置，并与第三伸缩器垂直设置，使得第三伸缩器的长度方向与工作台板的长度方向一致。

如上所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置，所述第一支撑件和第二支撑件远离试验螺母的一侧分别设置通孔，穿过通孔设置支撑杆，支撑杆一端与所述工作台板可拆卸连接；

设于第一伸缩器一侧的支撑杆为第一支撑杆，设于第二伸缩器一侧的支撑杆为第二支撑杆，通过第一支撑杆和第二支撑杆对第一伸缩器和第二伸缩器的运动进行导向。

如上所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置，还包括摩擦力矩测量部件，在第一支撑杆和第二支撑杆拆除候，试验螺母可转动，通过摩擦力矩测量部件，用于测量试验螺母的实时摩擦力矩。

如上所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置，所述摩擦力矩测量部件包括可安装于所述试验螺母一端的拨杆套，拨杆套长于试验螺母的直径，拨杆套超过试验螺母处设置U型拉压传感器；

U型拉压传感器通过第三支撑件与同拨杆套临近的工作台板连接，通过U型拉压传感器可测量不同加载工况下的实时摩擦力矩。

如上所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置，所述工作台板的两侧分别安装于导轨副，通过导轨副保证工作台板的直线运动；

两侧导轨副之间设置测量尺，测量尺沿着导轨副的长度方向设置，用于保证加载试验时的定位精度。

如上所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置，所述螺母副为双螺母滚珠丝杠副；

所述伸缩器为磁致伸缩器。

另一方面，本发明还公开了一种滚珠丝杠副加载试验装置的试验方法，包括如下内容：

由试验螺母一端的至少一个伸缩器向试验螺母施加轴向荷载，由压力传感器进行轴向力的测量；

通过第三伸缩器向试验螺母施加径向荷载，由第三压力传感器进行径向力的测量；

通过伸缩器向工作台板施加荷载，实现对螺母副进行加载试验，并通过压力传感器进行力的测量。

上述本发明的有益效果如下：

1)本发明通过试验装置的提供，伸缩器设于试验螺母一端与工作台板之间，伸缩器张开运动，即可向试验螺母端部施加轴向荷载，并由压力传感器实现力的测量，由此可实现对试验螺母轴向荷载的试验，通过多个伸缩器可实现对试验螺母的偏转力矩或对称力矩的施加，实现不同工况的试验模拟。

2)本发明通过第三伸缩器的设置，可实现对试验螺母径向荷载的加载，再配合轴向荷载的加载，实现试验螺母的复合荷载试验。

3)本发明通过第一支撑件和第二支撑件的设置，便于避开滚珠丝杠方便第一伸缩器和第二伸缩器的安装，从而有利于对试验螺母端部轴向荷载的施加；本发明通过第一支撑件和第二支撑件各自端部通孔的设置，便于通过第一支撑杆和第二支撑杆对两伸缩器的运动进行导向。

4)本发明通过不仅可实现对试验螺母施加荷载，还可对螺母副施加荷载，进行相关的试验分析。

5)本发明通过第一伸缩器和第二伸缩器可实现对试验螺母轴向荷载的施加，通过第三伸缩器可实现对试验螺母径向荷载的施加，还可不同荷载工况下摩擦力矩的测量，整体结构设置合理，伸缩器响应快，有效保证所获得参数的准确度，尤其可获得短时重载及瞬时过载冲击滚珠丝杠副的有效运行参数。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的一种滚珠丝杠副加载试验装置的俯视图。

图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意。

其中：1.伺服电机 2.前端轴承 3.滚珠丝杠 4.光栅尺 5.工作螺母A 6.预紧垫片A 7.预紧螺母A 8.第一压力传感器 9.第一磁致伸缩器 10.第一支撑杆 11.第一支撑件12.试验螺母 13.U型拉压传感器 14.第三支撑件 15.底座 16.预紧螺母B 17.预紧垫片B18.工作螺母B 19.第二工作台板 20.导轨副A 21.后端轴承 22.导轨副B 23.拨杆套 24.支撑座 25.第三磁致伸缩器 26.第三压力传感器 27.第二支撑件 28.第二磁致伸缩器29.第二支撑杆 30.第二压力传感器 31.第一工作台板 32.联轴器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在试验获得参数准确度较低的问题，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种滚珠丝杠副加载试验装置及试验方法。

