CN114397096A - 行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置，球铰组件与中心架固定连接，球铰组件中的球头相对于中心架可自由转动而无平移；球头通过锁紧螺母连接左螺母套，左螺母套与轴承盖之间安装十字滑块，左螺母套与右螺母套之间通过螺钉固定连接成螺母套组件，螺母套组件内部的空腔中安装被测行星滚柱丝杠的螺母，螺母外圆及其法兰外圆与螺母套组件之间留有间隙，螺母通过穿过螺母法兰的销钉固定于螺母套组件上，销钉与螺母法兰螺钉孔之间亦留有间隙，并由螺母套组件两端内均布钢球夹紧螺母法兰，使螺母相对于螺母套组件有径向两个方向的平移自由度，相对于中心架存在除绕丝杠轴线旋转自由度、沿丝杠轴线方向移动自由度之外的四个自由度。

Description

行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置
技术领域
本发明涉及一种行星滚柱丝杠加载寿命试验领域，尤其是一种用于自适应寿命试验台形位误差的试验装置。
背景技术
相比于滚珠丝杠，行星滚柱丝杠具有承载能力强、输入转速高、轴向刚度大、寿命长、大直径同时导程小、精度高等显著优势，已成为航空、航天、海军装备、高速重载、数控机床和精密仪器等领域直线作动机构的关键基础部件之一，并得到了相当广泛的应用。
疲劳寿命是行星滚柱丝杠的关键性能指标之一，目前常规的研究手段是用寿命试验台对滚柱丝杠进行连续加载跑合，根据其失效时间推导丝杠动态承载能力。
现有针对滚珠丝杠疲劳寿命试验所研制试验台基本结构组成如图1所示，被测丝杠两端安装在头尾架上，而螺母与中心架相连；丝杠输入端由电机+减速传动机构提供旋转动力，与中心架连接的导轨副实现防转和导向功能；同时中心架与相应的加载机构相连，从而实现对被测丝杠副的加载。其中，螺母与中心架之间通过内孔定位的方式进行固定连接。
丝杠副的主要功能是实现旋转至直线运动的转换，同时承受轴向载荷。因此为了尽可能减小在寿命试验过程中丝杠副所受径向负载、弯矩等非正常载荷，需要保证试验台的精度：
1)中心架螺母安装内孔与头尾架支撑轴承的同心度；
2)中心架螺母安装端面与头尾架支撑轴承的垂直度；
3)导轨与头尾架支撑轴承的平行度；
4)导轨与中心架螺母安装内孔的平行度。
滚珠丝杠副内部滚动体为钢球，而行星滚柱丝杠副内部滚动体为滚柱，两者结构差异导致在相同的安装误差条件下，滚柱丝杠副内部所产生非正常应力大于滚珠丝杠。因此，虽然滚珠丝杠寿命试验台可直接用于行星滚柱丝杠寿命试验，但前提是必须严格保证上述位置公差。
在行星滚柱丝杠寿命试验中，试验人员有可能会遇到试验台精度无法满足要求、现有检测条件无法确定试验台精度等情况。为了保证试验如期完成，需要提供一种新型的试验装置。两刚体之间理论上存在3个平动、3个转动共计6个自由度。由于试验台加工装配误差和丝杠受载变形，为了保证螺母与丝杠同轴，该试验装置可在保证螺母与中心架之间绕丝杠轴线旋转自由度、沿丝杠轴线方向移动自由度受到限制的同时，放开其余4个自由度，从而达到误差自动补偿的作用。
发明内容
本发明是要提供一种行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置，该装置除了保留必要的对绕丝杠轴线旋转自由度、沿丝杠轴线方向平移自由度的限制，放开了螺母相对于中心架的其他4个自由度，实现了对上述误差的自适应补偿。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置，由中心架、锁紧螺母、止动垫圈、球铰组件、十字滑块、左螺母套、右螺母套、销钉、钢球组成，所述球铰组件与中心架固定连接，球铰组件中的球头相对于中心架可自由转动而无平移；所述球头通过锁紧螺母连接左螺母套，且左螺母套与球铰组件中的轴承盖之间安装有十字滑块，所述左螺母套与右螺母套之间通过螺钉固定连接成螺母套组件，所述螺母套组件相对于中心架有两个旋转自由度而无平移自由度，所述螺母套组件内部的空腔中安装被测行星滚柱丝杠的螺母，螺母外圆及其法兰外圆与螺母套组件之间留有间隙，所述螺母通过穿过螺母法兰的销钉固定于螺母套组件上，销钉与螺母法兰螺钉孔之间亦留有间隙，并由螺母套组件两端内均布钢球夹紧螺母法兰，使螺母相对于螺母套组件有径向两个方向的平移自由度，相对于中心架存在除绕丝杠轴线旋转自由度、沿丝杠轴线方向移动自由度之外的四个自由度。
