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滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗(yàn)裝置與方法
【專利摘要】滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗(yàn)裝置與方法，屬于滾珠絲杠副檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。滾珠絲杠副與滑板的聯(lián)接采用雙側(cè)可換主副螺母式結(jié)構(gòu)。試驗(yàn)狀態(tài)下，滾珠絲杠副通過(guò)主螺母驅(qū)動(dòng)滑板往復(fù)運(yùn)動(dòng)，副螺母采用限位桿限制其轉(zhuǎn)動(dòng)，加載氣缸對(duì)滑板加載試驗(yàn)。測(cè)試狀態(tài)下，滾珠絲杠副通過(guò)副螺母驅(qū)動(dòng)滑板往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主螺母通過(guò)測(cè)力桿聯(lián)接安裝在滑板上的拉壓力傳感器準(zhǔn)確獲得主螺母與絲杠間的摩擦力矩。加速退化試驗(yàn)過(guò)程中，軸向加載氣缸對(duì)滾珠絲杠副進(jìn)行軸向步進(jìn)加速加載。通過(guò)在短時(shí)間加速試驗(yàn)中獲得的滾珠絲杠副摩擦力矩?cái)?shù)據(jù)可對(duì)滾珠絲杠副摩擦力矩退化過(guò)程建模，以較短的時(shí)間和較少的成本預(yù)測(cè)滾珠絲杠副性能退化壽命。
【專利說(shuō)明】滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗(yàn)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗(yàn)裝置與方法，屬于滾珠絲杠副檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]滾珠絲杠副是數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的主要功能部件，其精度性能決定了數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)精度。為了保證滾珠絲杠副傳動(dòng)精度，一般都采用預(yù)緊式滾珠絲杠副。隨滾珠絲杠副實(shí)際工作過(guò)程，運(yùn)動(dòng)部件摩擦磨損會(huì)導(dǎo)致預(yù)緊力喪失，摩擦力矩也會(huì)隨之變化，因此滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度與其摩擦力矩息息相關(guān)。國(guó)內(nèi)滾珠絲杠制造企業(yè)和相關(guān)研究單位對(duì)滾珠絲杠副已經(jīng)做了很多研究，一般多是對(duì)滾珠絲桿副摩擦力矩如何精密測(cè)量進(jìn)行研究，沒(méi)有對(duì)摩擦力矩隨滾珠絲杠副運(yùn)行過(guò)程中滾道磨損等原因?qū)е碌耐嘶^(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)研究，究其原因是絲杠副摩擦力矩變化過(guò)程是一個(gè)緩變過(guò)程。本專利提出利用加速退化試驗(yàn)原理設(shè)計(jì)滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗(yàn)裝置，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)模擬實(shí)際工況負(fù)載下滾珠絲杠副摩擦力矩退化過(guò)程，并通過(guò)設(shè)計(jì)在線測(cè)量裝置獲取摩擦力矩退化數(shù)據(jù)，以用于研究滾珠絲杠副摩擦力矩退化規(guī)律和原因，并可用于預(yù)測(cè)滾珠絲杠副精度壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服在較短時(shí)間獲取模擬實(shí)際工況的滾珠絲杠副摩擦力矩退化規(guī)律，本發(fā)明提供了一種滾珠絲杠副摩擦力矩加速試驗(yàn)裝置與方法。
[0004]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括底座(I)、交流伺服電機(jī)(2)、滾珠絲杠副(5)、滑板(6)、加載支架(8)、加載氣缸(9)、主螺母座(11)、限位桿(12)、測(cè)力桿(13)、拉壓力傳感器(14)、副螺母座(15)，底座
