专利名称：回转液压静压导轨轴向刚度和径向刚度试验方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于导轨刚度试验技术领域，涉及回转运动液压静压导轨轴向刚度和径向 刚度试验装置，本发明还涉及回转运动液压静压导轨轴向刚度和径向刚度的试验方法。
背景技术：
液压静压导轨分为直线运动液压静压导轨和回转运动液压静压导轨。液压静压导 轨承载能力大，抗振能力强，在重型机床、精密机床及其他机械中占有重要地位。液压静压 导轨副的结构及载荷直接影响液压静压导轨副中的油膜分布，油膜分布将影响液压导轨副 的刚度，从而影响导向精度。因此在进行液压静压导轨副创新设计时，刚度设计非常重要。 获取液压静压导轨副刚度的方法，一是完全采用试验的方法获取，试验量非常大，不适合创 新开发；二是完全解析方法获取，解析方法及解析结果的可靠性需要用实验进行验证 ’三 是解析与试验结合的方法，对单项的轴向刚度和径向刚度用试验方法获取，以上述单项刚 度为基础，采用解析方法求解综合刚度。
发明内容
本发明的目的是提供一种回转运动液压静压导轨轴向刚度和径向刚度试验方法 及装置，结构简单，操作容易，获得的试验数据精确。本发明所采用的技术方案为，一种回转液压静压导轨轴向刚度和径向刚度的试验 装置，包括平台、固定在平台上的两根立柱、固定在两根立柱上的横梁、回转部件、轴向载荷 组件和径向载荷组件；回转部件由回转组件及固定在回转组件底端的压板组成，回转部件 通过液压静压导轨的上轴向油膜、下轴向油膜及径向油膜支承在回转导轨座中，回转导轨 座固定在平台上；轴向载荷组件包括法兰套A、螺杆A、套筒A、连接件A、力传感器A和连接 盘；法兰套A固定在横梁上，套筒A的上部套在法兰套A下部的套管A内且两者相互配合， 套筒A的下端固定有连接件A ；螺杆A穿过法兰套A上部的法兰盘A和套筒A上部的端盖A， 螺杆A通过螺纹与法兰盘A连接，螺杆A与端盖A之间留有间隙；法兰盘A与端盖A之间的 螺杆A上设置有止推轴承A，位于套筒A内的螺杆A上套有径向轴承A ；力传感器A由力传 感器主体及设置在力传感器主体两端的螺杆C组成，其上端的螺杆C穿过连接件A并伸至 套筒A内，且与连接件A之间留有间隙，下端螺杆C的端部螺纹连接在连接盘的中心螺纹孔 内，连接盘固定在回转组件的上表面；位于套筒A内的螺杆C通过螺纹连接有圆螺母，圆螺 母的外径与套筒A的内孔表面相配合，圆螺母的下端面压在连接件A的上端面上，连接件A 的下端面压在力传感器主体的上端面；螺杆A、力传感器A和连接盘的中心线与回转组件的 回转轴线位于同一条直线上；径向载荷组件从立柱到回转部件依次设置有法兰套B、套筒 B、连接件B、力传感器B、加载件和连接弯板；法兰套B固定在立柱上，套筒B —侧设置的端 盖B套在法兰套B的套管B内且两者相互配合，套筒B另一侧的端部固定有连接件B ；连接 件B还与力传感器B的一侧固定连接，力传感器B另一侧还固定连接加载件；加载件朝向回 转部件的方向设置有半球型突起；连接弯板由垂直设置的板A和板B组成，板A横向固定在
4回转组件上，加载件的半球型突起压在呈纵向设置的板B上；该径向载荷组件还包括螺杆 B，螺杆B穿过法兰套B的法兰盘B和套筒B的端盖B，螺杆B通过螺纹与法兰盘B连接，螺 杆B与端盖B之间留有间隙；法兰盘B与端盖B之间的螺杆B上设置有止推轴承B，位于套 筒B内的螺杆B上套有径向轴承B ；螺杆B、力传感器B和加载件的半球型突起的中心线位 于同一条直线上，且与径向油膜轴长方向的对称线重合，还与回转组件回转轴线垂直相交; 回转导轨座上还设置有位移传感器组件A和位移传感器组件B的安装支架，位移传感器组 件A测头沿Y轴方向对准回转组件，位移传感器组件B的测头沿Z轴方向对准回转组件。上述试验装置对回转液压静压导轨进行轴向刚度试验的方法 为将螺杆A旋转向下微动，依次通过套筒A、连接件A、力传感器A和 连接盘对回转部件施加向下的压力，由力传感器A测出向下的轴向载荷 巧下，由位移传感器组件B测出回转部件与回转导轨座之间的轴向相对位移Uz下，从而 求出液压静压导轨向下的轴向刚度K轴下；将螺杆A旋转向上微动，依次通过套筒A、连接 件A、力传感器A和连接盘对回转部件施加向上的拉力，由力传感器A测出向上的轴向载荷 F2上，由位移传感器组件B测出回转部件与回转导轨座之间的轴向相对位移Uz上，从而求 出液压静压导轨向上的轴向刚度K轴上。