CN117367720B - 一种丝杠螺母副静动刚度一体化通用测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种丝杠螺母副静动刚度一体化通用测试装置及方法，包括螺母固定装置、载荷加载装置、载荷传递装置、丝杠驱动装置、第一位移传感器和第二位移传感器，螺母固定装置安装在第一导轨上，且螺母固定装置能沿着与待测丝杠轴线方向垂直的方向从待测螺母两侧夹紧螺母；载荷加载装置和载荷传递装置安装在第二导轨上，丝杠驱动装置通过丝杠装夹装置与待测丝杠的第一端相连，载荷加载装置沿着待测丝杠的轴线方向对待测丝杠的第二端进行轴向加载；第一位移传感器检测待测螺母的形变量；第二位移传感器测量螺母固定装置的位移量。本发明既可以实现轴向刚度检测，也可以实现扭转刚度检测，且整个检测过程中，不用对相关的装置进行拆卸安装。

Description

一种丝杠螺母副静动刚度一体化通用测试装置及方法

技术领域

本发明涉及丝杠螺母副静动刚度测试领域，具体涉及一种丝杠螺母副静动刚度一体化通用测试装置及方法。

背景技术

滚珠丝杠螺母副作为机床、航空航天、船舶等众多领域常用的精密传动部件，其性能优劣决定了相关设备的传动精度、稳定性以及可靠性。

刚度是滚珠丝杠副的关键性能指标之一，其刚性的优劣将直接影响滚珠丝杠副的定位精度与承载能力。从载荷特性上，刚度分为静刚度和动刚度，静刚度是指在丝杠某一方向上施加一恒定作用力，产生单位形变量所需力的大小；动刚度是指在丝杠某一方向上施加一动态激振力，产生单位振动所需要的动态力的大小，当激振力频率在丝杠副固有频率处时，动刚度幅值明显减小，产生较大变形。从形变特性上，刚度分为轴向刚度、径向刚度以及扭转刚度。轴向刚度是丝杠副抵抗丝杠轴线方向上轴向变形的能力，表示丝杠轴受力一端到螺母之间产单位轴向形变量时所需要的轴向力。扭转刚度是丝杠副抵抗圆周方向上扭转变形的能力，表示丝杠轴端部到螺母之间产生单位扭转角度时所需要的扭矩。

设计参数、材料选择、加工工艺以及检测设备等对刚度性能和刚性提升都有一定的影响。国内丝杠厂家不仅在产品设计、材料、加工设备上与国外有一定的差距，在产品检测设备上也存在很大的欠缺。目前，部分厂家并没有一套通用性强、效率高、检测结果可靠的滚珠丝杠副刚度检测设备，往往通过计算或经验来评价丝杠副的刚度，该方法所得的结果与实际测试值会存在一定的偏差，不能准确、可靠的反映丝杠副的刚度情况。滚珠丝杠副静动刚度测不准、测不全、通用性差、效率低的现状，严重阻碍了高刚性丝杠副设计与发展，因此有必要开发出一套丝杠螺母副静动刚度一体化通用测试装置，以完善与发展滚珠丝杠副综合刚度研究理论，并进一步推进国产滚珠丝杠副刚度的提高。

目前存在一些滚珠丝杠副刚度检测装置与方法，中国发明专利2016年3月30日授权的授权号为CN103926077B的一种滚珠丝杠静动刚度综合测量装置，通过电动缸进行周向力、径向力的加载，通过圆光栅、扭矩传感器和拉压传感器等进行力和形变量的测量，该发明可以完成滚珠丝杠的静动刚度测量，但是对于不同尺寸规格的滚珠丝杠副需要更换相应的联轴器、轴承以及轴承座等，效率低，安装复杂且通用性差，并且该发明通过获取滚珠丝杠两端的扭转角度计算扭转变形及刚度，此方法测量结果为丝杠本身的扭转刚度，而非滚珠丝杠副整体的扭转刚度。

中国发明专利2019年3月1日授权的授权号为CN 107202692B的一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置及方法，通过加载螺母给丝杠施加载荷，操作简单，但载荷范围有限，且不能施加动态载荷，也无法进行扭转刚度检测；并且没有给出不同规格的丝杠安装和螺母固定方法，通用性差。