(I)上交流伺服電機(jī)(2)通過(guò)聯(lián)軸器(4)與滾珠絲杠副(5)的絲杠連接，滾珠絲杠副(5)與滑板(6)的聯(lián)接采用雙端可換主副螺母式結(jié)構(gòu)，滾珠絲杠副(5)能夠通過(guò)主螺母驅(qū)動(dòng)滑板
(6)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主螺母座位于滑板(6) —端的下面與滾珠絲杠副(5)的主螺母配合，副螺母座位于滑板(6)的另一端的下面與滾珠絲杠副(5)的副螺母配合，主螺母座緊固在滑板(6)上滑板(6)與滾珠絲杠副(5)的絲杠平行，滑板(6)的兩端的設(shè)有主副螺母座可與滾珠絲杠畐O (5)上的主副螺母配合，加載支架(8)與底座(I)固定在一起，加載氣缸(9)的汽缸與加載支架(8)固定，加載氣缸(9)的活塞通過(guò)加載作用塊與滑板(6)固定；限位桿(12)—端緊固在副螺母法蘭盤上，另一端可卡在滑板(6)的設(shè)置的限位槽中；滾珠絲杠副(5)的絲杠由前后支座支撐，滑板(6 )上設(shè)有拉壓力傳感器(14 )。
[0005]采用上述裝置進(jìn)行加速試驗(yàn)的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006](I)試驗(yàn)狀態(tài)下，滾珠絲杠副(5)通過(guò)主螺母驅(qū)動(dòng)滑板(6)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主螺母座緊固在滑板(6)上，拆下副螺母座(15)，副螺母由限位桿(12)限制其轉(zhuǎn)動(dòng)，限位桿(12)—端緊固在副螺母法蘭盤上，一端卡在滑板(6)的限位槽中；加載氣缸(9)對(duì)滑板(6)進(jìn)行與主螺母運(yùn)行能夠相反的軸向步進(jìn)加載；[0007](2)測(cè)試狀態(tài)下，在加載氣缸(9)無(wú)加載情況下，滾珠絲杠副(5)通過(guò)副螺母驅(qū)動(dòng)滑板(6)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，副螺母座(15)緊固在滑板(6)上，拆下主螺母座(11)，主螺母通過(guò)測(cè)力桿(13)聯(lián)接安裝在滑板(6)上的拉壓力傳感器(14)準(zhǔn)確獲得主螺母與絲杠間的摩擦力矩。
[0008]步驟(I)設(shè)計(jì)加載氣缸(9)軸向加載力高于實(shí)際滾珠絲杠副工況負(fù)載，具體可選用被測(cè)試滾珠絲杠副額定動(dòng)載荷10%到70%間的幾個(gè)負(fù)載水平進(jìn)行步進(jìn)加速退化試驗(yàn)，通過(guò)利用在短時(shí)間內(nèi)加速試驗(yàn)中獲得的摩擦力矩?cái)?shù)據(jù)建立預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)滾珠絲杠副性能退化壽命。
[0009]整個(gè)加速退化試驗(yàn)過(guò)程中，采用等時(shí)間間隔的監(jiān)測(cè)方式，將試驗(yàn)裝置設(shè)置為測(cè)試狀態(tài)下，即在無(wú)負(fù)載情況下用副螺母驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)測(cè)量滾珠絲杠副摩擦力矩，并將測(cè)試數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。
[0010]滾珠絲杠副(5)與滑板(6)的聯(lián)接采用雙側(cè)可換主副螺母式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠副摩擦力矩的加速退化試驗(yàn)和在線測(cè)量。
[0011]一種利用所述的滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗(yàn)裝置的試驗(yàn)方法:采用加速性能退化試驗(yàn)方法，在加速退化試驗(yàn)過(guò)程中，加載氣缸(9)對(duì)滾珠絲杠副進(jìn)行通過(guò)在短時(shí)間加速試驗(yàn)中獲得的滾珠絲杠副摩擦力矩?cái)?shù)據(jù)可對(duì)滾珠絲杠副摩擦力矩退化過(guò)程建模，以較短的時(shí)間和較少的成本預(yù)測(cè)滾珠絲杠副性能退化壽命。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]I)本發(fā)明裝置滾珠絲杠副與滑板之間采用雙側(cè)可換主副螺母方式實(shí)現(xiàn)了負(fù)載試驗(yàn)與摩擦力矩的在線測(cè)量，操作方便。該測(cè)試裝置相比較原有摩擦力矩測(cè)裝置更加簡(jiǎn)便，也更加符合工況實(shí)際，測(cè)試結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映滾珠絲杠副實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)下的真實(shí)摩擦力矩。
