CN203616122U - 一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种滚珠丝杠副轴向静刚度的测量装置，具有：工作台，加载组件、数据采集模块和数据处理模块，加载组件中的压力传感器支座、加载螺栓、加载导块、滚珠丝杠支座和位移传感器支座依次排列在工作台上，加载导块的底部在滑槽内滑动，滚珠丝杠副通过丝杠螺母固定在滚珠丝杠支座上，丝杠两端分别设有加载导块与位移传感器支座，滚珠丝杠副、加载导块与加载螺栓依次连接，数据采集模块包括压力传感器和位移传感器，压力传感器固定于压力传感器支座上，与加载螺栓连接，位移传感器固定在位移传感器支座上，数据处理模块与数据采集模块连接。这种结构能够有效解决当前技术中结构复杂，成本较高的问题，能够快速便捷的实现静刚度的测量。

Description

一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种测量装置，是一种用于测量滚珠丝杠副轴向静刚度的测量装置。

背景技术

滚珠丝杠副是由丝杠、滚珠和丝杠螺母等组成的机械元件，其主要功能是将旋转运动转化为直线运动。滚珠丝杠副因其定位精度高、传动效率高、结构紧凑等优点在精密数控机床中得到广泛的应用。

滚珠丝杠副轴向静刚度的定义为在轴向力的作用下，轴向产生1um的变形量所需施加的轴向力（N），它反映了滚珠丝杠副抵抗轴向变形的能力。滚珠丝杠副是数控机床进给系统的关键部件，进给系统刚度特性对加工零件质量影响较大，滚珠丝杠副工作时主要承受轴向载荷，其静刚度将直接影响数控机床的定位精度和重复定位精度，不合理的刚度参数会导致死区误差的增大，执行部件滞后等问题。目前国外著名滚珠丝杠副生产厂商如THK、NSK等在产品出厂时均进行严格检验，产品手册上也都对滚珠丝杠副的轴向静刚度等性能指标进行了明确的标注。在国内尽管对滚珠丝杠副进行了几十年的发展和研究，但对滚珠丝杠副的轴向静刚度的研究仍然不成熟，与国际先进水平具有较大差距，并缺少有效的测量装置。

通过查阅现有的技术文献发现，NSK公司通过一对同步驱动的滚珠丝杠副施加轴向力，研制了滚珠丝杠副轴向刚度测量机；山东建筑大学设计了专用的液压系统施加轴向载荷，通过采集作用力信号和位移信号实现了对滚珠丝杠副轴向刚度的测量，该装置加载系统复杂，成本较高，技术手段亦不成熟；东南大学设计了基于材料试验机的滚珠丝杠副轴向静刚度测试夹具（授权公告号：CN202024931U），利用材料试验机自身的软硬件系统完成对拉力和位移信号的同步采集，实现了滚珠丝杠副轴向静刚度的测量，该方法由于材料试验机的夹紧装置限制了被测丝杠的长度而通用性较低；南京理工大学设计了滚珠丝杠副轴向静刚度卧式测量装置（授权公告号：CN203011772U），固定被测丝杠，使用双滚珠丝杠副对被测丝杠螺母施加载荷，通过采集对丝杠螺母施加的轴向载荷和丝杠螺母的轴向位移，实现了滚珠丝杠副轴向静刚度的测量，但该装置结构复杂，成本较高。

因此需要发明一种快速、便捷、低成本的滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置，这对研究滚珠丝杠副的刚度特性和节约生产成本具有重要意义。

实用新型内容

本实用新型为了实现上述目的，采用了以下结构：

本实用新型提供一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置，用以测量滚珠丝杠副的轴向静刚度，其特征在于，具有：

工作台，加载组件、数据采集模块和数据处理模块。

其中，工作台开有滑槽。

加载组件包括压力传感器支座、加载螺栓、加载导块、滚珠丝杠支座和位移传感器支座，上述组件依次排列在工作台之上，压力传感器支座、滚珠丝杠支座以及位移传感器支座均固定在工作台上，加载导块的底部嵌入工作台的滑槽内，可于滑槽内滑动。