中国发明专利2021年6月18日授权的授权号为CN 110207981B的一种无损滚珠丝杠副静刚度测量装置，通过电动机、减速器实现力的加载，通过力和位移传感器进行测量，并通过旋转测量装置对实验中的扭转误差进行补偿，该方法可靠性高，测量结果准确，但对于不同规格的丝杠副，需要更换固定装置，并需要采用辅助安装装置完成工作，检测过程复杂，并且不能完成动刚度的测量以及不能检测螺母在不同位置时的刚度。

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丝杠螺母副静动刚度一体化通用测试装置及方法。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种丝杠螺母副静动刚度一体化通用测试装置，包括螺母固定装置、载荷加载装置、载荷传递装置、丝杠驱动装置和第一位移传感器和第二位移传感器，所述的螺母固定装置安装在第一导轨上能，且螺母固定装置能沿着与待测丝杠轴线方向垂直的方向从待测螺母两侧夹紧螺母；所述的载荷加载装置和载荷传递装置安装在第二导轨上，丝杠驱动装置通过丝杠装夹装置与待测丝杠的第一端相连，所述的载荷加载装置沿着待测丝杠的轴线方向对待测丝杠的第二端进行轴向加载；所述的第一位移传感器检测待测螺母的形变量；第二位移传感器测量螺母固定装置的位移量。

作为进一步的技术方案，所述的螺母固定装置，包括螺母固定装置基座、双头反向螺杆夹紧块、滑块；两个滑块对称布置在螺母固定装置基座的滑动槽内，每个滑块上固定有一个夹紧块，双头反向螺杆与两个夹紧块螺纹配合。

作为进一步的技术方案，所述的 夹紧块包括两个斜面，两个斜面和螺母相切，并且斜面上开有防滑花纹，使接触面粗糙来增大摩擦，以此有效夹紧待测螺母，防止其旋转，保证螺母和螺母固定装置具有相同的轴向位移。

作为进一步的技术方案，所述的载荷传递装置，包括第一加载板、钢球、第二加载板；所述第一加载板和第二加载板相对设置，且通紧固螺栓相连；在第一加载板和第二加载板相对的面上均设置一个圆弧型凹槽，钢球设置在两个相对设置的圆弧型凹槽内，通过调整内六角紧固螺栓，使得第一加载板和第二加载板夹紧钢球；且钢球的中心与待测丝杠同轴线，通过钢球保证轴向力准确的施加在丝杠的中心轴线上。

作为进一步的技术方案，所述的第二加载板和拉压传感器连接。

作为进一步的技术方案，所述的载荷加载装置，包括双头螺柱、连接板、导向轴、支撑螺母、支撑板和电动缸；所述的电动缸的输出轴端带有螺纹，所述的输出轴穿过支撑板并通过支撑螺母锁紧，支撑螺母的端面和连接板的中心沉孔底面相接触；连接板的一侧面与支撑板相连，另一侧面与拉压传感器相连。

作为进一步的技术方案，在支撑板上还对称设置两个通孔，两个衬套穿过两个通孔，衬套的法兰端和支撑板连接固定，导向轴穿过衬套中心孔和连接板上的沉孔底面相接触。

作为进一步的技术方案，连接板上与导向轴同轴心的位置上设有螺纹孔，双头螺柱一端与连接板的螺纹孔连接，另一端和所述的拉压传感器连接。

作为进一步的技术方案，还包括丝杠装夹装置，所述的丝杠装夹装置包括第一三爪卡盘、法兰轴、丝杠工装轴承、轴承支座、法兰盘、第二三爪卡盘；法兰轴的法兰端与第一三爪卡盘固连，并与丝杠工装轴承配合布置于轴承支座上，法兰轴的轴端与法兰盘固连，第二三爪卡盘固定在法兰盘上，第一三爪卡盘夹紧连接轴套，第二三爪卡盘夹紧待测丝杠，连接轴套、三爪卡盘带动待测丝杠同步旋转，以此实现电机的扭矩传递。