[0014]2)本發(fā)明裝置采用模擬實(shí)際工況負(fù)載的加載方式，并利用加速性能退化試驗(yàn)原理快速測(cè)評(píng)滾珠絲杠副摩擦力矩退化規(guī)律，預(yù)測(cè)滾珠絲杠副性能退壽命。該方法可縮短試驗(yàn)時(shí)間，降低試驗(yàn)成本，為滾珠絲杠副性能退化壽命研究提供了一種可行的技術(shù)手段。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明裝置的總體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明裝置在試驗(yàn)?zāi)Ｊ较碌慕Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]其中左圖:滑板前端主螺母聯(lián)接處剖視圖，右圖:滑板后端副螺母聯(lián)接處剖視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明裝置在測(cè)量模式下的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]其中左圖:滑板前端主螺母聯(lián)接處剖視圖，右圖:滑板后端副螺母聯(lián)接處剖視圖；
[0020]附圖中:I底座、2交流伺服電機(jī)、3前支座、4聯(lián)軸器、5滾珠絲杠副、6滑板、7加載作用塊、8加載支架、9加載氣缸、10后支座、11主螺母座、12限位桿、13測(cè)力桿、14拉壓力傳感器、15副螺母座。
【具體實(shí)施方式】
[0021]結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明裝置和試驗(yàn)方法進(jìn)行說(shuō)明，如圖2所示為試驗(yàn)狀態(tài)下，滾珠絲杠副(5)通過(guò)主螺母驅(qū)動(dòng)滑板(6)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主螺母座緊固在滑板(6)上，拆下副螺母座
(15)，副螺母由限位桿(12)限制其轉(zhuǎn)動(dòng)，限位桿(12)—端緊固在副螺母法蘭盤上，一端卡在滑板(6 )的限位槽中。加載氣缸(9 )安裝在加載支架(8 )上對(duì)滑板(6 )加載，加載支架(8 )緊固在底座(I)上。
[0022]如圖3所示為測(cè)量狀態(tài)下，滾珠絲杠副(5 )通過(guò)副螺母驅(qū)動(dòng)滑板(6 )往復(fù)運(yùn)動(dòng)，副螺母座(15)緊固在滑板(6)上，拆下主螺母座(11)，主螺母通過(guò)測(cè)力桿(13)聯(lián)接安裝在滑板(6)上的拉壓力傳感器(14)準(zhǔn)確獲得主螺母與絲杠間的摩擦力矩。
[0023]采用加速性能退化試驗(yàn)方法，對(duì)滾珠絲杠副(5)進(jìn)行軸向加載，模擬實(shí)際工況，設(shè)計(jì)軸向加載力高于實(shí)際滾珠絲杠副工況負(fù)載，具體可選用被測(cè)試滾珠絲杠副額定動(dòng)載荷10%到70%間的幾個(gè)負(fù)載水平進(jìn)行步進(jìn)加速退化試驗(yàn)，通過(guò)利用在短時(shí)間內(nèi)加速試驗(yàn)中獲得的摩擦力矩?cái)?shù)據(jù)建立預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)滾珠絲杠副性能退化壽命。
[0024]具體實(shí)施步驟如下:
[0025]步驟1:設(shè)定滾珠絲杠副軸向載荷的加速應(yīng)力水平為3個(gè)，在滾珠絲杠副最大額定動(dòng)載荷10%到70%間選取，均高于滾珠絲杠副正常使用時(shí)的負(fù)載，即最大額定動(dòng)載荷10%。
[0026]步驟2:將待測(cè)試滾珠絲杠副安裝在試驗(yàn)臺(tái)上，將試驗(yàn)裝置設(shè)置為加載試驗(yàn)狀態(tài)下，設(shè)定滾珠絲杠副運(yùn)動(dòng)速度等控制參數(shù)，同時(shí)設(shè)定氣缸氣壓以調(diào)節(jié)滾珠絲杠副軸向負(fù)載，對(duì)滾珠絲杠副由大到小依次施加步驟I確定的加速應(yīng)力水平。每個(gè)加速應(yīng)力水平對(duì)應(yīng)的截尾時(shí)間，即絲杠副運(yùn)行里程按先長(zhǎng)后短的原則進(jìn)行設(shè)置。
