一种机床主轴扭矩加载试验系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种机床主轴扭矩加载试验系统，用于测试机床重载工况下的可靠性和负载性能，由支承部分、测量部分、加载部分和传递部分组成。支承部分包括箱体，传感器支架和传感器调整垫片。测量部分包括一个扭矩传感器及其附件。加载部分包括一个磁粉制动器及其附件。传递部分包括连接头、变速箱和梅花型联轴器。通过连接头将变速箱与机床连接，变速箱安装在加载仪箱体上，再通过两个梅花型联轴器分别将变速箱-扭矩传感器和扭矩传感器-磁粉制动器连接起来。在机床运转时，利用磁粉制动器产生制动扭矩对机床主轴进行扭矩加载，并由扭矩传感器进行实时测量。
【专利说明】一种机床主轴扭矩加载试验系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种机床主轴扭矩加载测试系统。属于机床性能测试领域。
【背景技术】
[0002]在机床主轴扭矩动态加载试验中，扭矩加载装置的扭矩加载方式及其加载精度影响着机床性能评估的可靠性性，对于测量结果是否能直接反映机床的实际受载状况起着至关重要的作用。在扭矩加载试验中，要求扭矩的加载过程要设定要求，对于重型机床，能提供足够大的加载扭矩。
【发明内容】
[0003]本实用新型旨在提供一种机床主轴扭矩加载试验系统，该系统利用磁粉制动器模拟实际工况中的负载，对所述机床主轴施加扭矩载荷，通过扭矩传感器实时监测负载扭矩值并反馈，实现对主轴扭矩的加载和精确控制。
[0004]本实用新型机床主轴扭矩加载试验系统是通过下列结构完成的，该系统主要由箱体(I)、梅花型联轴器(2)、扭矩传感器(3)、磁粉制动器(4)、变速箱(5)和连接头(6)组成。所述扭矩传感器(3 )通过两个梅花型联轴器分别与磁粉制动器(4 )和变速箱(5 )连接，用于实时检测磁粉制动器(4)产生的制动扭矩，通过相应信号转换后用作控制磁粉制动器(4)制动扭矩的反馈信号。
[0005]所述的磁粉制动器(4)用于模拟负载，对主轴产生制动扭矩，能够提供最大为100Nm的扭矩负载。
[0006]所述的变速箱(5 )主要由第一锥齿轮(5-1)、深沟球轴承(5-2 )、齿轮轴(5_3 )、变速箱体(5 - 4 )、第二锥齿轮(5 - 5 )、角接触球轴承(5 - 6 )和锁紧螺母(5 - 7 )组成，其中第一锥齿轮(5-1)和第二锥齿轮(5-5)组成一对相互啮合且速比为1:1的齿轮组,第一锥齿轮(5-1)用一对背-背布置的角接触球轴承(5-7 )支承，第二锥齿轮(5-5 )与齿轮轴(5-3 )组合后通过一个深沟球轴承(5-2)和一对背-背布置的角接触球轴承(5-7)支承。
[0007]本实用新型由支承部分、测量部分、加载部分和传递部分组成。支承部分包括箱体，传感器支架和传感器调整垫片。测量部分包括一个扭矩传感器及其附件。加载部分包括一个磁粉制动器及其附件。传递部分包括连接头、变速箱和梅花型联轴器。通过连接头将变速箱与机床连接，变速箱安装在加载仪箱体上，再通过两个梅花型联轴器分别将变速箱-扭矩传感器和扭矩传感器-磁粉制动器连接起来。在机床运转时，利用磁粉制动器产生制动扭矩对机床主轴进行扭矩加载，并由扭矩传感器进行实时测量。
[0008]本实用新型通过将扭矩传感器布置于磁粉制动器和变速箱之间，用联轴器连接，从而可实现选择较大额定输出的磁粉制动器，通过扭矩传感器监测和反馈精确控制其输出扭矩，实现了对机床进行重型扭矩加载的目的，且通过调整变速箱的安装方式，即可以实现对卧式机床或者立式机床的加载试验。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]下面详述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0010]图1为机床主轴扭矩加载试验系统在立式状态下的立体图。
[0011]图2为图1所示机床主轴扭矩加载试验系统在卧式状态下结构示意图。
[0012]图3图2所示的变速箱部件剖示图。
[0013]图4是机床主轴扭矩加载试验系统的轴测图。
[0014]图5是图4所示实施例的俯视图。
[0015]图6是机床主轴扭矩加载试验系统中变速箱部件的剖视图。
[0016]图7是机床主轴扭矩加载试验系统的主视图。
[0017]图中各标记说明:箱体1、梅花型联轴器2、扭矩传感器3、磁粉制动器4、变速箱5、第一锥齿轮5-1、深沟球轴承5-2、齿轮轴5-3、变速箱体5-4、第二锥齿轮5_5、角接触球轴承5-6和锁紧螺母5-7、连接头6。
[0018]主轴扭矩加载仪100、箱体110、吊挂钩111、箱体顶盖112、挡板113、一字型螺钉114、内六角螺钉115、变速箱调整垫片116、梅花型联轴器120、扭矩传感器130、扭矩传感器支架131、传感器调整垫片132、普通平键133、磁粉制动器140、磁粉制动器吊挂钩141、变速箱体1500、第一锥齿轮1501、轴承端盖1502、轴承套1503、轴承座1504、轴承座调整垫片1505、深沟球轴承1506、直角接头1507、轴承内端盖1508、轴承外端盖1509、隔套1510、齿轮轴1511、第二锥齿轮1512、轴承套调整垫片1513、角接触球轴承1514、锁紧螺母1515、变速箱盖板1516、密封线1517、连接头160。
