一種預(yù)緊力可控的雙螺母滾珠絲杠副的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種預(yù)緊力可以調(diào)控的雙螺母滾珠絲杠副，屬于滾珠絲杠副技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]制造業(yè)是是增強(qiáng)國家競爭力的基礎(chǔ)。滾珠絲桿副作為數(shù)控機(jī)床的重要功能部件，其性能的優(yōu)劣直接影響數(shù)控機(jī)床的整體水平。隨著數(shù)控機(jī)床的高速化、高精度化，對滾珠絲桿副的精度性能指標(biāo)提出了越來越高的要求。滾珠絲杠副除了對本身單一方向的傳動精度有要求外，對其軸向間隙也有嚴(yán)格的要求，以保證其返向傳動精度。滾珠絲杠副的軸向間隙是承載時(shí)在滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。通常采用雙螺母預(yù)緊的方法，把彈性變形控制在最小限度內(nèi)，以減小或消除軸向間隙，并提高滾珠絲杠副的剛度。
[0003]按照軸向間隙調(diào)整與預(yù)緊方法主要分為四類，分別是雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)隙式、雙螺母墊片預(yù)緊調(diào)隙式、雙螺母齒差式預(yù)緊調(diào)隙式、彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊調(diào)隙式。
[0004]雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)隙式結(jié)構(gòu)，通過一個(gè)帶螺紋的預(yù)緊螺母和一個(gè)圓螺母固定。調(diào)整時(shí)通過旋轉(zhuǎn)圓螺母然后用預(yù)緊螺母鎖緊產(chǎn)生一定的軸向預(yù)緊力，從而消除軸向間隙。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、預(yù)緊可靠，但是精度一般。
[0005]雙螺母齒差式預(yù)緊調(diào)隙式結(jié)構(gòu)，兩個(gè)螺母的兩端是兩個(gè)齒數(shù)差一的圓柱齒輪，通過兩個(gè)內(nèi)齒輪與上述齒輪嚙合，并用螺釘和定位銷固定在套筒上。調(diào)整時(shí)先取下兩端的內(nèi)齒輪，當(dāng)兩個(gè)螺母相對于套筒同一個(gè)方向轉(zhuǎn)動同一齒固定后，一個(gè)滾珠螺母相對于另一個(gè)產(chǎn)生相對位移并產(chǎn)生預(yù)緊力進(jìn)而消除軸向間隙。其特點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)精確的定量調(diào)整，工作可靠，調(diào)整方便，但是加工和裝配工藝復(fù)雜。
[0006]滾珠絲杠的預(yù)緊力是滾珠絲杠中產(chǎn)生絲杠摩擦力矩的主要參數(shù)，對螺母施加預(yù)緊力，可以提高滾珠絲杠副的軸向剛度和定位精度。另外，高加速起、停以及外部負(fù)載變化、溫度變化等因素，要求滾珠絲杠副預(yù)緊力也要能實(shí)時(shí)調(diào)整以保證滾珠絲杠副傳動具有較高的動力學(xué)性能，提高滾珠絲杠副傳動的精度保持性和可靠性。
[0007]中國專利文獻(xiàn)CN203656087U公開的《預(yù)緊力可精確調(diào)整的雙螺母滾珠絲杠副》，包括絲杠、主螺母、雙頭螺柱型壓力傳感器、預(yù)緊墊片、預(yù)緊螺母、副螺母、壓力傳感器采集設(shè)備、計(jì)算機(jī)，主螺母與副螺母之間沿周向均勻布置若干個(gè)雙頭螺柱型壓力傳感器，每個(gè)雙頭螺柱型壓力傳感器的左、右端螺柱通過預(yù)緊墊片、預(yù)緊螺母分別與主螺母右邊的法蘭和副螺母左邊的法蘭聯(lián)結(jié)，每個(gè)雙頭螺柱型壓力傳感器通過壓力傳感器采集設(shè)備連接計(jì)算機(jī)。雙頭螺柱型壓力傳感器數(shù)量為3-6個(gè)。該雙螺母滾珠絲杠副雖然能夠?qū)崿F(xiàn)雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力的精確調(diào)整，但是并不能實(shí)現(xiàn)自動調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對現(xiàn)有滾珠絲杠副預(yù)緊技術(shù)存在的不能精確反映和調(diào)整預(yù)緊力的大小等不足，提供一種可靠高效、能夠滿足高性能機(jī)械傳動要求的預(yù)緊力可控的雙螺母滾珠絲杠副。該雙螺母滾珠絲杠副能夠根據(jù)滾珠絲杠副的外加負(fù)載等影響軸向間隙的因素，自動調(diào)整預(yù)緊力的大小，以減少或消除間隙，提高傳動精度。
[0009]本發(fā)明的預(yù)緊力可控的雙螺母滾珠絲杠副，采用如下技術(shù)方案:
[0010]該雙螺母滾珠絲杠副，包括絲杠和兩個(gè)絲杠螺母，兩個(gè)絲杠螺母均連接在絲杠上；其中一個(gè)絲杠螺母上設(shè)置有預(yù)緊螺母，另一個(gè)絲杠螺母與預(yù)緊螺母之間連接有沿周向均勻分布的超磁致伸縮致動器，每個(gè)超磁致伸縮致動器的一端設(shè)置一個(gè)力傳感器。預(yù)緊螺母用于設(shè)置雙螺母滾珠絲杠副的初始預(yù)緊力，該預(yù)緊力的大小限定在絲杠所受負(fù)載的三分之
O
[0011]所述超磁致伸縮致動器，包括導(dǎo)磁外殼、激勵線圈、線圈架和超磁致伸縮棒，線圈架內(nèi)安裝有超磁致伸縮棒，頂桿設(shè)置在超磁致伸縮棒的一端，激勵線圈纏繞在線圈架上，超磁致伸縮棒處于激勵線圈內(nèi)，激勵線圈的外部套裝有套筒(以利于導(dǎo)磁)，頂桿伸出該套筒與所述力傳感器連接。
[0012]線圈架與兩個(gè)絲杠螺母之間設(shè)置有隔熱層。套筒的端部與頂桿之間設(shè)置有彈簧，以保證超磁致伸縮棒的伸縮性能。
[0013]超磁致伸縮致動器中的激勵線圈通過可控恒流源和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)與微處理器連接，力傳感器通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)與微處理器連接。
[0014]啟動作業(yè)后，由力傳感器實(shí)時(shí)測量絲杠與絲杠螺母之間預(yù)緊力的大小，若與設(shè)定的預(yù)緊力要求有偏差，則通過微處理器調(diào)節(jié)可控恒流源的輸出電流，即調(diào)節(jié)激勵線圈的電流大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)驅(qū)動磁場大小，驅(qū)動磁場的變化又使得超磁致伸縮棒產(chǎn)生伸長或縮短，從而對預(yù)緊力偏差進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力的調(diào)控。
[0015]本發(fā)明采用超磁致伸縮棒的伸縮來增大或減小絲杠和兩個(gè)螺母之間的預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)了滾珠絲杠自動預(yù)緊的目標(biāo)，為提高機(jī)械傳動的精度提供了技術(shù)保障。該裝置安全可靠，實(shí)現(xiàn)了滾珠絲杠預(yù)緊的自動化調(diào)整，保證了滾珠絲杠副傳動具有較高的動力學(xué)性能，提高了滾珠絲杠副傳動的精度保持性和可靠性。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明預(yù)緊力可控的雙螺母滾珠絲杠副的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是本發(fā)明中超磁致伸縮致動器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是本發(fā)明的預(yù)緊力控制原理示意圖。
[0019]圖中:1、絲杠，2、A絲杠螺母，3、B絲杠螺母，4、超磁致伸縮致動器，5、預(yù)緊螺母，6、力傳感器，7、平鍵，8、套筒，9、彈簧，10、頂桿，11、激勵線圈，12、線圈架，13、B端蓋，14、超磁致伸縮棒，15、隔熱層，16、A端蓋。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明的預(yù)緊力可控的雙螺母滾珠絲杠副，如圖1所示，包括絲杠I和兩個(gè)絲杠螺母(A絲杠螺母2和B絲杠螺母3)，兩個(gè)絲杠螺母均連接在絲杠上。其中的B絲杠螺母3上設(shè)置有兩個(gè)圓形的預(yù)緊螺母5。A絲杠螺母2與預(yù)緊螺母5之間連接有沿周向均勻分布的超磁致伸縮致動器4 (圖1中設(shè)置有三個(gè)，間隔120°均勻分布)，每個(gè)超磁致伸縮致動器4的一端與A絲杠螺母2之間設(shè)置一個(gè)力傳感器6。超磁致伸縮致動器4的數(shù)量可以根據(jù)絲杠I的外徑大小及所受負(fù)載確定。力傳感器6采用壓電式力傳感器，用于及時(shí)獲取預(yù)緊力的大小。預(yù)緊螺母5連接在B絲杠螺母3上，用于設(shè)置雙螺母滾珠絲杠副的初始預(yù)緊力。
[0021]超磁致伸縮致動器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括套筒8、A端蓋16、B端蓋13、彈簧9、頂桿10、激勵線圈11、線圈架12和超磁致伸縮棒14。線圈架12內(nèi)安裝有超磁致伸縮棒14，超磁致伸縮棒14的一端設(shè)置有頂桿10，為保持測力的均勻和準(zhǔn)確，每個(gè)超磁致伸縮致動器通過頂桿10與對應(yīng)的力傳感器6連接。激勵線圈11纏繞在線圈架12上，超磁致伸縮棒14處于激勵線圈11內(nèi)。激勵線圈11的外部套裝有套筒8，套筒8的兩端分別設(shè)置有A端蓋16和B端蓋13。A端蓋16與頂桿10之間設(shè)置有彈簧9，采用碟簧，以保證超磁致伸縮棒14伸縮性能。
[0022]線圈架12與A絲杠螺母2和B絲杠螺母3之間設(shè)置有隔熱層15，以此降低激勵線圈11產(chǎn)生的熱量對整個(gè)雙螺母滾珠絲杠副的影響，提高滾珠絲杠預(yù)緊的精度。隔熱層15與A絲杠螺母2和B絲杠螺母3之間設(shè)置有平鍵7。
[0023]本發(fā)明實(shí)現(xiàn)預(yù)緊力可調(diào)控的過程如下所述:
[0024]轉(zhuǎn)動預(yù)緊螺母5，使A絲杠螺母2和B絲杠螺母3壓緊，在兩個(gè)絲杠螺母與絲杠I之間形成初始的預(yù)緊力，該預(yù)緊力的大小一般限定在絲杠所受負(fù)載的三分之一左右。由于滾珠絲杠副加速啟停，或外加負(fù)載使得絲杠螺母之間的預(yù)緊力大小發(fā)生變化，為了適應(yīng)這一變化，預(yù)緊力的大小需要自動調(diào)整。調(diào)控過程如圖3所示。啟動作業(yè)后，力傳感器6實(shí)時(shí)測量絲杠I與兩個(gè)絲杠螺母間力的大小，并通過AD轉(zhuǎn)換器(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)送至微處理器，微處理器與設(shè)定的預(yù)緊力比較，若有偏差，則微處理器通過DA轉(zhuǎn)換器(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)控制可控恒流源，可控恒流源輸出的電流驅(qū)動超磁致伸縮致動棒14伸長或縮短，從而對預(yù)緊力偏差進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)雙螺母滾珠絲杠副預(yù)緊力的調(diào)控。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種預(yù)緊力可控的雙螺母滾珠絲杠副，包括絲杠和兩個(gè)絲杠螺母，兩個(gè)絲杠螺母均連接在絲杠上；其特征是，其中一個(gè)絲杠螺母上設(shè)置有預(yù)緊螺母，另一個(gè)絲杠螺母與預(yù)緊螺母之間連接有沿周向均勻分布的超磁致伸縮致動器，每個(gè)超磁致伸縮致動器的一端設(shè)置一個(gè)力傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)緊力可控的雙螺母滾珠絲杠副，其特征是:所述預(yù)緊螺母用于設(shè)置雙螺母滾珠絲杠副的初始預(yù)緊力，該預(yù)緊力的大小限定在絲杠所受負(fù)載的三分之 O
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)緊力可控的雙螺母滾珠絲杠副，其特征是:所述超磁致伸縮致動器包括導(dǎo)磁外殼、激勵線圈、線圈架和超磁致伸縮棒，線圈架內(nèi)安裝有超磁致伸縮棒，頂桿設(shè)置在超磁致伸縮棒的一端，激勵線圈纏繞在線圈架上，超磁致伸縮棒處于激勵線圈內(nèi)，激勵線圈的外部套裝有套筒，頂桿伸出該套筒與所述力傳感器連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)緊力可控的雙螺母滾珠絲杠副，其特征是:所述線圈架與兩個(gè)絲杠螺母之間設(shè)置有隔熱層。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的預(yù)緊力可控的雙螺母滾珠絲杠副，其特征是:所述套筒的端部與頂桿之間設(shè)置有彈簧。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)緊力可控的雙螺母滾珠絲杠副，其特征是:所述超磁致伸縮致動器中的激勵線圈通過可控恒流源和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器與微處理器連接，力傳感器通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器與微處理器連接。
【專利摘要】一種預(yù)緊力可控的雙螺母滾珠絲杠副，包括絲杠和兩個(gè)絲杠螺母，兩個(gè)絲杠螺母均連接在絲杠上；其中個(gè)絲杠螺母上設(shè)置有預(yù)緊螺母，另個(gè)絲杠螺母與預(yù)緊螺母之間連接有沿周向均勻分布的超磁致伸縮致動器，每個(gè)超磁致伸縮致動器的端設(shè)置個(gè)力傳感器。預(yù)緊螺母用于設(shè)置雙螺母滾珠絲杠副的初始預(yù)緊力，該預(yù)緊力的大小限定在負(fù)載的三分之。該雙螺母滾珠絲杠副采用超磁致伸縮棒的伸縮來增大或減小絲杠和兩個(gè)螺母之間的預(yù)緊力，實(shí)現(xiàn)了滾珠絲杠自動預(yù)緊，安全可靠，提高了滾珠絲杠副傳動的精度保持性和可靠性。
【IPC分類】F16H25-22, F16H57-12
【公開號】CN104565252
【申請?zhí)枴緾N201510049917
【發(fā)明人】林明星, 王慶東, 張勝, 鞠曉君
【申請人】山東大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月30日