进一步，所述球铰组件结构中的左球铰套和右球铰套通过螺钉固连成球铰套组件，所述球头在球铰套组件的腔体中能自由转动，所述球铰套组件安装在轴承座内孔中，并由轴承盖压紧，所述轴承盖端面凸台上设有滑槽结构。
进一步，所述球铰套组件与轴承座可合为一体，实现相同的功能。
进一步，所述十字滑块的两端凸台呈90°夹角。
进一步，所述左螺母套设有轴向贯穿内孔，用于容纳被测丝杠，右侧内孔用于安装螺母外圆，右端面的小分布圆上均匀间隔分布了若干销孔和球形孔，分别用于安装销钉和钢球；最大外圆左侧设有滑槽结构；左端最小外圆用于安装球头，端部设有螺纹和凹槽分别用于安装固定锁紧螺母和止动垫圈。
进一步，所述右螺母套的左侧内孔与螺母法兰外圆配合，右侧内孔与螺母外圆配合，中间台阶端面上均匀间隔分布若干销孔和球形孔，分别用于安装销钉和钢球，且销孔端部为螺纹沉孔。
进一步，所述销钉的螺帽部分带外螺纹。
本发明的有益效果是：
本发明提供了行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置，若在试验过程中由于试验台形位公差无法满足要求、丝杠由于大长径比和载荷较大引起变形，从而导致中心架内孔轴线与丝杠各点轴线在各自由度上均存在较大的差异，该装置除了保留必要的对绕丝杠轴线旋转自由度、沿丝杠轴线方向平移自由度的限制，放开了螺母相对于中心架的其他4个自由度，实现了对上述误差的自适应补偿。
因此，若试验人员若遇到试验台精度无法满足要求或者现有检测条件无法确定试验台精度情况，可采用该试验装置，由于其加工和装配难度都较低，在保证试验可靠性的前提下大大降低了时间成本和经济成本。
附图说明
图1是现有的丝杠寿命试验台结构示意图；
图2是本发明的行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置示意图；
图3是球铰组件结构示意图；
图4是十字滑块结构示意图；
图5是左螺母套结构示意图；
图6是右螺母套结构示意图；
图7是销钉结构示意图；
图8是行星滚柱丝杠副示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图2所示，本发明的行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置，用于自适应补偿被测行星滚柱丝杠9(见图8)在寿命试验过程中由于试验台形位公差无法满足要求、丝杠由于大长径比和载荷较大引起变形，从而导致中心架内孔轴线与丝杠各点轴线在各自由度上均存在的误差。
该装置主要由寿命试验台的中心架1、锁紧螺母2、止动垫圈3、球铰组件4、十字滑块5、左螺母套6、右螺母套7、销钉8、钢球10等零件组成，球铰组件4与中心架1固连，则球头相对于中心架1可自由转动而无平移。左螺母套6小径轴端通过锁紧螺母2与球头固连，同时左螺母套6与轴承盖之间安装有十字滑块5，其两端凸台分别与轴承盖和左螺母套6上的滑槽配合，则左螺母套6相对于中心架1绕丝杠轴旋转自由度被限制了，只剩另外两个旋转自由度而无平移。左螺母套6与右螺母套7之间通过螺钉固连，螺母安装于左右螺母套内部空腔中，首先在径向上，螺母外圆及其法兰外圆与左右螺母套之间留有间隙，穿过螺母法兰的销钉8固定于左右螺母套上，但与法兰上螺钉孔之间亦留有间隙，因此螺母相对于左右螺母套在径向上可平移，同时绕丝杠轴旋转自由度被限制；螺母法兰被左右螺母套两端内均布钢球10夹紧，则螺母相对于左右螺母套轴向平移以及另外两个旋转自由度均被限制，同时由于轴向负载的存在，钢球10可将螺母相对于左右螺母套径向平移过程中的滑动摩擦转换成滚动摩擦，减小阻力。
如图3所示，球铰组件结构中左球铰套13和右球铰套14通过螺钉固连，球头11可在其内部球形腔体中自由转动，球铰套安装在轴承座12内孔中，并由轴承盖15压紧，同时轴承盖端面凸台设计了滑槽结构。若尺寸允许，轴承座结构可与球铰套合并，实现相同的功能。
如图4所示，十字滑块，其两端凸台呈90°夹角。