作为进一步的技术方案，所述的螺母固定装置通过第一液压锁紧滑块安装在第一导轨上；所述的载荷加载装置通过第二液压锁紧滑块安装在第二导轨上。

第二方面，本发明基于上述丝杠螺母副静动刚度一体化通用测试装置，还提供了一种测试方法，

待测丝杠安装过程：首先将待测丝杠的一端夹紧在丝杠装夹装置上；然后移动螺母固定装置，令其沿第一导轨移动到待测螺母所在位置，然后夹紧待测螺母；最后移动载荷加载装置，令其沿着第二导轨移动到和待测丝杠另一端即将接触的位置，使载荷加载装置锁紧固定；此时，待测丝杠的端面和载荷传递装置的留有微小间隙；

检测丝杠螺母副轴向刚度时，启动载荷加载装置，推动载荷传递装置与待测丝杠相接触，消除安装时的微小间隙；载荷加载装置输出的轴向力通过载荷传递装置垂直施加于与待测丝杠上，保证轴向力准确的施加在丝杠的中心轴线上；丝杠螺母副在该力的作用下将产生轴向形变，通过第一位移传感器检测测量螺母的轴向位移量X₁，通过第二位移传感器测量螺母固定装置基座的轴向位移量X₂；丝杠螺母副由于轴向力产生的轴向形变X应为X= X₁- X₂；利用轴向形变X除以轴向力F即为丝杠螺母副的轴向刚度。当电动缸施加的力恒定时，测量的是其轴向静刚度；当载荷加载装置施加的力为动态激振力时，测量的是其轴向动刚度；驱动待测螺母与螺母固定装置移动，可以测量螺母处于不同位置时丝杠螺母副的轴向静动刚度；

检测丝杠螺母副扭转刚度时，通过螺母固定装置锁定待测螺母的位置；然后启动丝杠驱动装置，施加一个能够让丝杠旋转的扭矩T₁，消除丝杠螺母副在T₁方向的轴向间隙，T₁的方向与丝杠螺母副受到轴向力作用时由于滚珠与滚道接触作用产生的扭矩T方向一致；进一步关闭丝杠驱动装置，利用丝杠驱动装置内部制动器保持丝杠驱动装置的输出轴及待测丝杠不发生旋转，松开待测螺母；然后启动载荷加载装置，通过施加轴向力产生一定的扭矩T，大小通过扭矩传感器进行测量；丝杠和螺母由于受到扭矩T的作用产生扭转变形，该变形角度进一步导致轴向位移量X₂，通过第二位移传感器进行X₂的测量，并通过如下公式转化为扭转变形量φ；

将扭转变形量除以扭矩即为丝杠螺母副的扭转刚度，当载荷加载装置施加的力恒定时，会产生一个恒定的扭矩，测量的是其扭转静刚度；当载荷加载装置施加的力为动态激振力时，会产生一个动态变化扭矩，测量的是其扭转动刚度。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

1、本发明既可以实现轴向刚度检测，也可以实现扭转刚度检测，且整个检测过程中，不用对相关的装置进行拆卸安装，仅仅通过本发明螺母固定装置、载荷加载装置以及丝杠驱动装置三者之间的配合，就可以实现，特别是扭转刚度检测，相对于现有技术操作方便快捷；同时本发明提出的螺母固定装置能沿着与待测丝杠轴线方向垂直的方向从待测螺母两侧夹紧螺母，因此其装夹尺寸可调，可以实现对不同直径规格的丝杠螺母副的装夹与固定，简单、快捷、易操作且通用性高，且螺母固定装置的位置可调，配合载荷加载装置、载荷传递装置的位置可调，使得整个装置可以适应于不同长度的丝杠螺母副静动刚度检测，提高了检测设备的通用性和检测效率，同时配合第一位移传感器和第二位移传感器实现对形变检测。

2、本发明采用液压锁紧导轨实现轴向锁紧固定，相较于螺栓固定方式极大提高了效率和可靠性。

3、本发明将测量形变的第一位移传感器和第二位移传感器与检测设备独立安装于隔振平台上，消除电机、电动缸等振动源对检测结果的影响；且载荷传递装置采用钢球进一步的消除了载荷加载机构安装的垂直度、平行度对测量结果的影响；消除了扭转变形量对轴向刚度测量结果的影响。本发明测量结果更为精确可靠。

