CN113125151A - 精密丝杠综合性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种精密丝杠综合性能测试装置，包括，装置底座、加载光杆，光栅尺、伺服电机、角度编码器、扭矩传感器、丝杠支撑轴承座、直线轴承支座、拉压力传感器以及电动缸待测丝杠的输入端被支撑于所述丝杠支撑轴承座，且所述待测丝杠的输入端被与所述丝杠支撑轴承座之间固定设置或者转动设置，所述待测丝杠的输入端与所述扭矩传感器之间可拆卸连接设置。本发明的精密丝杠综合性能测试装置具有测试精度高、适配性强、可适应不同型号和不同种类的丝杠性能测试、结构简单、使用灵活方便、结构紧凑、测试性能参数准确完备等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种精密丝杠综合性能测试装置。
背景技术
精密丝杠是一种可将旋转运动和直线运动相互转化的精密机械装置，在航空与航天、武器装备、汽车、机器人、数控机床、精密机械、印刷包装机械、交通运输机械、医疗器械等领域应用十分广泛，是制造业和国防工业极其重要的基础件。近年来，以精密螺母丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠为代表的精密丝杠广泛应用于机器人、数控机床、航空航天等领域，随着国产化的进一步深入，工程应用领域对于传动精度、承载能力要求越来越高，常规的旋转与直线运动转化机构难以同时满足高速、高承载能力、高精度、长寿命等要求，这就需要研制更加精密，更大承载能力的直线传动部件，同时对于丝杠的综合性能测试也提出了较高的要求。
通过分析试验结果评价精密丝杠综合性能，对其发展具有重要意义。然而就国内而言，精密丝杠测试试验的发展还不足以验证设计理论，测试系统及评价体系没有相应的标准，尤其是综合性能的测试系统，大大限制了精密丝杠的进一步发展。为了克服现有技术中对精密丝杠性能测试单一，且不能模拟其实际使用工况的问题。因此设计出一种精密丝杠综合性能试验装置具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中测量设备对精密丝杠性能测试单一，且不能模拟其实际使用工况的缺陷，提供一种精密丝杠综合性能测试装置。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种精密丝杠综合性能测试装置，其特点在于，所述精密丝杠综合性能测试装置包括，装置底座、加载光杆，光栅尺、伺服电机、角度编码器、扭矩传感器、丝杠支撑轴承座、直线轴承支座、拉压力传感器以及电动缸，其中，
所述光栅尺位于所述丝杠支撑轴承座以及所述直线轴承支座之间，并用于测量待测丝杠的丝杠螺母的轴向移动；
所述加载光杆套接于待测丝杠并与待测丝杠的丝杠螺母连接，所述加载光杆被支撑于所述直线轴承支座，且所述加载光杆与所述电动缸之间通过拉压力传感器连接；
所述伺服电机、角度编码器、扭矩传感器、丝杠支撑轴承座、直线轴承支座、拉压力传感器以及电动缸依次设置在所述装置底座上；
待测丝杠的输入端被支撑于所述丝杠支撑轴承座，且所述待测丝杠的输入端被与所述丝杠支撑轴承座之间固定设置或者转动设置，所述待测丝杠的输入端与所述扭矩传感器之间可拆卸连接设置；
所述伺服电机、所述角度编码器以及所述扭矩传感器之间依次连接。
其中，加载光杆与待测丝杠的丝杠螺母相连，将丝杠螺母的轴向移动传出，加载光杆的输出端与拉压力传感器相连，实现丝杠的加载。
本发明中，通过扭矩传感器用来测量待测丝杠的输入扭矩，通过角度编码器测量待测丝杠的旋转角度，通过光栅尺测量待测丝杠的丝杠螺母的位移，利用电动缸为待测丝杠提供模拟实际工况，通过拉压力传感器进行力闭环，保证加载力的精确性。利用待测丝杠的输入端的两张不同连接形式，分别选择与扭矩传感器连接或者相对于丝杠支撑轴承座固定，由此实现不同性能的测试
