流量控制器的刚度测试装置的制作方法

1.本技术涉及测试装置技术领域，具体而言，涉及一种流量控制器的刚度测试装置。


背景技术：

2.流量控制器应用于精密机床导轨和静压回转元件中，以实现高的运动精度要求，进而影响机床的加工精度。而高精度的保证，取决于同个导轨或回转元件中流量控制器输出流量的一致性和油膜刚度的好差。
3.流量控制器的刚度一般为1500n/μm，现有的测试方法是将流量控制器安装在标准导轨上并进行加载测试，每次加载500n，加载30次以上，实验人员进行读数记录，最终生成对应压流特性曲线和刚度曲线，这样的测试方法流量控制器拆装繁琐，加载力较大，使用便利性差，实验效率低。


技术实现要素：

4.本技术的主要目的在于提供一种流量控制器的刚度测试装置，该测试装置能够对流量控制器的刚度进行测试，操作简单，加载方便。
5.根据本技术实施例的一个方面，提供了一种流量控制器的刚度测试装置，包括：
6.实验台，所述实验台上设置有安装部，所述安装部用于对待测试的流量控制器进行安装；
7.测试组件，所述测试组件包括底座、导向油路块、顶杆以及加压机构，其中，
8.所述底座安装在所述实验台上，所述底座上设置有进油通道，所述进油通道的第一端用于与所述流量控制器的液压油出口连通；
9.所述导向油路块安装在所述底座上，所述导向油路块靠近所述底座的一侧设置有第一凹槽，所述导向油路块上设置有安装孔和出油孔，所述安装孔沿所述导向油路块的高度方向延伸并与所述第一凹槽连通，所述出油孔与所述第一凹槽连通；
10.所述顶杆安装在所述安装孔内，且所述顶杆的底端面与所述底座之间围设形成静压腔，所述进油通道的第二端与所述静压腔连通；
11.所述加压机构安装于所述底座上以用于对所述顶杆施加轴向压力。
12.进一步地，所述底座上设置有圆形凸台，所述圆形凸台的顶面与所述顶杆的底端面围设形成所述静压腔，所述进油通道的第二端与所述圆形凸台的顶面的圆心处。
13.进一步地，所述顶杆上设置有储油空间。
14.进一步地，所述加压机构包括：
15.立柱，所述立柱固定安装在所述底座上并位于所述导向油路块的外侧；
16.加压杆，所述加压杆上设置有加压位置，所述加压位置与所述加压杆的两端均间隔预定距离，所述加压位置位于所述顶杆的顶部，所述加压杆的第一端可转动地连接在所述立柱的顶端，所述加压杆的第二端设置有勾挂部；
17.加压砝码，所述加压砝码为多个，多个所述加压砝码可拆卸地安装在所述勾挂部
上。
18.进一步地，所述加压杆的顶端设置有y型接头，所述y型接头的内侧设置有连接横梁，所述加压位置设置有卡止在所述连接横梁上的攻牙。
19.进一步地，所述底座和所述导向油路块两者之一上设置有环形限位凸起，两者另一上设置有与所述环形限位凸起相适配的环形限位凹槽，且所述安装孔、所述环形限位凸起、所述环形限位凹槽与所述圆形凸台同轴设置。
20.进一步地，所述底座和所述导向油路块之间设置有密封圈，所述密封圈围设在所述环形限位凸起的外周。
21.进一步地，所述流量控制器的刚度测试装置还包括位移检测元件，所述位移检测元件设置于导向油路块以检测所述顶杆的位移。
22.进一步地，所述进油通道的进油端设置有压力检测元件，所述出油孔的出油端设置有流量检测元件。
23.进一步地，所述流量控制器的刚度检测装置还包括处理器，所述处理器与所述位移检测元件、所述压力检测元件以及所述流量检测元件均通讯连接以用于生成所述流量控制器的压流特性曲线图和压力位移曲线图。
24.相对于现有技术而言，本技术的技术方案至少具备如下技术效果：
25.当需要对流量控制器进行刚度测试时，只需要将流量控制器安装在安装部上，然后利用管道等将流量控制器的液压油出口与进油通道连通。此后，利用供油系统对流量控制器供油，从流量控制器的液压油出口流出的油液可以从进油通道进入至静压腔内。在此过程中，通过加压机构的作用，可以逐步对顶杆施加压力，从而可以模拟导轨等结构工作下的加载过程中，加压过程中，通过对顶杆的位移进行检测，即可测量得到流量控制器的刚度。相对于现有技术中将流量控制器安装在标准导轨上进行加载测试的方式而言，本发明中的刚度测试装置采用加压机构对顶杆进行加压的方式的加压过程更加方便，拆装更加容易，能够提高流量控制器的测试效率。
附图说明
26.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
27.图1为本技术实施例公开的流量控制器的刚度测试装置的结构示意图；
28.图2是图1中的n区域的放大图；
29.图3为本技术实施例公开的测试组件的结构示意图；