本发明的一种典型的实施方式中，参考图1所示，一种滚珠丝杠副加载试验装置，包括滚珠丝杠3，滚珠丝杠3通过轴承支撑，滚珠丝杠支撑试验螺母，滚珠丝杠的一端设置驱动件，驱动件可为伺服电机，伺服电机通过联轴器32连接滚珠丝杠3，通过伺服电机可带动滚珠丝杠旋转，滚珠丝杠3通过前端轴承2与后端轴承21支撑。

滚珠丝杠通过螺母副与第一工作台板、第二工作台板分别单独连接，第一工作台板、第二工作台板之间间隔设定距离设置。

本实施例中，螺母副为双螺母滚珠丝杠副，具体地，在试验时，试验螺母12设于两螺母副之间，且设于第一工作台板、第二工作台板之间。

双螺母滚珠丝杠副包括工作螺母和预紧螺母，具体地，工作螺母A5与预紧螺母A7之间通过预紧垫片A6预紧，工作螺母A5与预紧螺母A7之间通过滚珠丝杠传递动力，预紧螺母A7与第一工作台板31通过螺钉连接；同样，工作螺母B18与预紧螺母B16之间通过预紧垫片B17预紧，工作螺母B18与预紧螺母B16之间通过滚珠丝杠传递动力，预紧螺母B16与第二工作台板19通过螺钉连接；第一工作台板31与第二工作台板19能够在导轨副A与导轨副B上往复移动。

进一步地，工作台板的两侧分别安装于导轨副，通过导轨副保证工作台板的直线运动。

其中，两导轨副相互平行设置；在导轨副A与导轨副B之间沿着导轨副A的长度方向设置测量尺，测量尺与导轨副A相互平行，具体地，测量尺为光栅尺4，可以对试验螺母复合加载试验时定位精度的测量。

试验螺母的侧部设置至少两个伸缩器，分别为第一伸缩器和第二伸缩器，第一伸缩器与第一支撑件连接，第二伸缩器与第二支撑件连接，本实施例中，第一伸缩器为第一磁致伸缩器，第二伸缩器为第二磁致伸缩器，两伸缩器位于滚珠丝杠的两侧，对称布置；

第一支撑件和第二支撑件分别设于试验螺母一端的两侧，并分别与试验螺母固定连接，试验螺母端部为法兰端，通过法兰端实现与第一支撑件和第二支撑件的固连。

第一磁致伸缩器9与第二磁致伸缩器28可对试验螺母12施加对称轴向载荷，第一磁致伸缩器9与第二磁致伸缩器28靠近第一工作台板的一端分别安装第一压力传感器8、第二压力传感器30，以便测量输出力，第一支撑件11与第二支撑件27与试验螺母12连接，第一支撑杆10与第二支撑杆29各自一端分别通过螺纹结构安装于第一工作台板31上，第一支撑杆另一端穿过第一支撑件11的通孔，第二支撑杆另一端穿过第二支撑件27上的通孔，防止试验螺母12正反转动。

需要说明的是，两支撑件具体可为杆件，各个支撑件的一端与螺母连接，另一端设置用于第一支撑杆或第二支撑杆穿过的通孔。

第三伸缩器通过支撑座支撑，第三伸缩器为第三磁致伸缩器，第三磁致伸缩器25可对试验螺母12施加径向载荷，同样第三磁致伸缩器25远离试验螺母的一端安装第三压力传感器26，测量其输出力。

进一步地，第三磁致伸缩器由支撑座24支撑，支撑座24一端与第二工作台板连接，支撑座与工作台板B垂直设置，并与第三伸缩器垂直设置，使得第三伸缩器的长度方向与工作台板的长度方向一致，第三伸缩器设于第二支撑件的侧部，并与第二支撑件之间间隔设定距离设置。

当拆除第一支撑杆与第二支撑杆后，在试验螺母远离第一支撑杆的另一端安装上拨杆套23，拨杆套23通过螺钉连接试验螺母12，拨杆套23另一端穿过U型拉压传感器13，U型拉压传感器13与第三支撑件14通过螺纹连接，第三支撑件14通过螺钉安装在底座15，底座15固定于工作台板B。

容易理解的是，第一磁致伸缩器9、第三磁致伸缩器25与第二磁致伸缩器28分别与控制器单独连接，控制器与伺服电机连接，控制器可为PLC控制器或其他类型的控制器。

具体地，三个磁致伸缩器的结构相同，均通过磁致伸缩材料制成，可为现有技术中的磁致伸缩驱动器，磁致伸缩器反应速度快，可实现短时重载和瞬时冲击，有利于获得短时重载及瞬时过载冲击滚珠丝杠副的有效运行参数。