较佳地，所述精密丝杠综合性能测试装置还包括第一胀紧套以及胀紧套端盘，其中，所述第一胀紧套固定连接待测丝杠的输入端，所述胀紧套端盘将所述第一胀紧套可拆卸固定在所述丝杠支撑轴承座上。利用胀紧套，切换待测丝杠的输入端的结构形式，实现相对固定，由此可以实现刚度测试，以及其他不同性能的测试。
较佳地，所述角度编码器以及所述扭矩传感器之间通过第一联轴器连接。
较佳地，待测丝杠的输入端以及所述扭矩传感器之间通过第二联轴器连接。第二联轴器可以实现待测丝杠的输入端以及扭矩传感器之间的连接与分离两种状态的切换。
较佳地，所述精密丝杠综合性能测试装置还包括丝杠连接轴、丝杠连接盘和第二胀紧套，其中，所述丝杠连接轴被支撑于所述丝杠支撑轴承座，所述第二胀紧套固定连接待测丝杠的输入端，所述丝杠连接盘将所述第二胀紧套固定在所述丝杠连接轴上。待测丝杠的结构形式和连接尺寸大小可跟随待测丝杠的输入端的结构和尺寸大小调整。主要分为两种连接形式，当待测丝杠的输入端为长轴时，直接利用丝杠轴承支撑座进行支撑和动力的传递；当待测丝杠输入端为短轴时，利用丝杠连接轴、丝杆连接盘和第二胀紧套组合的连接部件，对待测丝杠进行连接与支撑。
较佳地，所述精密丝杠综合性能测试装置还包括滑轨支撑以及直线滑轨，其中，所述直线滑轨连接在所述装置底座上，所述滑轨支撑的上端套接于待测丝杠并与待测丝杠的丝杠螺母连接，所述滑轨支撑的下端滑设于所述直线滑轨。
较佳地，所述滑轨支撑、所述加载光杆均固定连接于待测丝杠的丝杠螺母。
较佳地，所述光栅尺设置为测量所述滑轨支撑的轴向移动。
较佳地，所述丝杠支撑轴承座以及所述直线轴承支座之间通过内力杆连接固定。两根内力杆穿过直线轴承支座和丝杠支撑轴承座两侧通孔，利用螺母将其固定，构成一个内力系统。
较佳地，所述精密丝杠综合性能测试装置包括数据采集系统，所述光栅尺、所述角度编码器、所述扭矩传感器、所述拉压力传感器与所述数据采集系统电连接。数据采集系统可以包括数据采集卡，通过各数据采集卡将信号传入测试系统进行数据处理和分析，完成不同型号种类的精密丝杠在负载状态下的传动精度、传动效率和轴向刚度的测试与评定。
较佳地，待测丝杠可以为精密螺母丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠等。精密丝杠综合性能测试装置可通过调节和更换测试组件，如安装温度传感器、振动传感器、声级计等，实现精密丝杠的更多性能的测试。
本发明的积极进步效果在于：本发明的精密丝杠综合性能测试装置具有测试精度高、适配性强、可适应不同型号和不同种类的丝杠性能测试、结构简单、使用灵活方便、结构紧凑、测试性能参数准确完备等特点。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的精密丝杠综合性能测试装置的立体示意图。
图2为本发明较佳实施例的待测丝杠连接结构的局部立体示意图。
图3为本发明较佳实施例的精密丝杠综合性能测试装置的剖视图。
图4为本发明较佳实施例的伺服电机附近结构的局部示意图。
图5为本发明较佳实施例的待测丝杠的输入端附近结构的局部示意图。
图6为本发明较佳实施例的加载光杆的输出端附近结构的局部示意图。
图7为本发明较佳实施例的待测丝杠的固定状态结构示意图。
图8为本发明较佳实施例的短轴的待测丝杠的连接结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
如图1-图8所示，本实施例包括电动缸1；拉压力传感器2；直线轴承3；加载光杆4；内力杆5；待测丝杠6；扭矩传感器7；角度编码器8；伺服电机9；电机支座10；扭矩传感器支座11；丝杠支座12；光栅尺13；滑轨支撑14；直线滑轨15；直线轴承支座16；电动缸底板17；装置底座18；19总支架；驱动轴20；第一联轴器21；第二联轴器22；端盘23；连接杆24；电动缸支架25；第一胀紧套26；丝杠支撑轴承座27；胀紧套端盘28；螺母29；丝杠连接轴30；丝杠连接盘31；第二胀紧套32。
如图1、图2和图3所示，本实施例公开了一种精密丝杠综合性能测试装置，包括，装置底座18、加载光杆4，光栅尺13、伺服电机9、角度编码器8、扭矩传感器7、丝杠支撑轴承座27、直线轴承支座16、拉压力传感器2以及电动缸1，其中，
