专利名称:一种预紧可调式滚珠丝杠副摩擦力矩动态测量装置制造方法
【专利摘要】一种预紧可调式滚珠丝杠副摩擦力矩动态测量装置，包括双驱动机构，摩擦力矩测量机构、预紧力测量与调节机构分别和双驱动机构配合连接，双驱动机构的伺服电机与滚珠丝杠一端连接，直线电机布置在滚珠丝杠副正下面并与直线导轨滑板连接，摩擦力矩测量机构的上半部分与滚珠丝杠的丝母固定连接，下半部分与直线电机滑板固定连接，预紧力测量与调节机构安装在丝母上，通过圆螺母调节预紧力的大小，通过压力传感器测量预紧力的大小，本实用新型能够测量不同转速下的实时动态力矩波动情况，研究不同工况下，预紧力大小与摩擦力矩大小之间的量化关系。
【专利说明】一种预紧可调式滚珠丝杠副摩擦力矩动态测量装置
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及滚珠丝杠副动态特性测量【技术领域】，特别涉及一种预紧可调式滚珠丝杠副摩擦力矩动态测量装置。
【背景技术】
[0002]随着数控机床向高速化、精密化方向发展，这对作为机床基础功能部件之一的滚珠丝杠副提出更高的要求。但是随着速度的提升，现有的滚珠丝杠副会出现温度上升，噪声增大，定位精度下降等现象，严重情况下甚至滚珠丝杠副结构会遭到破坏，而这些都与摩擦力矩有关。因此有效解决影响滚珠丝杠副摩擦力矩的不良因素，是实现机床精密微量进给和精密高速进给的基础和前提。
[0003]滚珠丝杠副摩擦力矩极不平稳，存在较大波动，且测量重复性差，主要是因为影响因素非常多。丝杠副的结构形式、丝杠及丝母的加工精度、预紧力、内部润滑、外界环境条件以及运动状态等都会对其产生影响。
[0004]目前对于滚珠丝杠副摩擦力矩产生机理、波动原因，国内外还没有一套完整的理论，主要原因在于没有一套可靠地实验装置。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种预紧可调式滚珠丝杠副摩擦力矩动态测量装置，不仅仅可以测量不同转速下的实时动态力矩波动情况，而且可以加载不同的预紧力，研宄不同工况下，预紧力大小与摩擦力矩大小之间的量化关系，整个装置对于摩擦力矩产生机理、波动原因的分析提供了强大的实验基础。
[0006]为了达到上述目的，本实用新型采取的技术方案为:
[0007]一种预紧可调式滚珠丝杠副摩擦力矩动态测量装置，包括双驱动机构，摩擦力矩测量机构、预紧力测量与调节机构分别和双驱动机构配合连接；
[0008]所述的双驱动机构包括基座1，前轴承座16和后轴承座3安装在基座I两端，滚珠丝杠5由前轴承座16、后轴承座3支撑固定，伺服电机18安装在前轴承座16的外侧，伺服电机18输出轴通过同步带17与滚珠丝杠5 —端连接，直线电机6布置在滚珠丝杠副正下面，沿滚珠丝杠副轴向平行布置，直线导轨4布置在直线电机6的两侧，直线导轨4上面布置有直线导轨滑板7，直线导轨滑板7和直线电机6输出轴连接，在直线导轨4的一侧还平行布置有长光栅2 ；
[0009]所述的摩擦力矩测量机构整体布置在滚珠丝杠5与直线导轨滑板7之间，摩擦力矩测量机构的上半部分包括测杆12，测杆12与滚珠丝杠5的丝母11固定连接，下半部分包括底座8，底座8与直线电机滑板7固定连接，一对顶杆19与底座8上一安装孔间隙配合，一对顶杆19通过顶端夹住测杆12，测力传感器9安装在顶杆19之上，滚珠槽20黏贴在测力传感器9上，钢珠21通过硅胶固定在滚珠槽20内，一对压板10安装在底座8的两侧，与顶杆19尾部球头一端接触，一对顶杆19、测力传感器9、滚珠槽20、钢珠21、一对压板10米用沿滚珠丝杠5两侧对称布置的形式。