一种滚珠丝杠副加载试验装置的试验方法，包括如下内容：

由试验螺母一端的至少一个伸缩器向试验螺母施加轴向荷载，由压力传感器进行轴向力的测量；

通过第三伸缩器向试验螺母施加径向荷载，由第三压力传感器进行径向力的测量；

具体地，通过控制器可控制第一磁致伸缩器9、第三磁致伸缩器25与第二磁致伸缩器28的伸缩运动，3个磁致伸缩器可以实现试验螺母的复合加载，当第一磁致伸缩器9、第二磁致伸缩器28同时工作时，实现试验螺母轴向加载，当第一磁致伸缩器9、第二磁致伸缩器28其中一个工作时对试验螺母施加偏转力矩，当第三磁致伸缩器25单独工作时，可对试验螺母施加径向载荷，当3个磁致伸缩器共同工作时，可实现试验螺母轴向、径向载荷的加载，为滚珠丝杠副不同载荷工况下性能测试提供平台。

拆除第一支撑杆与第二支撑杆后，使得试验螺母可转动，在试验螺母远离第一支撑杆的另一端安装上拨杆套23和U型拉压传感器13，滚珠丝杠带动试验螺母转动，U型拉压传感器13测量空载工况下的实时摩擦力矩。

另外，当第一磁致伸缩器9、第二磁致伸缩器28同时工作时同样可以试验对双螺母滚珠丝杠副Ⅰ(双螺母滚珠丝杠副Ⅰ由5.工作螺母A6.预紧垫片A7.预紧螺母A组成)的轴向加载，实现对其轴向加载试验。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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 (6)

1.一种滚珠丝杠副加载试验装置，其特征在于，包括滚珠丝杠，滚珠丝杠通过螺母副设置至少一块工作台板，滚珠丝杠可安装试验螺母，试验螺母端部至少一侧与支撑件连接，工作台板与支撑件之间设置伸缩器，伸缩器与一侧的工作台板之间设置压力传感器，伸缩器的设置方向与滚珠丝杠的设置方向相互平行，通过伸缩器向试验螺母端部施加荷载，所述螺母副为双螺母滚珠丝杠副，所述伸缩器为磁致伸缩器，具体的，所述磁致伸缩器为磁致伸缩驱动器；所述工作台板设置两块，相邻两块工作台板之间间隔设定距离设置，所述试验螺母的侧部设置至少两个所述的伸缩器，分别为第一伸缩器和第二伸缩器，第一伸缩器与第一支撑件连接，第二伸缩器与第二支撑件连接；第一支撑件和第二支撑件分别设于试验螺母一端的两侧，并分别与试验螺母固定连接，还包括可安装于所述试验螺母径向方向的第三伸缩器，第三伸缩器通过支撑座支撑，第三伸缩器与支撑座之间设置第三压力传感器；支撑座的端部通过所述工作台板支撑。

2.根据权利要求1所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置，其特征在于，所述第一支撑件和第二支撑件远离试验螺母的一侧分别设置通孔，穿过通孔设置支撑杆，支撑杆一端与所述工作台板可拆卸连接；

设于第一伸缩器一侧的支撑杆为第一支撑杆，设于第二伸缩器一侧的支撑杆为第二支撑杆。

3.根据权利要求1所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置，其特征在于，还包括摩擦力矩测量部件。

4.根据权利要求3所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置，其特征在于，所述摩擦力矩测量部件包括可安装于所述试验螺母一端的拨杆套，拨杆套长于试验螺母的直径，拨杆套超过试验螺母处设置U型拉压传感器；

U型拉压传感器通过第三支撑件与同拨杆套临近的工作台板连接。

5.根据权利要求1所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置，其特征在于，所述工作台板的两侧分别安装于导轨副；

两侧导轨副之间设置测量尺，测量尺沿着导轨副的长度方向设置。

6.根据权利要求1所述的一种滚珠丝杠副加载试验装置的试验方法，其特征在于，包括如下内容：

在滚珠丝杠安装试验螺母；

由试验螺母一端的至少一个伸缩器向试验螺母施加轴向荷载，由压力传感器进行轴向力的测量；

通过第三伸缩器向试验螺母施加径向荷载，由第三压力传感器进行径向力的测量；

通过伸缩器向工作台板施加荷载，实现对螺母副进行加载试验，并通过压力传感器进行力的测量。

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