[0027]步驟3:整個(gè)加速退化試驗(yàn)過(guò)程中，采用等時(shí)間間隔的監(jiān)測(cè)方式，將試驗(yàn)裝置設(shè)置為測(cè)試狀態(tài)下，即在無(wú)負(fù)載情況下用副螺母驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)測(cè)量滾珠絲杠副摩擦力矩，并將測(cè)試數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。
[0028]步驟4:利用加速退化試驗(yàn)原理，對(duì)記錄的滾珠絲杠副整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中的摩擦力矩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，建立滾珠絲杠副摩擦力矩退化模型，預(yù)測(cè)滾珠絲杠副的性能退化壽命。
【權(quán)利要求】
1.一種滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗(yàn)裝置，其特征在于，包括底座(I)、交流伺服電機(jī)(2)、滾珠絲杠副(5)、滑板(6)、加載支架(8)、加載氣缸(9)、主螺母座(11)、限位桿(12)、測(cè)力桿(13)、拉壓力傳感器(14)、副螺母座(15)，底座(I)上交流伺服電機(jī)(2)通過(guò)聯(lián)軸器(4)與滾珠絲杠副(5)的絲杠連接，滾珠絲杠副(5)與滑板(6)的聯(lián)接采用雙端可換主副螺母式結(jié)構(gòu)，滾珠絲杠副(5)能夠通過(guò)主螺母驅(qū)動(dòng)滑板(6)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主螺母座位于滑板(6)—端的下面與滾珠絲杠副(5)的主螺母配合，副螺母座位于滑板(6)的另一端的下面與滾珠絲杠副(5)的副螺母配合，主螺母座緊固在滑板(6)上滑板(6)與滾珠絲杠副(5)的絲杠平行，滑板(6)的兩端的設(shè)有主副螺母座可與滾珠絲杠副(5)上的主副螺母配合，加載支架(8)與底座(I)固定在一起，加載氣缸(9)的汽缸與加載支架(8)固定，加載氣缸(9)的活塞通過(guò)加載作用塊與滑板(6)固定；限位桿(12) —端緊固在副螺母法蘭盤上，另一端可卡在滑板(6)的設(shè)置的限位槽中；滾珠絲杠副(5)的絲杠由前后支座支撐，滑板(6)上設(shè)有拉壓力傳感器(14)。
2.采用權(quán)利要求1的裝置進(jìn)行加速退化試驗(yàn)的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)試驗(yàn)狀態(tài)下，滾珠絲杠副(5)通過(guò)主螺母驅(qū)動(dòng)滑板(6)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主螺母座緊固在滑板(6)上，拆下副螺母座(15)，副螺母由限位桿(12)限制其轉(zhuǎn)動(dòng)，限位桿(12)—端緊固在副螺母法蘭盤上，一端卡在滑板(6)的限位槽中；加載氣缸(9)對(duì)滑板(6)進(jìn)行與主螺母運(yùn)行能夠相反的軸向步進(jìn)加載； (2)測(cè)試狀態(tài)下，在加載氣缸(9)無(wú)加載情況下，滾珠絲杠副(5)通過(guò)副螺母驅(qū)動(dòng)滑板(6)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，副螺母座(15)緊固在滑板(6)上，拆下主螺母座(11)，主螺母通過(guò)測(cè)力桿(13)聯(lián)接安裝在滑板(6)上的拉壓力傳感器(14)準(zhǔn)確獲得主螺母與絲杠間的摩擦力矩。
3.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，步驟(I)設(shè)計(jì)加載氣缸(9)軸向加載力高于實(shí)際滾珠絲杠副工況負(fù)載，選用被測(cè)試滾珠絲杠副額定動(dòng)載荷10%到70%間的幾個(gè)負(fù)載水平進(jìn)行步進(jìn)加速退化試驗(yàn)。
4.按照權(quán)利要求2的方法，其特征在于，整個(gè)加速退化試驗(yàn)過(guò)程中，采用等時(shí)間間隔的監(jiān)測(cè)方式，將試驗(yàn)裝置設(shè)置為測(cè)試狀態(tài)下，即在無(wú)負(fù)載情況下用副螺母驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)測(cè)量滾珠絲杠副摩擦力矩，并將測(cè)試數(shù)據(jù)記錄下來(lái)。
【文檔編號(hào)】G01M13/02GK103822784SQ201410067042
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月26日
【發(fā)明者】王民, 梁亞棟, 胡建忠 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)