如图1和图2所示，光栅尺13位于丝杠支撑轴承座27以及直线轴承支座16之间，并用于测量待测丝杠6的丝杠螺母的轴向移动。
如图1和图3所示，加载光杆4套接于待测丝杠6并与待测丝杠6的丝杠螺母连接，加载光杆4被支撑于直线轴承支座16，且加载光杆4与电动缸1之间通过拉压力传感器2连接。
如图1和图3所示，伺服电机9、角度编码器8、扭矩传感器7、丝杠支撑轴承座27、直线轴承支座16、拉压力传感器2以及电动缸1依次设置在装置底座18上。
如图1和图3所示，待测丝杠6的输入端被支撑于丝杠支撑轴承座27，且待测丝杠6的输入端被与丝杠支撑轴承座27之间固定设置或者转动设置，待测丝杠6的输入端与扭矩传感器7之间可拆卸连接设置；
如图4所示，本实施例的伺服电机9、角度编码器8以及扭矩传感器7之间依次连接。
如图5所示，本实施例的加载光杆4与待测丝杠6的丝杠螺母相连，将丝杠螺母的轴向移动传出，加载光杆4的输出端与拉压力传感器2相连，实现丝杠的加载。
本发明中，通过扭矩传感器7用来测量待测丝杠6的输入扭矩，通过角度编码器8测量待测丝杠6的旋转角度，通过光栅尺13测量待测丝杠6的丝杠螺母的位移，利用电动缸1为待测丝杠6提供模拟实际工况，通过拉压力传感器2进行力闭环，保证加载力的精确性。利用待测丝杠6的输入端的两张不同连接形式，分别选择与扭矩传感器7连接或者相对于丝杠支撑轴承座27固定，由此实现不同性能的测试
较佳地，精密丝杠综合性能测试装置还包括第一胀紧套26以及胀紧套端盘28，其中，第一胀紧套26固定连接待测丝杠6的输入端，胀紧套端盘28将第一胀紧套26可拆卸固定在丝杠支撑轴承座27上。利用胀紧套，切换待测丝杠6的输入端的结构形式，实现相对固定，由此可以实现刚度测试，以及其他不同性能的测试。
如图4所示，本实施例的角度编码器8以及扭矩传感器7之间通过第一联轴器21连接。如图7所示，本实施例的待测丝杠6的输入端以及扭矩传感器7之间通过第二联轴器22连接。第二联轴器22可以实现待测丝杠6的输入端以及扭矩传感器7之间的连接与分离两种状态的切换。
如图7所示，本实施例的精密丝杠综合性能测试装置还包括丝杠连接轴30、丝杠连接盘31和第二胀紧套32，其中，丝杠连接轴30被支撑于丝杠支撑轴承座27，第二胀紧套32固定连接待测丝杠6的输入端，丝杠连接盘31将第二胀紧套32固定在丝杠连接轴30上。待测丝杠6的结构形式和连接尺寸大小可跟随待测丝杠6的输入端的结构和尺寸大小调整。主要分为两种连接形式，当待测丝杠6的输入端为长轴时，如图5所示，直接利用丝杠轴承支撑座进行支撑和动力的传递；当待测丝杠6输入端为短轴时，利用丝杠连接轴30、丝杆连接盘和第二胀紧套32组合的连接部件，对待测丝杠6进行连接与支撑。
如图1和图5所示，精密丝杠综合性能测试装置还包括滑轨支撑14以及直线滑轨15，其中，直线滑轨15连接在装置底座18上，滑轨支撑14的上端套接于待测丝杠6并与待测丝杠6的丝杠螺母连接，滑轨支撑14的下端滑设于直线滑轨15。
如图1和图5所示，滑轨支撑14、加载光杆4均固定连接于待测丝杠6的丝杠螺母。光栅尺13设置为测量滑轨支撑14的轴向移动。
如图5和图6所示，丝杠支撑轴承座27以及直线轴承支座16之间通过内力杆5连接固定。两根内力杆5穿过直线轴承支座16和丝杠支撑轴承座27两侧通孔，利用螺母将其固定，构成一个内力系统。
本实施例中，精密丝杠综合性能测试装置包括数据采集系统，光栅尺、角度编码器8、扭矩传感器7、拉压力传感器2与数据采集系统电连接。数据采集系统可以包括数据采集卡，通过各数据采集卡将信号传入测试系统进行数据处理和分析，完成不同型号种类的精密丝杠在负载状态下的传动精度、传动效率和轴向刚度的测试与评定。
本实施例中，待测丝杠6可以为精密螺母丝杠、滚珠丝杠和行星滚柱丝杠等。精密丝杠综合性能测试装置可通过调节和更换测试组件，如安装温度传感器、振动传感器、声级计等，实现精密丝杠的更多性能的测试。