[0010]所述预紧力测量与调节机构包括套筒13，套筒13安装在丝母11的外侧，与双丝母11间隙配合，压力传感器14紧贴于套筒13法兰侧，圆螺母15紧贴于压力传感器14，并通过螺纹与丝母11连接。
[0011]所述的滚珠槽20内径稍微大于钢珠21直径，他们之间填充有硅胶弹性材料，
[0012]本实用新型的有益效果:本装置可以展开各个因素对摩擦力矩的实验研宄，对于国内滚珠丝杠副实现高速化、精密化有非常重要的意义。
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型整体结构示意图。
[0014]图2为摩擦力矩测量机构结构示意图。
[0015]图3为预紧力测量与调节机构结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本实用新型进行进一步描述。
[0017]参照图1，一种预紧可调式滚珠丝杠副摩擦力矩动态测量装置，包括双驱动机构，摩擦力矩测量机构、预紧力测量与调节机构分别和双驱动机构配合连接；
[0018]所述双驱动机构由基座1、伺服电机18、直线电机6、前轴承座16、后轴承座3、直线导轨4、直线导轨滑板7、同步带17以及滚珠丝杠5丝母11组成，前轴承座16和后轴承座3安装在基座I两端，滚珠丝杠5由前轴承座16、后轴承座3支撑固定，伺服电机18安装在前轴承座16的外侧，伺服电机18输出轴通过同步带17与滚珠丝杠5 —端连接，驱动滚珠丝杠5作回转运动，直线电机6布置在滚珠丝杠副正下面，沿滚珠丝杠副轴向平行布置，直线导轨4布置在直线电机6的两侧，直线导轨4上面布置有直线导轨滑板7，直线导轨滑板7和直线电机6动子连接，直线导轨滑板7能够沿着直线导轨4轴向运动，在直线导轨4的一侧还平行布置有长光栅2 ;
[0019]双驱动机构包括伺服电机驱动机构和直线电机驱动机构，伺服电机驱动机构由伺服电机18、同步带17、前轴承座16、后轴承座3、滚珠丝杠5、及丝母11组成，以伺服电机18内部旋转变压器为角运动编码器，形成一个半闭环运动系统来控制滚珠丝杠5的旋转运动；直线电机机构由直线电机6、直线电机滑板7、长光栅2组成，形成一个全闭环运动系统来控制直线电机滑板7的轴向运动，测量时，滚珠丝杠5每旋转一圈，直线电机滑板7轴向运动一个导程的距离，伺服电机18和直线电机6之间采用电子齿轮的控制方式运动，这种设计保证力摩擦力矩测量机构上部分和下部分沿轴向的同步运动。
[0020]参照图2，所述的摩擦力矩测量机构整体布置在滚珠丝杠5与直线导轨滑板7之间，摩擦力矩测量机构由测杆12、底座8、顶杆19、压板10、测力传感器9、滚珠槽20、钢珠21组成，上半部分包括测杆12，测杆12与滚珠丝杠5的丝母11通过螺钉固定连接，下半部分包含底座8、以及成对的顶杆19、压板10、测力传感器9、滚珠槽20及钢珠21，底座8与直线电机滑板7固定连接，一对顶杆19与底座8上一安装孔间隙配合，一对顶杆19通过顶端夹住测杆12，测力传感器9安装在顶杆19之上，滚珠槽20通过胶水黏贴在测力传感器9上，钢珠21通过硅胶固定在滚珠槽20内，压板10安装在底座8的两侧，与顶杆19尾部球头一端接触，通过螺钉调节对顶杆19的压紧力，一对顶杆19、测力传感器9、滚珠槽20、钢珠21、一对压板10米用沿滚珠丝杠5两侧对称布置的形式。