30.图4为本技术实施例公开的测试组件的剖视图；
31.图5是图4中的m区域的放大图；
32.图6是图5中的i区域的放大图；
33.图7是本技术实施例公开的测试装置进行流量测试时的液压油路原理图；
34.图8是本技术实施例公开的测试装置进行刚度测试时的液压油路原理图；
35.图9是流量控制器安装在标注导轨上时的静压腔部分的主视图；
36.图10是本技术实施例公开的测试装置中的静压腔部分的主视图。
37.其中，上述附图包括以下附图标记：
38.10、实验台；11、安装部；20、测试组件；21、底座；211、进油通道；212、圆形凸台；213、环形限位凸起；22、导向油路块；221、第一凹槽；222、安装孔；223、出油孔；224、环形限位凹槽；23、顶杆；231、储油空间；232、y型接头；233、连接横梁；24、加压机构；241、立柱；242、加压杆；2421、勾挂部；2422、加压位置；243、加压砝码；30、密封圈；40、压力检测元件；201、静压腔；50、流量检测元件；60、处理器；70、流量控制器；71、液压油出口；90、油箱；100、第一滤油器；110、第二滤油器；120、溢流阀；130、节流阀；140、位移检测元件；150、液压泵。
具体实施方式
39.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
40.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
41.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
42.参见图1至图6所示，根据本技术的实施例，提供了一种流量控制器的刚度测试装置。下称刚度测试装置，该刚度测试装置包括实验台10和测试组件20。
43.其中，实验台10上设置有安装部11，该安装部11用于对待测试的流量控制器70进行安装；该测试组件20包括底座21、导向油路块22、顶杆23以及加压机构24。
44.具体来说，本实施例中的底座21安装在实验台10上，该底座21上设置有进油通道211，该进油通道211的第一端用于与流量控制器70的液压油出口71连通；导向油路块22安装在底座21上，该导向油路块22靠近底座21的一侧设置有第一凹槽221，该导向油路块22上设置有安装孔222和出油孔223，该安装孔222沿导向油路块22的高度方向延伸并与第一凹槽221连通，出油孔223与第一凹槽221连通；顶杆23安装在安装孔222内，且顶杆23的底端面与底座21之间围设形成静压腔201，进油通道211的第二端与静压腔201连通；加压机构24安装于底座21上以用于对顶杆23施加轴向压力。
45.当需要对流量控制器70进行刚度测试时，只需要将流量控制器70安装在安装部11上，然后利用管道等将流量控制器70的液压油出口71与进油通道211连通。此后，利用供油系统对流量控制器70供油，从流量控制器70的液压油出口71流出的油液可以从进油通道211进入至静压腔201内。在此过程中，通过加压机构24的作用，可以逐步对顶杆23施加压力，从而可以模拟导轨等结构工作下的加载过程中，加压过程中，通过对顶杆23的位移进行检测，即可测量得到流量控制器70的刚度。相对于现有技术中将流量控制器70安装在标准
导轨上进行加载测试的方式而言，本实施例中的刚度测试装置采用加压机构24对顶杆23进行加压的方式的加压过程更加方便，拆装更加容易，能够提高流量控制器70的测试效率。
46.参见图1所示，本实施例中的实验台10为一个平台结构，该平台结构可以是由支架支撑的平台结构，还可以是由支撑板等搭建的平台结构，只要是便于对测试组件20和流量控制器70进行支撑和安装的平台结构均可，本技术中不作具体的限定。安装部11可以是安装凹槽，也可以是安装孔等结构，只要是能够对流量控制器70进行支撑和安装即可。
47.参见图3至图6所示，本实施例中的底座21为一块板状结构，该板状结构可以圆形板、方形板或者其他异形板状结构，只要是可以对导向油路块22、顶杆23以及加压机构24进行支撑和安装的其他变形方式，均在本技术的保护范围之内。实际安装时，底座21可以通过螺钉、销钉、卡扣等结构固定在实验台10上，只要是在本技术的构思下的其他变形方式，均在本技术的保护范围之内。
48.本实施例中的底座21上设置有圆形凸台212，该圆形凸台212的顶面与顶杆23的底端面之间围设形成静压腔201，进油通道211的第二端位于圆形凸台212的顶面的圆心处。如此设置，当将流量控制器70与进油通道211连通之后，从流量控制器70流出的油液可以均匀地进入至静压腔201内，可以提高流量控制器70的测试精度。
