CN205002960U - 一种回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置，所述的装置包括联轴节、力传递装置、力传感器、加载力实时采集与控制系统、电动伺服力加载装置、加载头。联轴节与力传递装置联接，将电动伺服力加载装置输出的力传递给被试验对象。力传感器两端分别与电动伺服力加载装置和加载头联接，采集加载力数据并反馈给加载力实时采集与控制系统。本实用新型适用于一般、高速、重载等回转轴任意方向模拟加载，为开展回转轴动态模拟加载提供了一种新的手段，能够实现多种回转轴模拟加载，操作简便，应用广泛。
Description
技术领域
本实用新型属于回转轴模拟加载技术领域，具体涉及一种回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置。
背景技术
加载装置广泛应用于模拟加载试验、刚度测试等领域，主要包括模拟力加载装置和模拟扭矩加载装置。模拟力加载装置包括流体加载、电机加载、电磁加载、压电陶瓷加载等。扭矩加载装置包括电涡流测功机、水力测功机和直流发电机等测功加载装置以及磁粉制动器。
丝杠、电动机、减速器以及机床主轴等回转轴的加载试验是验证产品性能的主要途径。回转轴在工作状态下受力复杂，仅空载运转或静态加载不能模拟回转轴实际工况下的工作状况。为模拟实际工作时回转轴受到的抗力，在试验中，常采取等效的方法将受力分为等效径向力、等效轴向力和等效扭矩，并施加在回转轴接口上。在等效力加载时，由于旋转轴处于转动状态，为实现完全模拟、动态加载，需要在模拟刀具上增加适应运转的轴承单元，高速加载采用气体静压轴承，重载轴加载采用液体静压轴承。这样就可以比较真实地模拟实际，在实验室就可以对回转轴进行试验测试。
名称为“一种动态伺服力驱动器”（公告号为CN103837339A）的中国专利提供了一种基于压缩弹簧和伺服电机的力驱动系统，具有形成大、输出力范围宽、动态加载等特点。可应用于数控机床主轴、导轨等功能部件可靠性试验中载荷谱施加、工况模拟、静刚度测试等。该发明仅为一种力输出装置，不足以满足模拟被测件工作状态下的加载试验。名称为“立/卧式加工中心可靠性试验主轴切削抗力模拟加载装置”（公告号为CN202066690U）的中国专利，基于工程试验方法的可靠性测试技术和可靠性评价方法，发明了一种加工中心可靠性试验主轴动态切削抗力模拟加载装置，其采用气缸加载，滚动轴承承载，能用于开展一般加工中心可靠性加速试验，但是不适用于高速/重载主轴模拟加载。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置，本实用新型能够满足模拟被测件工作状态下的加载试验，适用于高速/重载主轴模拟加载。
本实用新型的技术方案如下：
本实用新型的回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置，其特点是，所述的动态模拟加载装置包括联轴节、力传递装置、力传感器、加载力实时采集与控制系统、电动伺服力加载装置及加载头。其中，所述的力传递装置含有径向流体静压轴承和轴向流体静压轴承，电动伺服力加载装置含有同步带轮组、伺服电机、预载弹簧、滚珠丝杆。其连接关系是，所述的联轴节置于力传递装置内的中心轴线上，在联轴节的外围固定依次固定连接有径向流体静压轴承和轴向流体静压轴承。所述的电动伺服力加载装置横向中心轴上设置有滚珠丝杆，滚珠丝杆外围设置有预载弹簧。所述的滚珠丝杆的一端与同步带轮组的一端连接，同步带轮组的另一端与伺服电机连接。所述的滚珠丝杆的另一端与力传感器的一端通过螺纹连接，力传感器的另一端与加载头通过螺纹连接。加载头与力传递装置接触连接。加载力实时采集与控制系统分别与力传感器、伺服电机电连接。
所述的联轴节的中心轴线与滚珠丝杆的中心轴线相交。
所述的联轴节、力传递装置用球面联轴节、球面力传递装置替代。
所述的球面力传递装置内底面设置为球面、球面联轴节下端面设置为球面，球面联轴节置于球面力传递装置内的中心轴线上，球面力传递装置的内底面与球面联轴节下端面匹配设置。
所述的加载力实时采集与控制系统中输入曲线，用于实现加载力的高精度实时输出。
所述的输入曲线包括脉冲曲线、正弦曲线、方波曲线中的一种。
本实用新型中的力传递装置通过径向流体静压轴承或轴向流体静压轴承或二者组合组成完成纯轴向力、纯径向力或者任意角度力传递。
当所述的力传递装置的径向流体静压轴承和轴向流体静压轴承用于高速轴加载时，采用气体静压轴承。
当所述的力传递装置的径向流体静压轴承和轴向流体静压轴承用于重载轴加载时，采用液体静压轴承。
当所述的力传递装置用于任意角度力加载时，采用球面流体静压轴承或者径向流体静压轴承和轴向流体静压轴承组合。
本实用新型中的电动伺服加载装置，通过伺服电机带动同步带轮组、滚珠丝杆，预载弹簧实现加载力输出。