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为丝杠螺母副静动刚度一体化通用测试装置总体结构装配图；

图2为基座、导轨布置示意图；

图3为丝杠装夹装置的结构示意图；

图4为三爪卡盘连接结构示意图；

图5为螺母固定装置的结构示意图；

图6为V型块装夹示意图；

图7为载荷传递装置结构示意图；

图8为载荷加载装置结构示意图；

图9为连接板结构示意图；

图中：1底座；2伺服电机；3电机支座；4联轴器；5扭矩传感器；6连接轴套；7丝杠装夹装置；8第二位移传感器；9第一位移传感器；10待测螺母；11螺母固定装置；12待测丝杠；13载荷传递装置；14拉压传感器；15载荷加载装置；16第一导轨；17第二导轨；18第二导轨基座；19电动缸底座；20第二液压锁紧滑块；21第一液压锁紧滑块；22第一万向磁性表座；23第二万向磁性表座；24丝杠装置底座；25电机底座；26第一三爪卡盘；27法兰轴；28丝杠装置轴承；29轴承支座；30法兰盘；31第二三爪卡盘；32螺母固定装置基

座；33双头反向螺杆；34V型夹紧块；35滑块；36紧固扳手；37第一加载板；38内六角紧固螺栓；39钢球；40螺钉；41第二加载板；42双头螺柱、43连接板、44导向轴、45支撑螺母、46支撑板、47衬套、48电动缸。

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；

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本发明提出了一种丝杠螺母副静动刚度一体化通用测试装置，包括螺母固定装置、载荷加载装置、载荷传递装置、丝杠驱动装置和第一位移传感器和第二位移传感器，所述的螺母固定装置安装在第一导轨上，且螺母固定装置能沿着与待测丝杠轴线方向垂直的方向从待测螺母两侧夹紧螺母；所述的载荷加载装置和载荷传递装置安装在第二导轨上，丝杠驱动装置通过丝杠装夹装置与待测丝杠的第一端相连，载荷加载装置沿着待测丝杠的轴线方向对待测丝杠的第二端进行轴向加载；第一位移传感器检测待测螺母的形变量；第二位移传感器测量螺母固定装置的位移量；本发明提出的螺母固定装置能沿着与待测丝杠轴线方向垂直的方向从待测螺母两侧夹紧螺母，因此其装夹尺寸可调，可以实现对不同直径规格的丝杠螺母副的装夹与固定，简单、快捷、易操作且通用性高，且螺母固定装置的位置可调，配合载荷加载装置、载荷传递装置的位置可调，使得整个装置可以适应于不同长度的丝杠螺母副静动刚度检测，提高了检测设备的通用性和检测效率，同时配合第一位移传感器和第二位移传感器实现对形变检测。

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，本实施例提供了一种丝杠螺母副静动刚度一体化通用测试装置，主要包括底座1、伺服电机2、电机支座3、联轴器4、扭矩传感器5、连接轴套6、丝杠装夹装置7、第二位移传感器8、第一位移传感器9、待测螺母10、螺母固定装置11、待测丝杠12、载荷传递装置13、拉压传感器14、载荷加载装置15、第一导轨16、第二导轨17、第二导轨基座18、电动缸底座19、第二液压锁紧滑块20、第一液压锁紧滑块21、第一万向磁性表座22、第二万向磁性表座23、丝杠装置底座24、电机底座25。

基座、导轨布置示意图如图2所示。底座1上通过螺栓依次固定有电机底座25、丝杠装置底座24、第一导轨16和第二导轨17；

第一导轨16通过螺钉对称固定在底座1上，两个第一液压锁紧滑块21安装在第一导轨16上，第一液压锁紧滑块21上固定有螺母固定装置11，螺母固定装置11可以随第一液压锁紧滑块21在第一导轨16上进行移动，且通过调节第一液压锁紧滑块21的液体压力，可以使第一液压锁紧滑块21锁紧在第一导轨16的某一位置上，具有强大的保持力，当释放液体压力时可以解除夹紧。

第二导轨17通过螺钉对称固定在底座1上，并且布置在第一导轨16的内侧，用于安装第二液压锁紧滑块20。在第二液压锁紧滑块20上固定有第二导轨基座18，第二导轨基座18上安装载荷加载装置15与电动缸底座19，即载荷加载装置15与电动缸底座19通过螺栓连接并一同固定在第二导轨基座18上，当第二导轨基座18沿着第二导轨17移动时，其上的载荷加载装置15与电动缸底座19随着一起移动。本发明采用液压锁紧导轨实现轴向锁紧固定，相较于螺栓固定方式极大提高了效率和可靠性。