49.参见图9和图10所示，本实施例中的静压腔201的设计满足如下关系：
[0050][0051][0052][0053]
其中，l1、b1分别为流量控制器70接在标注导轨上形成的长方形静压腔的油垫的长度和宽度，l2、b2分别为流量控制器70接在标注导轨上形成的长方形静压腔的长度和宽度，le、be分别为流量控制器70接在标注导轨上形成的长方形静压腔的有效承载面积的长度和宽度，r1为本技术的实施例中的静压腔201的半径，r2为本实施例中的静压腔201的油垫的半径，re为本技术实施例中的静压腔201的有效承载面积的半径。本技术中通过使静压腔201的设计满足上述关系式，可以将流量控制器70接在标注导轨上时的方形静压腔等效换算缩放为测试组件20中的圆形静压腔201，进而可以大大减小顶杆23的加压难度。
[0054]
进一步地，本实施例中的导向油路块22可以设置为棱柱形块状结构，还可以设置为圆柱形块状结构或者其他异形块状结构等。导向油路块22的高度方向上设置有前述的安装孔222，实际安装时，顶杆23与安装孔222之间为间隙配合，且顶杆23与安装孔222之间的配合间隙小于0.1mm，如此设置，当利用加压机构24对顶杆23进行加压时，顶杆23可以顺畅地在安装孔222内运动。
[0055]
进一步地，本实施例中的顶杆23长径比为1:8，结构稳定可靠，顶杆23的底端面与底座21的接触面需对研，即顶杆23的底端面与圆形凸台212对研，保证两者接触时可以实现接触时无间隙，保证使用时两面的平行度，保证实验的可靠性。
[0056]
进一步地，本实施例中的顶杆23上设置有储油空间231，通过该储油空间231的作用，可以对进入至安装孔222与顶杆23之间的油液进行存储，防止油液从安装孔222的顶端发生泄漏。可选地，本实施例中的储油空间231可以是储油孔，也可以是储油槽等结构。本技术中的图4和图5中示出了储油空间231为储油槽时的情况，该储油槽为环形储油槽，该环形
储油槽沿顶杆23的外周设置，结构简单，便于加工。可选地，本实施例中的储油空间231可以设置为一个，也可以设置为两个或者两个以上，本技术的附图中示出了储油空间231为多个时的情况，该多个储油空间231沿顶杆23的长度方向间隔设置，可以存储更多的油液，能够进一步避免漏油现象的出现。
[0057]
再次参见图1至图6所示，本实施例中的加压机构24包括立柱241、加压杆242以及加压砝码243。其中，立柱241固定安装在底座21上并位于导向油路块22的外侧；加压杆242上设置有加压位置2422，该加压位置2422与加压杆242的两端均间隔预定距离，加压位置2422位于顶杆23的顶部，该加压杆242的第一端可转动地连接在立柱241的顶端，加压杆242的第二端设置有勾挂部2421；加压砝码243为多个，该多个加压砝码243可拆卸地安装在勾挂部2421上。当需要对顶杆23进行加压时，只需要将加压砝码243挂在勾挂部2421上即可对加压杆242施加压力，结构简单，便于实现。当需要加载不同的压力时，只需要选择不同的加压砝码243挂在勾挂部2421上即可。
[0058]
进一步地，本实施例中的加压位置2422至加压杆242的第一端的长度l1小于加压位置2422至加压杆242的第二端的长度l2。如此设置，只需要在勾挂部2421挂很少的加压砝码243即可对顶杆23施加很大的压力，能够降低流量控制器70测试过程中的加压难度，提高流量控制器70的刚度测试效率。
[0059]
由于流量控制器70在实验标准导轨中的刚度达1500n/μm，传统测试方式每次加载500n，加载至15000n，这样的加载力大且操作过程繁琐，为了降低流量控制器70测试过程中的加载难度，减小加载力大小、简化操作为，本实施例中的加压位置2422至加压杆242的第一端的长度l1与加压位置2422至加压杆242的第二端的长度l2之比为1:3，此时，加压杆242与顶杆23形成一个杠杆，运用杠杆原理，再次缩小实验加载力的大小，受力支点(加压杆242的第二端)离旋转原点(加压杆242的第一端)为4l，顶杆23位置离原点(加压杆242的第一端)位置为l,根据力矩平衡公式可知，加压砝码243的重量为g时，顶杆23受力f＝4g，故加载1/4的力即可达到原直接加载的效果。
[0060]