滚珠丝杠副通过丝杠螺母固定在滚珠丝杠支座上，滚珠丝杠副的丝杠两端分别设置有加载导块与位移传感器支座，丝杠、加载导块与加载螺栓依次连接。

数据采集模块包括压力传感器和位移传感器，压力传感器固定于压力传感器支座之上，与加载螺栓通过螺纹连接，位移传感器固定在位移传感器支座上。

数据处理模块与数据采集模块相连接。

进一步地，在本实用新型的测量装置中，还可以具有这样的特征：

其中，加载导块一端开有圆孔，圆孔内安装有加载钢珠，加载钢珠与加载螺栓头部直接接触。

进一步地，在本实用新型的测量装置中，还可以具有这样的特征：

其中，加载螺栓头部与加载钢珠、加载钢珠与加载导块均为点接触。

进一步地，在本实用新型的测量装置中，还可以具有这样的特征：

其中，加载导块上开有圆孔的另一端通过防转键连接与丝杠连接。

进一步地，在本实用新型的测量装置中，还可以具有这样的特征：

其中，压力传感器支座，滚珠丝杠支座和位移传感器支座均通过螺栓固定于工作台上，螺栓的螺母部分嵌入工作台的滑槽内。

进一步地，在本实用新型的测量装置中，还可以具有这样的特征：

其中，数据处理模块还包括压力传感器采集卡、位移传感器采集卡和计算机，压力传感器采集卡与压力传感器连接，位移传感器采集卡与位移传感器连接。

实用新型的作用与效果

根据本实用新型的滚珠丝杠副轴向静刚度的测量装置，因为采取了使用加载螺栓来进行作用力的施加这一简便结构，通过旋转加载螺栓对和其直接接触的加载导块产生作用力，作用力进而传递到丝杠之上，使丝杠产生位移，即可实现对丝杠的轴向加载，不需要额外设置复杂的加载系统，从而对丝杠的位移和受到的作用力进行测量，最终得出丝杠副的静刚度。这种结构能够快速便捷的实现静刚度的测量，这对研究滚珠丝杠副的刚度特性和节约企业成本具有重要意义。

附图说明

图1是本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置实施例中主要组成部分示意图；

图2是本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置实施例中测量原理图；

图3是本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置的实施例中结构说明图；

图4是本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置实施例中的加载导块的右视图；

图5是本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置实施例中的加载导块的主视图以及

图6是本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置实施例中的加载导块的左视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本实用新型所涉及的滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置做详细阐述。

<实施例>

图1是本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置实施例的主要组成部分图。

如图1所示，本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置16的组成部分包括工作台7，加载组件17、数据采集模块18和数据处理模块19，其中，工作台7上排列着加载组件17，加载组件17加载完毕以后通过数据采集模块18采集数据，之后将数据发送至数据处理模块19，进行数据的处理。

图2是本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置实施例的剖面结构示意图。

如图2所示，本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置16采用丝杠螺母15固定被测滚珠丝杠副20，对被测丝杠14施力的方式，通过加载螺栓10对S型压力传感器9和加载组件17沿轴向施加作用力Fa，进而作用力传递到在丝杠14的一端，在丝杠14的另一端通过位移传感器3测量丝杠14的轴向位移δ，一般情况下丝杠14自身的轴向刚度远远大于滚珠丝杠副20的轴向刚度，因此忽略丝杠14自身变形的影响，则滚珠丝杠副20的轴向静刚度

图3是本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置实施例的结构说明图。

如图3所示，本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置，包括：工作台7，加载组件17、数据采集模块18与数据处理模块19，加载组件17包括压力传感器支座8、滚珠丝杠支座4、位移传感器支座2、加载螺栓10、加载钢球11、加载导块12和防转键连接13；数据采集模块18与数据处理模块19包括S型压力传感器9、位移传感器3、压力传感器采集卡6、位移传感器采集卡1和计算机5。工作台7上开有T型槽，压力传感器支座8、滚珠丝杠支座4和位移传感器支座2均通过T型螺栓固定于工作台7，并且它们的相对距离可以调整，S型压力传感器9通过螺栓联结固定于压力传感器支座8上，丝杠螺母15通过螺栓联结固定于滚珠丝杠支座4上，位移传感器3通过自身的螺母固定于位移传感器支座2上。在加载组件17中，加载导块12的一端开有圆孔用于安装加载钢球11，与其正对的另一端开通过防转键连接13与丝杠14的轴端相连，加载导块12安装在工作台7的T型槽内，只能沿着丝杠14的轴向移动；加载螺栓10与S型压力传感器9通过螺纹连接，加载螺栓10的头部与加载钢球11接触。在数据采集模块18与数据处理模块19中，通过压力传感器采集卡6采集S型压力传感器9的力信号并传送给计算机5；位移传感器3通过位移传感器支架2固定在丝杠14的另一端，测量丝杠14端面的位移，通过位移传感器采集卡1采集位移传感器3的位移信号并传送给计算机5；在计算机5中实现作用力与位移信号的读取、存储和静刚度的计算。