本实用新型中的加载力实时采集与控制系统中输入曲线，通过控制系统控制电动伺服力加载装置按要求输出相应的加载力，并通过相应的力传感器实时采集加载力输出并反馈至控制系统，实现加载力的高精度实时输出。
本实用新型的一种回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置，通过简单更换联轴节；当采用气体静压轴承时可应用于高速旋转轴加载，当采用液体静压轴承时可应用于重载旋转轴加载；采用电动伺服力加载控制，闭环稳态精度高，具有优良的重复加载精度和线性特性。本实用新型适用于一般、高速、重载等回转轴任意方向模拟加载，为开展回转轴动态模拟加载提供了一种新的手段，能够实现多种回转轴模拟加载，操作简便，应用广泛。
附图说明
图1为本实用新型的一种回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置结构示意图；
图2为本实用新型的轴向力模拟加载示意图；
图3为本实用新型的任意角度力模拟加载示意图；
图中，1.联轴节2.力传递装置3.力传感器4.加载力实时采集与控制系统5.电动伺服力加载装置6.同步带轮组7.伺服电机8.预载弹簧9.滚珠丝杆10.加载头11.径向流体静压轴承12.轴向流体静压轴承13.球面流体静压轴承21.球面联轴节22.球面力传递装置。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详细说明本实用新型内容。
以下实施例仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制。有关技术领域的人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化、替换和变型，因此同等的技术方案也属于本实用新型的范畴。
实施例1
图1为本实用新型的一种回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置结构示意图（径向力模拟加载示意图），图2为本实用新型的轴向力模拟加载示意图。在图1、图2中，本实用新型的回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置，包括联轴节1、力传递装置2、力传感器3、加载力实时采集与控制系统4、电动伺服力加载装置5及加载头10。其中，所述的力传递装置2含有径向流体静压轴承11和轴向流体静压轴承12，电动伺服力加载装置5含有同步带轮组6、伺服电机7、预载弹簧8、滚珠丝杆9；其连接关系是，所述的联轴节1置于力传递装置2内的中心轴线上，在联轴节1的外围固定依次固定连接有径向流体静压轴承11和轴向流体静压轴承12。所述的电动伺服力加载装置5横向中心轴上设置有滚珠丝杆9，滚珠丝杆9外围设置有预载弹簧8；所述的滚珠丝杆9的一端与同步带轮组6的一端连接，同步带轮组6的另一端与伺服电机7连接。所述的滚珠丝杆9的另一端与力传感器3的一端通过螺纹连接，力传感器3的另一端与加载头10通过螺纹连接。加载头10与力传递装置2接触连接。加载力实时采集与控制系统4分别与力传感器3、伺服电机7电连接。
所述的联轴节1的中心轴线与滚珠丝杆9的中心轴线相交。
所述的联轴节1、力传递装置2用球面联轴节21、球面力传递装置22替代。
所述的球面力传递装置22内底面设置为球面、球面联轴节21下端面设置为球面，球面联轴节21置于球面力传递装置22内的中心轴线上，球面力传递装置22的内底面与球面联轴节21下端面匹配设置。
所述的加载力实时采集与控制系统4中输入曲线，用于实现加载力的高精度实时输出。
本实施例中，输入曲线为正弦曲线；力传递装置2通过径向流体静压轴承11完成纯径向力传递；力传递装置2的径向流体静压轴承11用于高速轴加载，采用气体静压轴承。
在本实施例中，对一高速回转轴进行模拟径向力加载试验。实施步骤为：
1.将电动伺服力加载装置4固定在试验工作台上。
2.将采用力传递装置2通过联轴节1安装在试验回转轴上，提供气压使气体静压轴承正常工作。
3.将力传感器3一端通过螺纹连接到电动伺服力加载装置5端部，另一端通过螺纹连接加载头10。
4.调整试验工作台，使回转轴的中心线与力传感器3的中心线径向对齐。
5.加载力实时采集与控制系统4控制电动伺服力加载装置5，使加载头10前进一定距离触及力传递装置2。
6.回转轴高速旋转，在此过程中，加载力实时采集与控制系统4根据力传感器3的反馈控制伺服电机7的输出实现输入曲线的高精度动态加载。
7.单步加载完成后，回转轴停止转动，电动伺服力加载装置5驱动加载头10离开力传递装置2。
8.重复步骤6–7，实现循环加载。
实施例2
本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，本实施例中，力传递装置2与电动伺服力加载装置5的中心轴线为同轴心设置；输入曲线为脉冲曲线；力传递装置2通过轴向流体静压轴承12完成纯轴向力传递；力传递装置2的轴向流体静压轴承12用于重载轴加载，采用液体静压轴承。