[0021]这种方法为摩擦力矩的间接测量法，通过测量作用在丝母11轴向的力值以及力臂值，两者相乘即为所要测的摩擦力矩值，采用两个测力传感器9对称布置的形式可以测量滚珠丝杠5的正反转摩擦力矩，测量之前会在两个测力传感器9之间加载一定的预紧力，只要读出每个测力传感器的相对变化值即可算出摩擦力矩。
[0022]摩擦力矩测量机构分为上、下两部分，上部分由伺服电机驱动机构驱动，下部分由直线电机驱动机构驱动，由于上部分为半闭环控制，而下部分为全闭环控制，两者在轴向位移上定会有微小位移差，因此必须有一个中间环节来解决这一问题，否则测力传感器9比会受到一个横向力，横向力会导致测量数据不准确甚至损坏测力传感器。因此在测杆和测力传感器之间设置有滚珠槽20和钢珠21，在滚珠槽20内径稍微大于钢珠21直径，他们之间填充有硅胶弹性材料，这种设计不仅保证了钢珠与测杆之间的可靠接触，最重要的是消除了因为位移差导致的横向力。
[0023]参照图3，所述预紧力测量与调节机构包括套筒13、压力传感器14、圆螺母15，套筒13安装在丝母11的外侧，与双丝母11间隙配合，压力传感器14紧贴于套筒13法兰侧，圆螺母15紧贴于压力传感器14，并通过螺纹与丝母11连接，通过圆螺母15调节双丝母11之间的距离，进而调节预紧力，预紧力的大小可通过压力传感器14测量出来。
[0024]本装置采用双螺母螺纹预紧的方式，压力传感器14夹在套筒13和圆螺母15之间，采用这种方式，不仅可以方便测量双螺母之间的预紧力，同时可以方便预紧力的调节。
【权利要求】
1.一种预紧可调式滚珠丝杠副摩擦力矩动态测量装置，包括双驱动机构，摩擦力矩测量机构、预紧力测量与调节机构分别和双驱动机构配合连接，其特征在于: 所述的双驱动机构包括基座(I)，前轴承座(16)和后轴承座(3)安装在基座(I)两端，滚珠丝杠(5)由前轴承座(16)、后轴承座(3)支撑固定，伺服电机(18)安装在前轴承座(16)的外侧，伺服电机(18)输出轴通过同步带(17)与滚珠丝杠(5) —端连接，直线电机(6)布置在滚珠丝杠副正下面，沿滚珠丝杠副轴向平行布置，直线导轨(4)布置在直线电机(6)的两侧，直线导轨(4)上面布置有直线导轨滑板(7)，直线导轨滑板(7)和直线电机(6)输出轴连接，在直线导轨⑷的一侧还平行布置有长光栅(2); 所述的摩擦力矩测量机构整体布置在滚珠丝杠(5)与直线导轨滑板(7)之间，摩擦力矩测量机构的上半部分包括测杆(12)，测杆(12)与滚珠丝杠(5)的丝母(11)固定连接，下半部分包括底座(8)，底座(8)与直线电机滑板(7)固定连接，一对顶杆(19)与底座(8)上一安装孔间隙配合，一对顶杆(19)通过顶端夹住测杆(12)，测力传感器(9)安装在顶杆(19)之上，滚珠槽(20)黏贴在测力传感器(9)上，钢珠(21)通过硅胶固定在滚珠槽(20)内，一对压板(10)安装在底座(8)的两侧，与顶杆(19)尾部球头一端接触，一对顶杆(19)、测力传感器(9)、滚珠槽(20)、钢珠(21)、一对压板(10)采用沿滚珠丝杠(5)两侧对称布置的形式； 所述预紧力测量与调节机构包括套筒(13)，套筒(13)安装在丝母(11)的外侧，与双丝母(11)间隙配合，压力传感器(14)紧贴于套筒(13)法兰侧，圆螺母(15)紧贴于压力传感器(14)，并通过螺纹与丝母(11)连接。2.根据权利要求1所述的一种预紧可调式滚珠丝杠副摩擦力矩动态测量装置，其特征在于:所述的滚珠槽(20)内径稍微大于钢珠(21)直径，他们之间填充有硅胶弹性材料。
【文档编号】G01L5-00GK204269365SQ201420769529
【发明者】李海涛, 郭俊杰, 杜红枫, 侯忠强, 王兴 [申请人]西安交通大学