如图5所示，左螺母套，轴向贯穿内孔用于容纳被测丝杠，右侧内孔用于安装螺母外圆，右端面较小分布圆上均匀间隔分布了若干销孔和球形孔，分别用于安装销钉和钢球；最大外圆左侧设计有滑槽结构；同时左端最小外圆用于安装球头，端部设计有螺纹和凹槽分别用于安装固定锁紧螺母和止动垫圈。
如图6所示，右螺母套，左侧内孔与螺母法兰外圆配合，右侧内孔与螺母外圆配合，中间台阶端面上均匀间隔分布了若干销孔和球形孔，分别用于安装销钉和钢球，且销孔端部为螺纹沉孔。
如图7所示，销钉，螺帽部分带外螺纹。
综上所述，螺母套相对于中心架有两个旋转自由度而无平移自由度，螺母相对于螺母套有径向两个方向的平移自由度，则螺母相对于中心架存在除绕丝杠轴线旋转自由度、沿丝杠轴线方向移动自由度之外的4个自由度。其中，限制绕丝杠轴线旋转自由度的目的是为了保证螺母相对于丝杠只沿轴向移动，限制沿丝杠轴线方向平移自由度是为了保证轴向载荷施加在螺母上。
为了验证行星滚柱丝杠产品性能，采用的试验台原来的试验对象均为滚珠丝杠，且试验载荷较小、跑合时间短，试验台定位基准磨损较为严重。由于行星滚柱丝杠寿命试验载荷大、时间长，试验时间均远未达到预期，丝杠副即发生传动失效。为了保证试验的继续进行，在无法对试验台进行改造的条件下，设计了该套试验装置，有效解决了所遇到的故障。

Claims (7)

1.一种行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置，其特征在于：由中心架、锁紧螺母、止动垫圈、球铰组件、十字滑块、左螺母套、右螺母套、销钉、钢球组成，所述球铰组件与中心架固定连接，球铰组件中的球头相对于中心架可自由转动而无平移；所述球头通过锁紧螺母连接左螺母套，且左螺母套与球铰组件中的轴承盖之间安装有十字滑块，所述左螺母套与右螺母套之间通过螺钉固定连接成螺母套组件，所述螺母套组件相对于中心架有两个旋转自由度而无平移自由度，所述螺母套组件内部的空腔中安装被测行星滚柱丝杠的螺母，螺母外圆及其法兰外圆与螺母套组件之间留有间隙，所述螺母通过穿过螺母法兰的销钉固定于螺母套组件上，销钉与螺母法兰螺钉孔之间亦留有间隙，并由螺母套组件两端内均布钢球夹紧螺母法兰，使螺母相对于螺母套组件有径向两个方向的平移自由度，相对于中心架存在除绕丝杠轴线旋转自由度、沿丝杠轴线方向移动自由度之外的四个自由度。
2.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置，其特征在于：所述球铰组件中的左球铰套和右球铰套通过螺钉固连成球铰套组件，所述球头在球铰套组件的腔体中能自由转动，所述球铰套组件安装在轴承座内孔中，并由轴承盖压紧，所述轴承盖端面凸台上设有滑槽结构。
3.根据权利要求2所述的行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置，其特征在于：所述球铰套组件与轴承座可合为一体，实现相同的功能。
4.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置，其特征在于：所述十字滑块的两端凸台呈90°夹角。
5.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置，其特征在于：所述左螺母套设有轴向贯穿内孔，用于容纳被测丝杠，右侧内孔用于安装螺母外圆，右端面的小分布圆上均匀间隔分布了若干销孔和球形孔，分别用于安装销钉和钢球；最大外圆左侧设有滑槽结构；左端最小外圆用于安装球头，端部设有螺纹和凹槽分别用于安装固定锁紧螺母和止动垫圈。
6.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置，其特征在于：所述右螺母套的左侧内孔与螺母法兰外圆配合，右侧内孔与螺母外圆配合，中间台阶端面上均匀间隔分布若干销孔和球形孔，分别用于安装销钉和钢球，且销孔端部为螺纹沉孔。
7.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠寿命试验台形位误差自适应装置，其特征在于：所述销钉的螺帽部分带外螺纹。
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