【具体实施方式】
[0019]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、
“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位和位置关系为基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置和元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0020]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0021]在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
[0022]该发明系统主要由箱体、梅花型联轴器、扭矩传感器、磁粉制动器、变速箱和连接头组成。
[0023]所述磁粉制动器主要由内转子、外转子、激磁线圈及磁粉组成。在通电情况下形成磁粉链来产生制动扭矩。
[0024]所述扭矩传感器通过两对对称布置的平键分别与两个联轴器连接，传感器由一个传感器支架支承，传感器支架进一步包括一个调整垫片，用于安装时调整传感器与磁粉制动器及变速箱之间的同轴度。
[0025]所述联轴器为定制梅花型联轴器，其内径可根据实际所连接轴径进行定制。
[0026]所述变速箱包括变速箱箱体、以1:1啮合的两个锥齿轮、齿轮轴、背-背形式安装的角接触球轴承、深沟球轴承、和锁紧螺母。其中负载输入端采用带轴锥齿轮并用角接触球轴承进行悬臂支承，负载输出端采用齿轮与齿轮轴装配并通过对称布置的一对平键传递扭矩，采用两端固定支承方式，一端用一对角接触球轴承支承，另一端用一个深沟球轴承支承。轴承内外圈视情况采用轴肩、轴承端盖或锁紧螺母固定。
[0027]所述连接头一端与齿轮轴连接，通过对称布置的一对平键传递扭矩，另一端通过一个键槽与机床上特制的刀柄连接，在轴向可以很方便的实现机床与扭矩加载仪的连接或分离。
[0028]下面参照图1-图5描述根据本实用新型实施例的主轴扭矩加载仪100。
[0029]如图1-图5所示，根据本实用新型实施例的主轴扭矩加载仪100包括箱体110、梅花型联轴器120、扭矩传感器130、磁粉制动器140、变速箱150、连接头160。
[0030]箱体110作为扭矩加载仪的支撑件，进一步包括吊挂钩111、箱体顶盖112、挡板113、一字型螺钉114、内六角螺钉115。具体地，箱体盖板112和挡板113在其他零/部件安装完成后进行安装，主要起防护作用；在进行主轴扭矩加载试验时，吊挂钩111用于将主轴扭矩加载仪100吊挂至相应安装位置。
[0031]变速箱150安装于箱体110上，变速箱150与箱体110之间进一步包含变速箱调整垫片116。在本实用新型实施例中，变速箱150内锥齿轮轮系的传动比为1:1，用于改变制动扭矩方向。变速箱150可进一步包含第一锥齿轮1501、轴承端盖1502、轴承套1503、轴承座1504、轴承座调整垫片1505、深沟球轴承1506、直角接头1507、轴承内端盖1508、轴承外端盖1509、隔套1510、齿轮轴1511、第二齿轮1512、轴承套调整垫片1513、角接触球轴承1514、锁紧螺母1515、变速箱盖板1516、密封线1517。
[0032]如图3所示，第一锥齿轮1501通过一对背-背布置的角接触球轴承1514支承，安装于轴承套1503内，其中两个角接触球轴承1514分别通过第一锥齿轮1501轴肩、锁紧螺母1515和轴承套1503台阶、轴承端盖1502来约束其内外圈轴向位移。由于轴承采用脂润滑，齿轮采用油润滑，所以在第一锥齿轮1501轴部设有一薄型凸台起挡油板作用，以防止润滑油进入轴承内部污染轴承润滑脂，此结构及原理在第二锥齿轮1512的齿轮轴1511上同样被用到。在第一锥齿轮1501的支承组件中，轴承套1503安装于轴承座1504内，由此，第一锥齿轮1501、轴承端盖1502、轴承套1503、轴承座1504以及深沟球轴承1514、锁紧螺母1515组成第一锥齿轮部件，安装于变速箱箱体1500上，其中，第一锥齿部件与变速箱箱体1500之间可进一步包含轴承座调整垫片1505，用于调整第一锥齿轮1501与第二锥齿轮1512之间的啮合。第二锥齿轮1512安装于齿轮轴1511上，通过两个对称布置的普通平键133来限制其周向运动，通过齿轮轴1511的轴肩和隔套1510限制其轴向运动。齿轮轴1511的前端用一对角接触球轴承1514支承，结构与第一锥齿轮1501支承完全一致。其中，轴承套1503与变速箱箱体1500之间可进一步包含轴承套调整垫片1513，用于调整第二锥齿轮与第一锥齿轮之间的啮合。齿轮轴1511后端用一个深沟球轴承1506支承,并通过轴承内端盖1508与隔套1510约束其轴向位移，轴承外圈可以在轴向游动，轴承外端盖1509安装于变速箱箱体1500上。
[0033]在本实用新型中，各轴承采用脂润滑方式，锥齿轮啮合处采用油润滑方式，润滑油的供油油管与排油油管连接到安装于图示相应位置的直角接头1507上。
[0034]变速箱箱体1500上部开有一个窗口，用于安装齿轮时观察及调整两锥齿轮之间的啮合，在安装完变速箱的其他部件后，再安装变速箱盖板1516。变速箱盖板1516与变速箱箱体1500之间进一步包含密封线1517。
[0035]变速箱150安装于箱体110上，与扭矩传感器130通过梅花型联轴器120连接，一个联轴器进一步包含四个对称布置普通平键133，用于第一锥齿轮1501与扭矩传感器130之间传递扭矩。如图3所示，扭矩传感器130通过扭矩传感器支架131和调整垫片132安装于支架上，装配时通过减小调整垫片132的余量来调整扭矩传感器轴心高度，以满足与第一锥齿轮1501的同轴度要求。磁粉制动器140直接安装于支架右侧，通过内六角螺钉115连接，磁粉制动器140与扭矩传感器130之间通过一梅花型联轴器120连接，原理同变速箱150与扭矩传感器130之间的连接。磁粉制动器140进一步包括磁粉制动器吊挂钩141，装配主轴扭矩加载仪100时用于吊起磁粉制动器140以进行安装。
[0036]在本实用新型中，左侧、右侧是依据示意图方位，即远离磁粉制动器140端为左侦牝靠近磁粉制动器140端为右侧。第一锥齿轮1501为制动载荷输入端锥齿轮，即与磁粉制动器140连接的锥齿轮。第二锥齿轮为制动载荷输出端齿轮，即与连接头160连接的齿轮。
[0037]在本实用新型中，前端、后端依据主轴扭矩加载仪100安装方位而定，靠近与机床主轴连接方向即靠近刀柄连接头160方向为前端,远离该方向为后端。
[0038]在本实用新型实施例中，刀柄连接头160用于连接主轴扭矩加载仪100与被测机床主轴刀柄。
[0039]本实用新型实施例除图1-图4所示及如上所述对卧式机床进行扭矩加载试验外，通过将变速箱150逆时针旋转90° (图5所示)后，同样可实现对立式机床的扭矩加载试验。
[0040]在本实用新型中，除挡板113与变速箱盖板1517的安装为一字型螺钉114外，其他零/部件的安装均采用内六角螺钉115。
[0041]本实用新型系统可以对低速重载的机床进行最高达100Nm的主轴扭矩加载试验，扭矩传感器3能够对加载扭矩进行实时检测并反馈。
[0042]如图2所示状态下可对卧式机床进行加载试验外，如图3所示将变速箱5逆时针旋转90°后可亦对立式机床进行加载试验。
[0043]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体示例”、或”一些示例“等的描述意旨结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的实施例或示例的特征、结构、材料或特点可以在任何一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0044]尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种机床主轴扭矩加载试验系统，其特征在于，该系统主要由箱体(1)、梅花型联轴器(2)、扭矩传感器(3)、磁粉制动器(4)、变速箱(5)和连接头(6)组成； 所述扭矩传感器(3 )通过两个梅花型联轴器分别与磁粉制动器(4 )和变速箱(5 )连接，用于实时检测磁粉制动器(4)产生的制动扭矩，通过相应信号转换后用作控制磁粉制动器(4)制动扭矩的反馈信号。
2.根据权利要求1所述的机床主轴扭矩加载试验系统，其特征在于，所述的磁粉制动器(4)用于模拟负载,对主轴产生制动扭矩，能够提供最大为lOOONm的扭矩负载。
3.根据权利要求1所述的机床主轴扭矩加载试验系统，其特征在于，所述的变速箱(5)主要由第一锥齿轮(5-1)、深沟球轴承(5-2)、齿轮轴(5-3)、变速箱体(5-4)、第二锥齿轮(5-5),角接触球轴承(5-6)和锁紧螺母(5-7)组成，其中第一锥齿轮(5-1)和第二锥齿轮(5-5)组成一对相互啮合且速比为1:1的齿轮组，第一锥齿轮(5-1)用一对背-背布置的角接触球轴承(5-7)支承，第二锥齿轮(5-5)与齿轮轴(5-3)组合后通过一个深沟球轴承(5-2)和一对背-背布置的角接触球轴承(5-7)支承。
【文档编号】B23Q17/00GK204171793SQ201420528200
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月15日 优先权日:2014年9月15日
【发明者】余正斌, 袁胜万, 崔岗卫, 寸花英, 李江艳, 张明旭, 余光怀, 李朝万, 王用, 肖宁, 巩朋, 陶骏 申请人:沈机集团昆明机床股份有限公司