图4是本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置实施例的加载导块的右视图。

图5是本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置实施例的加载导块的主视图。

图6是本实用新型滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置实施例的加载导块的左视图。

如图4、5、6所示，加载导块12的一端开有圆孔用于安装加载钢球11，与其正对的另一端通过键连接13与丝杠14的轴端相连，加载导块12安装在工作台7的T型槽内，只能沿着丝杠14的轴向移动。

实施例的作用与效果

根据本实用新型的滚珠丝杠副轴向静刚度的测量装置，因为采取了使用加载螺栓来进行作用力的施加这一简便结构，通过旋转加载螺栓对加载导块产生作用力，作用力进而传递到丝杠之上，使丝杠产生位移，即可实现对丝杠的轴向加载，不需要额外设置复杂的加载系统，从而可以对丝杠的位移和受到的作用力进行测量，最终得出丝杠副的静刚度。这种结构能够快速便捷的实现静刚度的测量，这对研究滚珠丝杠副的刚度特性和节约企业成本具有重要意义。

此外，在本实施例采用的滚珠丝杠副轴向静刚度的测量装置中，加载导块一端开有圆孔，圆孔内安装有加载钢珠，加载钢珠与加载螺栓头部直接接触，且为点接触，这样的结构可以有效的降低加载螺栓旋转时候产生的摩擦转矩，保护加载导块，方便加载。

此外，在本实施例采用的滚珠丝杠副轴向静刚度的测量装置中，

加载导块的另一端通过防转键连接与丝杠的轴端相连，这可以有效的限制丝杠在受到作用力产生的转动。

此外，在本实施例采用的滚珠丝杠副轴向静刚度的测量装置中，

在支撑组件中，工作台上开有T型槽，压力传感器支座、滚珠丝杠支座和位移传感器支座均通过T型螺栓固定于工作台上，并且它们的相对距离可以调整，这样的结构可以加载不同大小的滚珠丝杠副，对其进行测量。

当然本发明所涉及的滚珠丝杠副轴向静刚度的测量装置并不仅仅限定于在上述实施例中的结构。以上内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置，用以测量滚珠丝杠副的轴向静刚度，其特征在于，具有： 

工作台，加载组件、数据采集模块和数据处理模块， 

其中，所述工作台开有滑槽； 

所述加载组件包括压力传感器支座、加载螺栓、加载导块、滚珠丝杠支座和位移传感器支座，上述组件依次排列在所述工作台之上，所述压力传感器支座、所述滚珠丝杠支座以及所述位移传感器支座均固定在所述工作台上，所述加载导块的底部嵌入所述工作台的所述滑槽内，可于所述滑槽内滑动， 

所述滚珠丝杠副通过丝杠螺母固定在所述滚珠丝杠支座上，所述滚珠丝杠副的丝杠两端分别设置有所述加载导块与所述位移传感器支座，所述丝杠、所述加载导块与所述加载螺栓依次连接； 

所述数据采集模块包括压力传感器和位移传感器，所述压力传感器固定于所述压力传感器支座之上，与所述加载螺栓通过螺纹连接，所述位移传感器固定在所述位移传感器支座上； 

所述数据处理模块与所述数据采集模块相连接。 

2.根据权利要求1所述的滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置，其特征在于： 

其中，所述加载导块一端开有圆孔，所述圆孔内安装有加载钢珠，所述加载钢珠与所述加载螺栓头部直接接触。 

3.根据权利要求2所述的滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置，其特征在于： 

其中，所述加载螺栓头部与所述加载钢珠、所述加载钢珠与所述加载导块均为点接触。 

4.根据权利要求2所述的滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置，其特征在于： 

其中，所述加载导块上开有所述圆孔的另一端通过防转键连接与所述丝杠连接。 

5.根据权利要求1所述的滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置，其特征在于： 

其中，所述压力传感器支座，所述滚珠丝杠支座和所述位移传感器支座均通过螺栓固定于所述工作台上，所述螺栓的螺母部分嵌入所述工作台的滑槽内。 

6.根据权利要求1所述的滚珠丝杠副轴向静刚度测量装置，其特征在于： 

其中，所述数据处理模块还包括压力传感器采集卡、位移传感器采集卡和计算机，所述压力传感器采集卡与所述压力传感器连接，所述位移传感器采集卡与所述位移传感器连接。 

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