本实施例精密丝杠综合性能试验装置工作过程如下：
传动精度测试：通过光栅尺13、角度编码器8记录精密丝杠6多次往复运动时的实际位置及转过角度，通过计算得出传动精度。
传动效率测试；由扭矩传感器7得出待测丝杠6的输入功率，通过拉压力传感器5测量力的大小，通过对光栅尺13测出的位移进行一阶微分得到速度，待测丝杠6的输出功率为力与速度的乘积；待测丝杠6的传动效率等于其输出效率与输入效率的比值。
轴向刚度测试；取下第二联轴器22和装上第一胀紧套26，固定待测丝杠6的输入端。电动缸1按照一定梯度施加载荷，记录每一载荷下光栅尺13的示数，绘制刚度曲线，从而得出待测丝杠6的轴向刚度。
本发明的精密丝杠综合性能测试装置具有测试精度高、适配性强、可适应不同型号和不同种类的丝杠性能测试、结构简单、使用灵活方便、结构紧凑、测试性能参数准确完备等特点。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种精密丝杠综合性能测试装置，其特征在于，所述精密丝杠综合性能测试装置包括，装置底座、加载光杆，光栅尺、伺服电机、角度编码器、扭矩传感器、丝杠支撑轴承座、直线轴承支座、拉压力传感器以及电动缸，其中，
所述光栅尺位于所述丝杠支撑轴承座以及所述直线轴承支座之间，并用于测量待测丝杠的丝杠螺母的轴向移动；
所述加载光杆套接于待测丝杠并与待测丝杠的丝杠螺母连接，所述加载光杆被支撑于所述直线轴承支座，且所述加载光杆与所述电动缸之间通过拉压力传感器连接；
所述伺服电机、角度编码器、扭矩传感器、丝杠支撑轴承座、直线轴承支座、拉压力传感器以及电动缸依次设置在所述装置底座上；
待测丝杠的输入端被支撑于所述丝杠支撑轴承座，且所述待测丝杠的输入端被与所述丝杠支撑轴承座之间固定设置或者转动设置，所述待测丝杠的输入端与所述扭矩传感器之间可拆卸连接设置；
所述伺服电机、所述角度编码器以及所述扭矩传感器之间依次连接。
2.如权利要求1所述的精密丝杠综合性能测试装置，其特征在于，所述精密丝杠综合性能测试装置还包括第一胀紧套以及胀紧套端盘，其中，所述第一胀紧套固定连接待测丝杠的输入端，所述胀紧套端盘将所述第一胀紧套可拆卸固定在所述丝杠支撑轴承座上。
3.如权利要求1所述的精密丝杠综合性能测试装置，其特征在于，所述角度编码器以及所述扭矩传感器之间通过第一联轴器连接。
4.如权利要求1所述的精密丝杠综合性能测试装置，其特征在于，待测丝杠的输入端以及所述扭矩传感器之间通过第二联轴器连接。
5.如权利要求1所述的精密丝杠综合性能测试装置，其特征在于，所述精密丝杠综合性能测试装置还包括丝杠连接轴、丝杠连接盘和第二胀紧套，其中，所述丝杠连接轴被支撑于所述丝杠支撑轴承座，所述第二胀紧套固定连接待测丝杠的输入端，所述丝杠连接盘将所述第二胀紧套固定在所述丝杠连接轴上。
6.如权利要求所述1的精密丝杠综合性能测试装置，其特征在于，所述精密丝杠综合性能测试装置还包括滑轨支撑以及直线滑轨，其中，所述直线滑轨连接在所述装置底座上，所述滑轨支撑的上端套接于待测丝杠并与待测丝杠的丝杠螺母连接，所述滑轨支撑的下端滑设于所述直线滑轨。
7.如权利要求所述6的精密丝杠综合性能测试装置，其特征在于，所述滑轨支撑、所述加载光杆均固定连接于待测丝杠的丝杠螺母。
8.如权利要求所述6的精密丝杠综合性能测试装置，其特征在于，所述光栅尺设置为测量所述滑轨支撑的轴向移动。
9.如权利要求所述1的精密丝杠综合性能测试装置，其特征在于，所述丝杠支撑轴承座以及所述直线轴承支座之间通过内力杆连接固定。
10.如权利要求1-9任意一项所述的精密丝杠综合性能测试装置，其特征在于，所述精密丝杠综合性能测试装置包括数据采集系统，所述光栅尺、所述角度编码器、所述扭矩传感器、所述拉压力传感器与所述数据采集系统电连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210716 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |