一種滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩的測(cè)量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩的測(cè)量裝置，它包括：一底板；兩直線導(dǎo)軌，每一直線導(dǎo)軌上分別設(shè)置有兩滑塊；一滾珠絲杠，其兩端通過(guò)一固定支撐座和一浮動(dòng)支撐座轉(zhuǎn)動(dòng)支撐在位于兩直線導(dǎo)軌中間的底板上；一扭矩傳感器，其一端通過(guò)一聯(lián)軸器連接滾珠絲杠支撐在固定支撐座的一端；一伺服電機(jī)，其輸出軸通過(guò)一聯(lián)軸器連接扭矩傳感器；一移動(dòng)平臺(tái)；以及兩摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)，其分別設(shè)置于絲杠螺母座的兩側(cè)，每一摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)包括一懸臂，懸臂的末端設(shè)置有一連接套，連接套通過(guò)一豎直方向的直線軸承連接一滑動(dòng)桿，滑動(dòng)桿的另一端連接一壓力傳感器滑動(dòng)桿上套置有一彈簧，壓力壓力傳感器的底部連接一萬(wàn)向球，萬(wàn)向球的底部接觸一平行于滾珠絲杠的直線平板，直線平板緊固連接于底板上。
【專利說(shuō)明】一種滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩的測(cè)量裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測(cè)量裝置，具體涉及一種滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩的測(cè)量裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]滾珠絲杠是數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵功能部件，其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響數(shù)控機(jī)床的整體性能，隨著數(shù)控機(jī)床向高速化、高精度化、復(fù)合化與環(huán)?；较虬l(fā)展，用戶對(duì)滾珠絲杠的性能要求越來(lái)越高，需要滾珠絲杠具有導(dǎo)向傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)平穩(wěn)，同步性好，精度保持性好，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。由于滾珠絲杠的各項(xiàng)性能直接影響數(shù)控機(jī)床的定位精度和加工質(zhì)量，因此在加工制造和使用滾珠絲杠過(guò)程中應(yīng)保證其具有優(yōu)異的性能，同時(shí)需要對(duì)滾珠絲杠相關(guān)性能參數(shù)進(jìn)行高精、高效的可靠測(cè)量，以進(jìn)一步為研究數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)的性能提供保證。在滾珠絲杠的性能中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和摩擦力矩是較為關(guān)鍵的兩個(gè)參數(shù)。
[0003]轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是表征轉(zhuǎn)動(dòng)物體慣性大小的物理量，是研究、設(shè)計(jì)、控制轉(zhuǎn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的重要工程技術(shù)參數(shù)。在進(jìn)給系統(tǒng)中，負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量與電機(jī)轉(zhuǎn)軸慣量之比是比較重要的參數(shù)，會(huì)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性帶來(lái)一定的影響。目前，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量測(cè)量方式有在線測(cè)量和離線測(cè)量?jī)煞N，在線測(cè)量是指在被測(cè)系統(tǒng)或物體處于工作狀態(tài)下進(jìn)行測(cè)量，離線測(cè)量則相反。在線測(cè)量常采用的方法主要有瞬時(shí)轉(zhuǎn)速法和測(cè)功率等，但是這些方法測(cè)量精度有限，測(cè)量誤差相對(duì)較大。離線測(cè)量主要用于靜態(tài)測(cè)量物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，測(cè)量精度相對(duì)較高，離線測(cè)量方法很多，常用的有三線擺、扭振、落體法等，其中，三線擺法只適用于形狀對(duì)稱、質(zhì)量小的物體，扭振法測(cè)量設(shè)備復(fù)雜、操作不便，落體法受阻尼影響較大、精度較低。
[0004]滾摩擦力矩特性是滾珠絲杠加工質(zhì)量、設(shè)計(jì)參數(shù)及性能的一項(xiàng)綜合機(jī)械工作性能指標(biāo)。珠絲杠的摩擦力產(chǎn)生機(jī)理比較復(fù)雜，其產(chǎn)生是多種因素綜合作用的結(jié)果。它不僅與絲杠本身的結(jié)構(gòu)尺寸、幾何精度、材料及熱處理性能有關(guān)，還與工作載荷、裝配精度、調(diào)整預(yù)緊方法、反向器選擇、潤(rùn)滑條件及環(huán)境參數(shù)有關(guān)。摩擦力矩的波動(dòng)直接影響到溫度以及振動(dòng)的變化，測(cè)量摩擦力矩的大小，分析找出摩擦力矩波動(dòng)的原因，是實(shí)現(xiàn)精密微量進(jìn)給和精密高速進(jìn)給的基礎(chǔ)和前提。目前，工廠中大多采取由操作工靠手感來(lái)簡(jiǎn)單判斷摩擦力矩的大小。此外，現(xiàn)有的摩擦力矩動(dòng)態(tài)測(cè)量?jī)x等儀器在功能、精度等方面也存在許多不足之處，還沒(méi)有出現(xiàn)用于測(cè)量滾珠絲杠摩擦力矩大小的有效測(cè)量裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種能夠精確測(cè)量滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和摩擦力矩的滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩的測(cè)量裝置。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:一種滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩的測(cè)量裝置，其特征在于，它包括:一底板；兩直線導(dǎo)軌，其平行間隔設(shè)置在所述底板頂部，每一所述直線導(dǎo)軌上分別設(shè)置有兩滑塊；一滾珠絲杠，其兩端通過(guò)一固定支撐座和一浮動(dòng)支撐座轉(zhuǎn)動(dòng)支撐在位于兩所述直線導(dǎo)軌中間的所述底板上，所述滾珠絲杠上連接有一絲杠螺母，所述絲杠螺母上緊固連接一絲杠螺母座；一扭矩傳感器，其通過(guò)一傳感器基座固定在所述底板上，且所述扭矩傳感器的一端通過(guò)一聯(lián)軸器連接所述滾珠絲杠支撐在所述固定支撐座的一端；一伺服電機(jī)，其通過(guò)一電機(jī)座固定在所述底板上，且所述伺服電機(jī)的輸出軸通過(guò)一聯(lián)軸器連接所述扭矩傳感器；一移動(dòng)平臺(tái)，其底面緊固連接所述絲杠螺母座和位于兩所述直線導(dǎo)軌上的所述滑塊；以及兩摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)，其分別設(shè)置于所述絲杠螺母座的兩側(cè)，每一所述摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)包括一緊固連接在所述絲杠螺母座一側(cè)的懸臂，所述懸臂的末端設(shè)置有一連接套，所述連接套通過(guò)一豎直方向的直線軸承連接一滑動(dòng)桿的一端，所述滑動(dòng)桿的另一端連接一壓力傳感器的頂部，所述滑動(dòng)桿上套置有一彈簧，所述彈簧的一端抵在所述直線軸承的底部，另一端抵在滑動(dòng)桿的端部，所述壓力壓力傳感器的底部連接一萬(wàn)向球，所述萬(wàn)向球的底部接觸一平行于所述滾珠絲杠的直線平板，所述直線平板緊固連接于所述底板上。
[0007]在所述滾珠絲杠支撐在浮動(dòng)支撐座的一端設(shè)置一慣量匹配機(jī)構(gòu)，所述慣量匹配機(jī)構(gòu)包括一與所述滾珠絲杠一端連接的聯(lián)軸器，所述聯(lián)軸器的另一端與一連接桿的一端連接，所述連接桿通過(guò)一另一浮動(dòng)支撐座固定在所述底板上，位于所述另一浮動(dòng)支撐座外側(cè)的所述連接桿上依次套置一端板、若干配重盤和一端蓋后由一螺母鎖緊。
[0008]在所述端板上均勻設(shè)置兩螺紋孔，在每一所述配重盤上設(shè)置兩螺紋孔和兩沉孔，并且每一所述配重盤上的兩所述沉孔通過(guò)螺釘與相鄰所述配重盤上的兩所述螺紋孔連接，與所述端板相鄰的所述配重盤上的兩所述沉孔通過(guò)螺釘與所述端板上的兩所述螺紋孔連接。
[0009]本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn):1、本發(fā)明通過(guò)伺服電機(jī)進(jìn)行控制，配合扭矩傳感器可以實(shí)現(xiàn)不同負(fù)載和工況下轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的測(cè)量，并且有利于保證本發(fā)明運(yùn)動(dòng)速度穩(wěn)定，測(cè)量結(jié)果可靠。2、本發(fā)明分別通過(guò)扭矩傳感器和壓力傳感器進(jìn)行測(cè)量信號(hào)的采集，可以實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)記錄和保存，以便后續(xù)的處理和使用。3、本發(fā)明設(shè)置了慣量匹配裝置，可以用于研究轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的匹配特性，使得本發(fā)明既可以測(cè)量滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，也可以測(cè)量帶負(fù)載及配重情況下的進(jìn)給系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，即可以改變負(fù)載慣量比，且配重裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，拆卸方便。4、本發(fā)明采用了兩個(gè)相同的摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)，通過(guò)將摩擦轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換為壓力進(jìn)行間接測(cè)量，可以保證所測(cè)值為絲杠摩擦力矩值，而不引入其他的摩擦力矩，避免了其它力矩的影響。5、本發(fā)明采用了萬(wàn)向球與直線平板進(jìn)行接觸，可以消除該測(cè)量裝置安裝誤差對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，而且通過(guò)直線軸承進(jìn)行導(dǎo)向，以保證滑動(dòng)桿運(yùn)動(dòng)摩擦力小，有利于提高測(cè)量的靈敏度。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0011]圖2是圖1略去移動(dòng)平臺(tái)后的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖3是本發(fā)明摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)分解示意圖；
[0013]圖4是本發(fā)明慣量匹配機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分解示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。[0015]如圖1、圖2所示，本發(fā)明包括一底板1，在底板I的頂面平行間隔設(shè)置兩直線導(dǎo)軌2，每一直線導(dǎo)軌2上分別設(shè)置有兩滑塊3。在兩直線導(dǎo)軌2的中間平行安裝有一滾珠絲杠
4,滾珠絲杠4的一端轉(zhuǎn)動(dòng)支撐在一固定支撐座5上,另一端轉(zhuǎn)動(dòng)支撐在一浮動(dòng)支撐座6上(此處為一種滾珠絲杠4安裝時(shí)的常規(guī)設(shè)置，即兩個(gè)支撐座中，其一與滾珠絲杠4軸向不可動(dòng)，另一與滾珠絲杠4軸向可滑動(dòng))。固定支撐座5和浮動(dòng)支撐座6均緊固連接在底板I上。滾珠絲杠4支撐在固定支撐座5的一端通過(guò)一聯(lián)軸器7連接一扭矩傳感器8的一端，扭矩傳感器8通過(guò)一傳感器基座9固定在底板I上，扭矩傳感器8的另一端通過(guò)一聯(lián)軸器10連接一伺服電機(jī)11的輸出軸，伺服電機(jī)11通過(guò)一電機(jī)座12固定在底板I上。在滾珠絲杠4上連接有一絲杠螺母13，絲杠螺母13上緊固連接一絲杠螺母座14，絲杠螺母座14的頂面緊固連接一移動(dòng)平臺(tái)15的底面，移動(dòng)平臺(tái)15的底面與位于兩直線導(dǎo)軌2上的四個(gè)滑塊3緊固連接。
[0016]在絲杠螺母座14的兩側(cè)分別設(shè)置一摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)。如圖3所示，每一摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)包括一緊固連接在絲杠螺母座14 一側(cè)的懸臂16，懸臂16的末端設(shè)置有一連接套17，連接套17過(guò)盈配合連接一豎直方向的直線軸承18，直線軸承18的內(nèi)壁緊固連接一滑動(dòng)桿19的一端，滑動(dòng)桿19的另一端連接一壓力傳感器20的頂部?；瑒?dòng)桿19與壓力傳感器20連接的一端設(shè)置有一端部擋片191，滑動(dòng)桿19上套置有一彈簧21，彈簧21的一端抵在直線軸承18的底部，另一端抵在滑動(dòng)桿19端部擋片191的頂部。壓力傳感器20的底部連接一萬(wàn)向球22，萬(wàn)向球22的底部接觸一平行于滾珠絲杠4的直線平板23，直線平板23緊固連接在底板I上。
[0017]上述實(shí)施例中，如圖1所示，還可以在滾珠絲杠4支撐在浮動(dòng)支撐座6的一端設(shè)置一慣量匹配機(jī)構(gòu)，慣量匹配機(jī)構(gòu)可以用于模擬進(jìn)給系統(tǒng)不同的慣量匹配狀態(tài)，進(jìn)而可以研究不同的慣量匹配狀態(tài)下的進(jìn)給系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性。如圖1、圖4所示，慣量匹配機(jī)構(gòu)包括一與滾珠絲杠4 一端連接的聯(lián)軸器24，聯(lián)軸器24的另一端與一連接桿25的一端連接，連接桿25通過(guò)一浮動(dòng)支撐座26固定在底板I上，位于浮動(dòng)支撐座26外側(cè)的連接桿26上依次套置一端板27、若干配重盤28和一端蓋29后由螺母30鎖緊。
[0018]上述實(shí)施例中，如圖4所示，可以在端板27上均勻設(shè)置兩螺紋孔，每一配重盤28上設(shè)置兩螺紋孔和兩沉孔，并且每一配重盤28上的兩沉孔通過(guò)螺釘與相鄰配重盤28上的兩螺紋孔連接，與端板27相鄰的配重盤28上的兩沉孔通過(guò)螺釘與端板27上的兩螺紋孔連接。
[0019]本發(fā)明的工作過(guò)程詳述如下:
[0020]本發(fā)明可以用于研究轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的匹配特性，結(jié)合慣量匹配機(jī)構(gòu)，既能夠測(cè)量滾珠絲杠4的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，也能夠測(cè)量帶負(fù)載及配重情況下的進(jìn)給系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。當(dāng)僅測(cè)量滾珠絲杠4的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量時(shí)，移動(dòng)平臺(tái)15和如圖4所示的慣量匹配機(jī)構(gòu)需拆除，伺服電機(jī)11的輸出軸旋轉(zhuǎn)，通過(guò)聯(lián)軸器10、扭矩傳感器8和聯(lián)軸器7帶動(dòng)滾珠絲杠4旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠4的旋轉(zhuǎn)將驅(qū)動(dòng)其上的絲杠螺母13沿滾珠絲杠4做軸向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)，通過(guò)測(cè)量伺服電機(jī)11的角加速度和扭矩傳感器8的數(shù)值，即可計(jì)算得到滾珠絲杠4的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為了避免系統(tǒng)隨機(jī)誤差的影響，可以進(jìn)行多次測(cè)量并運(yùn)到最小二乘法對(duì)結(jié)果進(jìn)行處理。
[0021]當(dāng)對(duì)帶負(fù)載及配置情況下的進(jìn)給系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要安裝上移動(dòng)平臺(tái)15和慣量匹配機(jī)構(gòu)，在伺服電機(jī)11通過(guò)聯(lián)軸器10、扭矩傳感器8和聯(lián)軸器7帶動(dòng)滾珠絲杠4旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，滾珠絲杠4將通過(guò)聯(lián)軸器24帶動(dòng)配重盤28旋轉(zhuǎn)，同時(shí)滾珠絲桿4上的絲杠螺母13會(huì)帶動(dòng)移動(dòng)平臺(tái)15 —同沿滾珠絲杠4做軸向運(yùn)動(dòng)。此時(shí)通過(guò)測(cè)量伺服電機(jī)11的角加速度和扭矩傳感器8的數(shù)值，即可計(jì)算得到進(jìn)給系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
[0022]本發(fā)明的另一個(gè)功能是用于測(cè)量滾珠絲桿4的摩擦力矩，當(dāng)滾珠絲杠4旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)絲杠螺母13做軸向運(yùn)動(dòng)時(shí)，絲杠螺母13將帶動(dòng)懸臂16、連接套17、直線軸承18、滑動(dòng)桿19、彈簧21、壓力傳感器20和萬(wàn)向球22同步運(yùn)動(dòng)，萬(wàn)向球22以點(diǎn)接觸在直線平板23上運(yùn)動(dòng)，因滾珠絲杠4與絲杠螺母13之間存在摩擦力矩，該摩擦力矩將會(huì)通過(guò)連接套17引起彈簧21壓縮量的變化，從而引起壓力值的變化。此時(shí)，通過(guò)壓力傳感器20可以實(shí)時(shí)進(jìn)行壓力測(cè)量，即將摩擦力矩轉(zhuǎn)換為壓力進(jìn)行間接測(cè)量，以保證所測(cè)值為滾珠絲杠4的摩擦力矩值而不引入其它的摩擦力矩。此外，為了保證彈簧21始終為壓縮狀態(tài)，首先應(yīng)使彈簧21具有一定的初始?jí)嚎s量。因彈簧21的壓縮量在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中都比較小，故應(yīng)該選擇剛度較小的彈簧，通過(guò)測(cè)量壓力傳感器20上的數(shù)值，可以得到兩個(gè)壓力值，且這兩個(gè)壓力的方向均是豎直向上的，此時(shí)通過(guò)對(duì)滾珠絲杠取矩，便可得到滾珠絲杠的摩擦力矩。
[0023]本發(fā)明僅以上述實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置、及其連接都是可以有所變化的，在本發(fā)明技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，凡根據(jù)本發(fā)明原理對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變換，均不應(yīng)排除在本發(fā)明的保護(hù)范圍之外。
【權(quán)利要求】
1.一種滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩的測(cè)量裝置，其特征在于，它包括: 一底板； 兩直線導(dǎo)軌，其平行間隔設(shè)置在所述底板頂部，每一所述直線導(dǎo)軌上分別設(shè)置有兩滑塊； 一滾珠絲杠，其兩端通過(guò)一固定支撐座和一浮動(dòng)支撐座轉(zhuǎn)動(dòng)支撐在位于兩所述直線導(dǎo)軌中間的所述底板上，所述滾珠絲杠上連接有一絲杠螺母，所述絲杠螺母上緊固連接一絲杠螺母座； 一扭矩傳感器，其通過(guò)一傳感器基座固定在所述底板上，且所述扭矩傳感器的一端通過(guò)一聯(lián)軸器連接所述滾珠絲杠支撐在所述固定支撐座的一端； 一伺服電機(jī)，其通過(guò)一電機(jī)座固定在所述底板上，且所述伺服電機(jī)的輸出軸通過(guò)一聯(lián)軸器連接所述扭矩傳感器； 一移動(dòng)平臺(tái)，其底面緊固連接所述絲杠螺母座和位于兩所述直線導(dǎo)軌上的所述滑塊；以及 兩摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)，其分別設(shè)置于所述絲杠螺母座的兩側(cè)，每一所述摩擦力矩測(cè)量機(jī)構(gòu)包括一緊固連接在所述絲杠螺母座一側(cè)的懸臂，所述懸臂的末端設(shè)置有一連接套，所述連接套通過(guò)一豎直方向的直線軸承連接一滑動(dòng)桿的一端，所述滑動(dòng)桿的另一端連接一壓力傳感器的頂部，所述滑動(dòng)桿上套置有一彈簧，所述彈簧的一端抵在所述直線軸承的底部，另一端抵在滑動(dòng)桿的端部，所述壓力壓力傳感器的底部連接一萬(wàn)向球，所述萬(wàn)向球的底部接觸一平行于所述滾珠絲杠的直線平板，所述直線平板緊固連接于所述底板上。
2.如權(quán)利要求1所述的一種滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩的測(cè)量裝置，其特征在于，在所述滾珠絲杠支撐在浮動(dòng)支撐座的一端設(shè)置一慣量匹配機(jī)構(gòu)，所述慣量匹配機(jī)構(gòu)包括一與所述滾珠絲杠一端連接的聯(lián)軸器，所述聯(lián)軸器的另一端與一連接桿的一端連接，所述連接桿通過(guò)一另一浮動(dòng)支撐座固定在所述底板上，位于所述另一浮動(dòng)支撐座外側(cè)的所述連接桿上依次套置一端板、若干配重盤和一端蓋后由一螺母鎖緊。
3.如權(quán)利要求2所述的一種滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及摩擦力矩的測(cè)量裝置，其特征在于，在所述端板上均勻設(shè)置兩螺紋孔，在每一所述配重盤上設(shè)置兩螺紋孔和兩沉孔，并且每一所述配重盤上的兩所述沉孔通過(guò)螺釘與相鄰所述配重盤上的兩所述螺紋孔連接，與所述端板相鄰的所述配重盤上的兩所述沉孔通過(guò)螺釘與所述端板上的兩所述螺紋孔連接。
【文檔編號(hào)】G01L3/00GK103900813SQ201410165576
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】李鐵民, 姜峣, 杜云松, 張亮亮, 吳軍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)