为了对加压杆242进行定位，本实施例中的加压杆242的顶端设置有y型接头232，y型接头232的内侧设置有连接横梁233，加压位置2422设置有卡止在连接横梁233上的攻牙(图中未示出)。加压位置2422通过攻牙咬合在连接横梁233上，可以对加压杆242进行定位，进而可以提高加压机构24对顶杆23的加压稳定性。当然，在本技术的其他实施方式，加压杆242还可以通过转轴等结构可转动地连接在顶杆23上，只要是在本技术的构思下的其他变形方式，均在本技术的保护范围之内。连接横梁233通过销轴固定于y型接头232中间，可绕y型接头232中心支点旋转，为保证顶杆23能够小位移上下运动，避免过定位约束，在连接横梁233与y型接头232配合处的开孔要稍大一点，即配合方式为间隙配合，连接横梁233端部连接勾挂部2421，该勾挂部2421可以是连接环，该连接环下挂砝码盘，加压砝码243放置在砝码盘内，使用时砝码盘不可发生大位移晃动，砝码盘上放置加压砝码243，可用于测试时的加载。
[0061]
进一步地，底座21和导向油路块22两者之一上设置有环形限位凸起213，两者另一上设置有与环形限位凸起213相适配的环形限位凹槽224，也即是说，当将环形限位凸起213设置在导向油路块22上时，则将环形限位凹槽224设置在底座21上；当将环形限位凸起213设置在底座21上时，则将环形限位凹槽224设置在导向油路块22上。通过环形限位凸起213
和环形限位凹槽224的相互配合作用，便于对导向油路块22进行限位和安装，组装好导向油路块22之后，安装孔222、环形限位凸起213、环形限位凹槽224与圆形凸台212同轴设置，便于提高流量控制器70的测试精度。
[0062]
进一步地，本实施例中的底座21和导向油路块22之间设置有密封圈30，该密封圈30围设在环形限位凸起213的外周，如此设置，可以防止静压腔201内的油液从底座21和导向油路块22之间的缝隙内流出。
[0063]
为了便于对顶杆23的位移进行检测，本实施例中的刚度测试装置还包括位移检测元件140，该位移检测元件140设置于导向油路块22，进而可以对顶杆23的位移进行检测。可选地，本实施例中的位移检测元件140可以是位移传感器等。
[0064]
进一步地，进油通道211的进油端设置有压力检测元件40，出油孔223的出油端设置有流量检测元件50，通过压力检测元件40的作用，可以对进入至进油通道211的油液的压力进行检测，通过流量检测元件50的作用，便于对被测试的流量控制器70的流量进行检测。可选地，本实施例中的压力检测元件40为压力传感器，流量检测元件50为流量传感器。
[0065]
进一步地，本实施例中的刚度检测装置还包括处理器60，该处理器60例如可以是pc机等，该处理器60与位移检测元件140、压力检测元件40以及流量检测元件50均通讯连接以用于生成流量控制器70的压流特性曲线图和压力位移曲线图。
[0066]
参见图7所示，本实施例中的刚度检测装置还设置有油箱90、液压泵150、第一滤油器100、第二滤油器110、溢流阀120以及节流阀130。油箱90、液压泵150、第一滤油器100、第二滤油器110、溢流阀120以及节流阀130之间通过软管连接，具体的连接方式如图7所示。实际工作时，液压泵150工作，油液可以从油箱90经第一滤油器100进入至液压泵150，然后经过第二滤油器110进入至流量控制器70，通过节流阀130后返回至油箱90内。流量控制器70与节流阀130之间设置有压力检测元件40，通过该压力检测元件40的作用，可以对从流量控制器70流出的油液的压力进行检测。节流阀130与油箱90之间设置有流量检测元件50，通过该流量检测元件50的作用，便于对流量控制器70的流量进行检测，此后，通过处理器60的作用，可以生成流量控制器70的压流特性曲线图。
[0067]
参见图8所示，本实施例中的刚度检测装置还设置有油箱90、液压泵150、第一滤油器100、第二滤油器110、溢流阀120以及流量检测元件50。实际工作时，液压泵150工作，油液可以从油箱90经第一滤油器100进入至液压泵150，然后经过第二滤油器110进入至流量控制器70，经过测试组件20、流量检测元件50后返回至油箱90内。流量控制器70与测试组件20之间设置有压力检测元件40，通过该压力检测元件40的作用，可以对从流量控制器70流出的油液的压力进行检测。测试组件20与油箱90之间设置有流量检测元件50，通过该流量检测元件50的作用，便于对流量控制器70的流量进行检测，测试组件20上设置有位移检测元件140，通过该位移检测元件140的作用，可以对顶杆23的位移进行检测，此后，通过处理器60的作用，可以生成流量控制器70的压力位移曲线图。