本实施例中，对一重载回转轴进行模拟力加载试验。实施步骤为：
1.将电动伺服力加载装置4固定在试验工作台上。
2.将采用力传递装置2通过联轴节1安装在试验回转轴上，提供液压使液体静压轴承正常工作。
3.将力传感器3一端通过螺纹连接到电动伺服力加载装置5端部，另一端通过螺纹连接加载头10。
4.调整试验工作台，使回转轴的中心线与力传感器3的中心线重合。
5.加载力实时采集与控制系统4控制电动伺服力加载装置5，使加载头10前进一定距离触及力传递装置2。
6.回转轴旋转，在此过程中，加载力实时采集与控制系统4根据力传感器3的反馈控制伺服电机7的输出实现输入曲线的高精度动态加载。
7.单步加载完成后，回转轴停止转动，电动伺服力加载装置5驱动加载头10离开力传递装置2。
8.重复步骤6–7，实现循环加载。
实施例3
本实施例与实施例1的结构相同，不同之处是，本实施例中，联轴节1、力传递装置2分别用球面联轴节21、球面力传递装置22替代；球面力传递装置22内底面设置为球面、球面联轴节21下端面设置为球面，球面联轴节21置于球面力传递装置22内的中心轴线上，球面力传递装置22的内底面与球面联轴节21下端面匹配设置；加载头10与球面力传递装置22可以任意角度接触；输入曲线为方波曲线；球面力传递装置22通过球面流体静压轴承13完成任意方向力传递。
本实施例中，对一回转轴进行45°角的模拟力加载试验。实施步骤为：
1.将电动伺服力加载装置4固定在试验工作台上。
2.将采用球面力传递装置22通过球面联轴节21安装在试验回转轴上。
3.将力传感器3一端通过螺纹连接到电动伺服力加载装置5端部，另一端通过螺纹连接加载头10。
4.调整试验工作台，使回转轴的中心线与力传感器3的中心线成45°角。
5.加载力实时采集与控制系统4控制电动伺服力加载装置5，使加载头10前进一定距离触及球面力传递装置22。
6.回转轴旋转，在此过程中，加载力实时采集与控制系统4根据力传感器3的反馈控制伺服电机7的输出实现输入曲线的高精度动态加载。
7.单步加载完成后，回转轴停止转动，电动伺服力加载装置5驱动加载头10离开球面力传递装置22。
8.重复步骤6–7，实现循环加载。
Claims (4)
1.一种回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置，其特征在于，所述的动态模拟加载装置包括联轴节（1）、力传递装置（2）、力传感器（3）、加载力实时采集与控制系统（4）、电动伺服力加载装置（5）及加载头（10）；其中，所述的力传递装置（2）含有径向流体静压轴承（11）和轴向流体静压轴承（12），电动伺服力加载装置（5）含有同步带轮组（6）、伺服电机（7）、预载弹簧（8）、滚珠丝杆（9）；其连接关系是，所述的联轴节（1）置于力传递装置（2）内的中心轴线上，在联轴节（1）的外围固定依次固定连接有径向流体静压轴承（11）和轴向流体静压轴承（12）；所述的电动伺服力加载装置（5）横向中心轴上设置有滚珠丝杆（9），滚珠丝杆（9）外围设置有预载弹簧（8）；所述的滚珠丝杆（9）的一端与同步带轮组（6）的一端连接，同步带轮组（6）的另一端与伺服电机（7）连接；所述的滚珠丝杆（9）的另一端与力传感器（3）的一端通过螺纹连接，力传感器（3）的另一端与加载头（10）通过螺纹连接；加载头（10）与力传递装置（2）接触连接；加载力实时采集与控制系统（4）分别与力传感器（3）、伺服电机（7）电连接。
2.根据权利要求1所述的回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置，其特征在于，所述的联轴节（1）的中心轴线与滚珠丝杆（9）的中心轴线相交。
3.根据权利要求1所述的回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置，其特征在于，所述的联轴节（1）、力传递装置（2）分别用球面联轴节（21）、球面力传递装置（22）替代。
4.根据权利要求3所述的回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置，其特征在于，所述的球面力传递装置（22）内底面设置为球面、球面联轴节（21）下端面设置为球面，球面联轴节（21）置于球面力传递装置（22）内的中心轴线上，球面力传递装置（22）的内底面与球面联轴节（21）下端面匹配设置。
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| CN105300674A (zh) * | 2015-10-10 | 2016-02-03 | 中国工程物理研究院机械制造工艺研究所 | 一种回转轴全闭环高精度动态模拟加载装置 |
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