进一步的，第一位移传感器9、第二位移传感器8分别安装于第一万向磁性表座22、第二万向磁性表座23上，第一位移传感器9可以测量待测螺母10的形变量，第二位移传感器8可以测量螺母固定装置11的位移量。

进一步的，底座1与第一万向磁性表座22、第二万向磁性表座23独立布置，即不设置在上述底座1上，第一万向磁性表座22、第二万向磁性表座23均布置于气浮隔振平台或大理石隔振平台上，消除电机、电动缸等振动源对检测结果的影响。

进一步的，驱动丝杠旋转的伺服电机2和电机支座3通过螺栓固定连接，电机支座3固定在电机底座25上；联轴器4将伺服电机2的输出轴和扭矩传感器5的一端连接，扭矩传感器5的另一端通过键固定有连接轴套6。丝杠装夹装置7的一端与连接轴套6连接，另一端与待测丝杠12的一端连接，实现电机驱动和扭矩传递。待测丝杠12的另一端与载荷传递装置13存在微小间隙，待测丝杠12上装有待测螺母10，通过螺母固定装置11实现对待测螺母10的夹紧，以此防止待测螺母10的旋转。

进一步的，上述的丝杠装夹装置7利用螺栓固定在丝杠装置底座24上，丝杠装夹装置的结构示意图如图3所示，结合图4可知，其主要包括第一三爪卡盘26、法兰轴27、丝杠装置轴承28、轴承支座29、法兰盘30、第二三爪卡盘31。法兰轴27的法兰端与第一三爪卡盘26固连，并与丝杠装置轴承28配合布置于轴承支座29上，法兰轴27的轴端与法兰盘30固连，第二三爪卡盘31固定在法兰盘30上，轴承支座29固定在丝杠装置底座24上。第一三爪卡盘26夹紧连接轴套6，第二三爪卡盘31夹紧待测丝杠12，连接轴套6、第二三爪卡盘31带动待测丝杠12同步旋转，以此实现电机的扭矩传递。

本实施例中，螺母固定装置的结构示意图如图5所示，其可以实现对不同直径规格的丝杠螺母副的装夹与固定，简单、快捷、易操作且通用性高，主要包括螺母固定装置基座32、双头反向螺杆33、V型夹紧块34、滑块35、紧固扳手36。两个滑块35对称布置在螺母固定装置基座32的滑动槽内，滑块35上固定有两个V型夹紧块34，双头反向螺杆33穿过两个V型夹紧块34中间的螺纹孔，双头反向螺杆33一端为顺时针螺纹，另一端为逆时针螺纹，并且在双头反向螺杆33的一端设有外六角柱体，可以与紧固扳手36连接。利用紧固扳手36旋转双头反向螺杆33，驱动两个V型夹紧块34同步趋近或远离待测螺母10，结合图6，V型夹紧块34的两个斜面和螺母相切，并且斜面上开有防滑花纹，使接触面粗糙来增大摩擦，以此有效夹紧待测螺母10，防止其旋转，保证螺母和螺母固定装置具有相同的轴向位移。上述双头反向螺杆33的轴线与待测丝杠12的轴线垂直。

进一步的，载荷传递装置13的具体结构示意图如图7所示，主要包括第一加载板37、内六角紧固螺栓38、钢球39、螺钉40、第二加载板41。第一加载板37和第二加载板41相对设置，且通过内六角紧固螺栓38相连；在第一加载板37和第二加载板41相对的面上均设置一个圆弧型凹槽，钢球39设置在两个相对设置的圆弧型凹槽内，通过调整内六角紧固螺栓38，使得第一加载板37和第二加载板41夹紧钢球39；且钢球39的中心与待测丝杠12同轴线，通过钢球保证轴向力准确的施加在丝杠的中心轴线上；第二加载板41通过螺钉40和拉压传感器14连接。本发明中的载荷传递装置采用钢球进一步的消除了载荷加载机构安装的垂直度、平行度对测量结果的影响；消除了扭转变形量对轴向刚度测量结果的影响，使得本发明的测量结果更为精确可靠。