[0068]
以32bar流量控制器70为例，进行刚度测试时，通过增减加压砝码243(每次最小可增加2.5n)，即可改变流量控制器70的液压油出口71的压力大小：(1)通过流量控制器70的节流效应，从流量控制器70的液压油出口71中排出相应压力下的流量，其中压力数值在压力检测元件40中显示，便于实验人员读取和进行压力调节；流量控制器70中排出相应压力下的流量可在流量检测元件50上显示，并外接处理器60自动生成调定压力后的压流特性曲
线图。(2)加载后，顶杆23会向下移动，外接位移检测元件140检测顶杆23的中心位置，即可测得每次加载后顶杆23发生的位移，将加载后的重量和相应的位移输入处理器60已编制的程序即可生成对应的压力位移曲线图，其中平均刚度值＝力变化量/位移变化量，将得出值反向等效实验标准导轨时的刚度，即完成对应流量控制器的刚度测试。
[0069]
另一方面，本发明的实施例还公开了一种流量控制器的刚度测试方法，该流量控制器的刚度测试方法采用上述实施例中的刚度测试装置执行。
[0070]
具体来说，本实施例中的流量控制器的刚度测试方法包括如下步骤：
[0071]
步骤s1：将待测试的流量控制器70安装在安装部11上，使流量控制器70的出油端与进油通道211连通，然后利用供油系统对流量控制器70进行供油，使流量控制器70开始工作。
[0072]
步骤s2：利用处理器60记录位移检测元件140、压力检测元件40以及流量检测元件50采集的值。
[0073]
步骤s3：利用加压机构24对顶杆23加压预定压力(即每次增加预定压力)后重复步骤s2，直至加压机构24对顶杆23施加的压力达到预定值。
[0074]
在该步骤中，预定压力和预定值可以根据实际测试的流量控制器70的结构进行确定和设置，本技术中不作具体的限定。以32bar流量控制器为例，进行流量测试时，通过调整节流阀130的旋钮，即可改变流量控制器70的液压油出口71的压力大小，通过流量控制器的节流效应，从流量控制器中排出相应压力下的流量。其中压力数值在压力检测元件40中显示，便于实验人员读取和进行压力调节；流量控制器70中排出相应压力下的流量可在流量检测元件50上显示，并外接处理器60自动生成调定压力后的压流特性曲线图。加载后，顶杆23会向下移动，外接位移检测元件140检测顶杆23的中心位置，即可测得每次加载后顶杆23发生的位移。实验时，压力每次可调整0.1bar，共可获取32组数据，保证生成曲线的准确性。
[0075]
步骤s4：利用处理器60生成流量控制器70的压流特性曲线图和压力位移曲线图。
[0076]
在该步骤中，将加载后的重量和相应的位移输入处理器60已编制的程序即可生成对应的压力位移曲线图，其中平均刚度值＝力变化量/位移变化量，将得出值反向等效实验标准导轨时的刚度，即完成对应流量控制器的刚度测试。
[0077]
步骤s5：更换与进油通道211连通的液压油出口71，重复步骤s2至步骤s4，直至更换完流量控制器70的所有液压油出口71为止。
[0078]
参见图1和图2所示，被测试的流量控制器70可以是集成结构，该集成设置的流量控制器70包括多个液压油出口71。为了能够对流量控制器70的刚度进行全面测试，需要不断更换与进油通道211连通的液压油出口71，然后重复步骤s2至步骤s4，直至更换完流量控制器70的所有液压油出口71为止，可以对流量控制器70的进行有效测试。
[0079]
本发明通过调整节流阀130改变流量控制器70的出口压力，用流量检测元件50外接处理器60即可获取各压力作用下的压流特性曲线。
[0080]
本发明运用杠杆原理，将大刚度实验转换为小刚度实验进行静压腔面积等效化处理，每次仅需加载2.5n的力，同时配合使用位移传感器，即可得到对应的刚度曲线。
[0081]
本发明的流量控制器的刚度测试装置的结构简单，可靠性高，可代替原有测试方式，大大提高测试效率。与此同时，本发明的流量控制器的刚度测试装置可应用于各种压力和结构形式的流量控制器的流量测试和刚度测试场合。
[0082]
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
[0083]
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。
[0084]
以上仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。