进一步的，载荷加载装置15具体结构示意图如图8所示，主要包括双头螺柱42、连接板43、导向轴44、支撑螺母45、支撑板46、衬套47和电动缸48。电动缸48通过螺栓固定在电动缸底座19上，电动缸48的输出轴端带有螺纹，支撑板46中心孔穿过电动缸的输出轴端并通过支撑螺母45锁紧， 结合连接板43的结构示意图图9，支撑螺母45的端面和连接板43的中心沉孔底面相接触。两个衬套47穿过支撑板46两侧的通孔对称布置，并通过衬套47的法兰端和支撑板46连接固定。导向轴44穿过衬套47中心孔，一端和连接板43两侧的沉孔底面相接触。连接板43另一端面与导向轴44同轴心的位置上设有螺纹孔，双头螺柱42一端与连接板43的螺纹孔连接，另一端和上述的拉压传感器14连接，这样就将载荷加载装置15与载荷传递装置13连接在了一起，导向轴44能够保证电动缸施加的载荷可以沿丝杠轴线方向施加到第二加载板41上，并且力的方向和第二加载板41端面垂直。

2）检测过程：

具体实施和检测方法：

待测丝杠安装过程：对于规格尺寸不同的丝杠螺母副，首先将待测丝杠的一端夹紧在第二三爪卡盘31上，然后移动第一液压锁紧滑块21上的螺母固定装置11，令其沿第一导轨16移动到待测螺母10所在位置，然后利用紧固扳手36旋转双头反向螺杆33，同时驱动两个对称布置的V型夹紧块34沿着螺母固定装置基座32的滑动槽向中间移动，以此夹紧不同直径的待测螺母。最后移动载荷加载装置15，令其沿着第二导轨17移动到和待测丝杠另一端即将接触的位置，并通过增大第二液压锁紧滑块20的液压力，使载荷加载装置15随第二液压锁紧滑块20锁紧固定。此时，待测丝杠12的端面和载荷传递装置13的第一加载板37留有微小间隙。

本发明检测丝杠螺母副轴向刚度时，首先调节第一万向磁性表座22、第二万向磁性表座23的位置与姿态，便于第一位移传感器9和第二位移传感器8检测待测螺母10与螺母固定装置11的位移。然后启动电动缸48，电动缸48将推动载荷传递装置13与待测丝杠12相接触，消除安装时的微小间隙。电动缸输出的轴向力通过支撑螺母45垂直施加与连接板43上，在两侧对称布置的导向轴44的作用下，连接板43不会产生倾覆力矩。通过双头螺柱42传递给拉压传感器14，拉压传感器14关于待测丝杠轴线对称分布，因此丝杠所受轴向力大小F即为两个拉压传感器14所测的作用力之和。作用力进一步通过载荷传递装置13施加给丝杠，钢球39的中心与待测丝杠12同轴线，通过钢球保证轴向力准确的施加在丝杠的中心轴线上。丝杠螺母副在该力的作用下将产生轴向形变，通过第一位移传感器9检测测量螺母10的轴向位移量X₁，通过第二位移传感器8测量螺母固定装置基座32的轴向位移量X₂。X₂是由于丝杠螺母发生相对转动时产生的轴向位移，丝杠螺母副受到轴向力作用时，由于滚珠与丝杠滚道、螺母滚道接触作用，会产生相应的扭矩T，导致丝杠和螺母产生相对转角，进一步产生轴向位移量X₂。轴向位移量X₁包含待测螺母10跟随螺母固定装置基座32产生的轴向位移量X₂。因此，丝杠螺母副由于轴向力产生的轴向形变X应为X= X₁- X₂。利用轴向形变X除以轴向力F即为丝杠螺母副的轴向刚度。当电动缸48施加的力恒定时，测量的是其轴向静刚度；当电动缸48施加的力为动态激振力时，测量的是其轴向动刚度。另外，启动伺服电机2，可以驱动待测螺母10与螺母固定装置11移动，可以测量螺母处于不同位置时丝杠螺母副的轴向静动刚度。

本发明检测丝杠螺母副扭转刚度时，首先增大第一液压锁紧滑块21的液压力，使待测螺母10和螺母固定装置11随第一液压锁紧滑块21锁紧固定。然后启动伺服电机2，施加一个能够让丝杠旋转的扭矩T₁，消除丝杠螺母副在T₁方向的轴向间隙，T₁的方向与电动缸48施加轴向力而产生的扭矩T的方向一致（电动缸48施加轴向力后，会产生扭矩T，由于存在间隙，扭矩T的作用一部分消除间隙，一部分产生形变，这样会导致实际所测形变量不准确。因此需要消除所述间隙。这就要求伺服电机2施加的扭矩T₁应和扭矩T的方向一致，才能消除该方向上的间隙，如果相反，该部分无法消除）。进一步关闭伺服电机2，利用伺服电机内部制动器保持电机输出轴及待测丝杠不发生旋转，并取消第一液压锁紧滑块21的液压力（因为扭转变形是通过检查轴向位移量X₂体现的，如果第一液压锁紧滑块21存在液压力而锁紧后，会具有一定的连接刚度，位移量X₂会因为该连接刚度而减小，对扭转刚度的测试结果产生较大影响），然后启动电动缸48，通过施加轴向力产生一定的扭矩T，大小通过扭矩传感器5进行测量。因为丝杠在伺服电机制动作用下不发生旋转，所以丝杠和螺母由于受到扭矩T的作用产生扭转变形，该变形角度进一步导致轴向位移量X₂，通过第二位移传感器8进行X₂的测量，并通过如下公式（1）转化为扭转变形量φ，其中下面公式的P_h是待测丝杠12的导程；

（1）

将扭转变形量除以扭矩即为丝杠螺母副的扭转刚度，当电动缸48施加的力恒定时，会产生一个恒定的扭矩，测量的是其扭转静刚度；当电动缸48施加的力为动态激振力时，会产生一个动态变化扭矩，测量的是其扭转动刚度。

本发明实现轴向静动刚度、扭转静动刚度一体化测量，具有通用性强、效率高、可测丝杠规格广泛、测量结果精确等优点；可以实现对不同直径规格的丝杠螺母副的装夹与固定，简单、快捷、易操作且通用性高；轴向力加载机构和螺母固定装置布置在液压锁紧导轨滑块上，可以进行轴向移动以适应不同长度的丝杠螺母副，提高了检测设备的通用性和检测效率；采用液压锁紧导轨实现轴向锁紧固定，相较于螺栓固定方式极大提高了效率和可靠性；将测量形变的激光位移传感器与检测设备独立安装于隔振平台上，消除电机、电动缸等振动源对检测结果的影响；采用钢球消除了载荷加载装置安装的垂直度、平行度对测量结果的影响；消除了扭转变形量对轴向刚度测量结果的影响。本发明测量结果更为精确可靠

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 (9)

1.一种丝杠螺母副静动刚度一体化通用测试装置的测试方法，其特征在于：

采用的测试装置，包括螺母固定装置、载荷加载装置、载荷传递装置、丝杠驱动装置和第一位移传感器和第二位移传感器，所述的螺母固定装置安装在第一导轨上，且螺母固定装置能沿着与待测丝杠轴线方向垂直的方向从待测螺母两侧夹紧螺母；所述的载荷加载装置和载荷传递装置安装在第二导轨上，丝杠驱动装置通过丝杠装夹装置与待测丝杠的第一端相连，所述的载荷加载装置沿着待测丝杠的轴线方向对待测丝杠的第二端进行轴向加载；所述的第一位移传感器检测待测螺母的形变量；第二位移传感器测量螺母固定装置的位移量；

还包括丝杠装夹装置；

测试方法包括：

将待测丝杠的一端夹紧在丝杠装夹装置上；然后移动螺母固定装置，令其沿第一导轨移动到待测螺母所在位置，然后夹紧待测螺母；最后移动载荷加载装置，令其沿着第二导轨移动到和待测丝杠另一端即将接触的位置，使载荷加载装置锁紧固定；此时，待测丝杠的端面和载荷传递装置留有微小间隙；

检测丝杠螺母副轴向刚度时，启动载荷加载装置，推动载荷传递装置与待测丝杠相接触，消除安装时的微小间隙；载荷加载装置输出的轴向力通过载荷传递装置垂直施加于与待测丝杠上；通过第一位移传感器检测测量螺母的轴向位移量X₁，通过第二位移传感器测量螺母固定装置基座的轴向位移量X₂；丝杠螺母副由于轴向力产生的轴向形变X应为X= X₁-X₂；利用轴向形变X除以轴向力F即为丝杠螺母副的轴向刚度；当电动缸施加的力恒定时，测量的是其轴向静刚度；当载荷加载装置施加的力为动态激振力时，测量的是其轴向动刚度；驱动待测螺母与螺母固定装置移动，测量螺母处于不同位置时丝杠螺母副的轴向静动刚度；

检测丝杠螺母副扭转刚度时，通过螺母固定装置锁定待测螺母的位置；然后启动丝杠驱动装置，施加一个能够让丝杠旋转的扭矩T₁，消除丝杠螺母副在T₁方向的轴向间隙，T₁的方向与丝杠螺母副受到轴向力作用时由于滚珠与滚道接触作用产生的扭矩T方向一致；关闭丝杠驱动装置，利用丝杠驱动装置内部制动器保持丝杠驱动装置的输出轴及待测丝杠不发生旋转，松开待测螺母；然后启动载荷加载装置，通过施加轴向力产生一定的扭矩T，大小通过扭矩传感器进行测量；丝杠和螺母由于受到扭矩T的作用产生扭转变形，该变形角度进一步导致轴向位移量X₂，通过第二位移传感器进行X₂的测量，并通过公式（1）转化为扭转变形量φ，其中P_h是待测丝杠的导程；

（1）；

将扭转变形量除以扭矩即为丝杠螺母副的扭转刚度，当载荷加载装置施加的力恒定时，会产生一个恒定的扭矩，测量扭转静刚度；当载荷加载装置施加的力为动态激振力时，会产生一个动态变化扭矩，测量扭转动刚度。

2.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述的螺母固定装置包括螺母固定装置基座、双头反向螺杆、夹紧块、滑块；两个滑块对称布置在螺母固定装置基座的滑动槽内，每个滑块上固定有一个夹紧块，双头反向螺杆与两个夹紧块螺纹配合。

3.如权利要求2所述的测试方法，其特征在于，螺母固定装置通过第一液压锁紧滑块锁紧在第一导轨上，载荷加载装置通过第二液压锁紧滑块锁紧在第二导轨上。

4.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述的载荷传递装置，包括第一加载板、钢球、第二加载板；所述第一加载板和第二加载板相对设置且固定连接；在第一加载板和第二加载板相对的面上均设置一个圆弧型凹槽，钢球设置在两个相对设置的圆弧型凹槽内；且钢球的中心与待测丝杠同轴线；所述的第二加载板和拉压传感器连接。

5.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述的载荷加载装置，包括连接板、支撑螺母、支撑板和电动缸；所述的电动缸的输出轴端带有螺纹，所述的输出轴穿过支撑板并通过支撑螺母锁紧，支撑螺母的端面和连接板的中心沉孔底面相接触；连接板的一侧面与支撑板相连，另一侧面与拉压传感器相连。

6.如权利要求5所述的测试方法，其特征在于，在支撑板上还对称设置两个通孔，两个衬套穿过两个通孔，衬套的法兰端和支撑板连接固定，导向轴穿过衬套中心孔和连接板上的沉孔底面相接触。

7.如权利要求6所述的测试方法，其特征在于，连接板与导向轴同轴心的位置设有螺纹孔，双头螺柱一端与连接板的螺纹孔连接，另一端和所述的拉压传感器连接。

8.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述的丝杠装夹装置包括第一三爪卡盘、法兰轴、丝杠工装轴承、轴承支座、法兰盘和第二三爪卡盘；法兰轴的法兰端与第一三爪卡盘固连，并与丝杠工装轴承配合布置于轴承支座上，法兰轴的轴端与法兰盘固连，第二三爪卡盘固定在法兰盘上，第一三爪卡盘夹紧连接轴套，第二三爪卡盘夹紧待测丝杠，连接轴套、第二三爪卡盘带动待测丝杠同步旋转，实现丝杠驱动装置的扭矩传递。

9.如权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述的第一位移传感器和第二位移传感器以及与其相连的检测设备安装在隔振平台上。