上述试验装置对回转液压静压导轨进行径向刚度试验的方法为将螺杆B旋转向 回转部件方向微动，依次通过套筒B、连接件B、力传感器B、加载件和连接弯板对回转部件 施加压力，由力传感器B测出向回转部件方向的径向载荷FY，由位移传感器组件A测出回转 部件与回转导轨座之间的径向相对位移Uy，从而求出静压导轨的径向刚度K径。本发明的有益效果是，可以用来获取回转运动液压静压导轨轴向刚度和径向刚度 数据，结构简单，操作容易，获得的试验数据精确，对以单项刚度为基础求解综合刚度，试验 量大大减小。利用本发明装置还可以对回转运动液压静压导轨刚度及油膜切向粘者力影响 的解析方法进行实验验证，为回转运动液压静压导轨刚度的创新设计提供依据。
图1是本发明试验装置的结构示意图2是本发明试验装置中轴向载荷组件的结构示意图； 图3是本发明试验装置中径向载荷组件的结构示意图。图中，1.回转导轨座，2.压板，3.回转组件，4.立柱，5.横梁，6.法兰套A， 7.螺杆A，8.止推轴承A，9.径向轴承A，10.套筒A，ll.螺母A，12.防松螺母A，13.圆 螺母，14.连接件A，15.力传感器A，16.防松螺母B，17.连接盘，18.法兰套B，19.螺杆 B, 20.止推轴承B，21.径向轴承B，22.套筒B，23.螺母B，24.定心螺钉，25.连接件B， 26.力传感器B，27.垫片，28.加载件，29.连接弯板，30.平台，31.位移传感器组件A， 32.位移传感器组件B，33.法兰盘A，34.套管A，35.端盖A，36.止口 A，37.螺杆C，38.法 兰盘B，39.套管B，40.端盖B，41.球型凸起，42.板A，43.板B，44.止口 B，45.力传感器主 体，a为上轴向油膜，b为径向油膜，c为下轴向油膜。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行详细说明。如图1所示，本发明提供一种回转液压静压导轨轴向刚度和径向刚度的试验装 置，包括平台30、固定在平台30上的两根立柱4、固定在两根立柱4上的横梁5、回转部件、 轴向载荷组件和径向载荷组件。回转部件由回转组件3 (包括回转运动的传动及转台)及固定在回转组件3底部 的压板2组成，回转部件通过液压静压导轨的上轴向油膜a (圆环状)、下轴向油膜c (圆环 状)及径向油膜b (圆筒状)支承在回转导轨座1中，而回转导轨座1固定在平台30上。上 轴向油膜a、下轴向油膜c及径向油膜b构成液压静压导轨副，对回转组件3的回转运动进 行导向，其中依靠轴向油膜进行轴向定位(导向)，依靠径向油膜进行径向定位(导向)。如图1和图2所示，轴向载荷组件包括法兰套A6、螺杆A7、套筒A10、连接件A14、 力传感器A15和连接盘17 ；法兰套A6固定在横梁5上，套筒AlO的上部套在法兰套A6下 部的套管A34内且两者相配合，套筒AlO的下端固定连接有连接件A14 ；螺杆A7穿过法兰 套A6上部的法兰盘A33和套筒AlO上部的端盖A35，螺杆A7通过螺纹与法兰盘A33连接， 螺杆A7与端盖A35之间留有间隙；法兰盘A33与端盖A35之间的螺杆A7上设置有止推轴 承A8，止推轴承A8被压在螺杆A7上的台阶和端盖A35上表面之间，止推轴承A8上端的孔 与螺杆A7的轴相配合，下端的孔与螺杆A7的轴之间留有间隙；位于套筒AlO内的螺杆A7 上还套有径向轴承A9，径向轴承A9的孔与螺杆A7的轴相配合，径向轴承A9的外径与套筒 AlO的内孔表面相配合；套筒AlO的端盖A35内表面与套筒AlO内孔内表面之间的连接处 设置有止口 A36，螺杆A7的下端螺纹连接有螺母All ；径向轴承A9外环的上端面和内环的 下端面分别被止口 A36和螺母All压住，止口 A36对径向轴承A9进行向上轴向定位，螺母 All对径向轴承A9进行向下轴向定位。力传感器A15由力传感器主体45及设置在力传感 器主体45两端的螺杆C37组成，其上端的螺杆C37穿过连接件A14并伸至套筒AlO内，且 与连接件A14之间留有间隙，下端螺杆C37的端部螺纹连接在连接盘17的中心螺纹孔内， 连接盘17固定在回转组件3的上表面；连接件A14的下端面压在力传感器主体45的上端 面；位于套筒AlO内的螺杆C37上通过螺纹连接有圆螺母13，且圆螺母13的外径与套筒 AlO的内孔表面相配合，圆螺母13的下端面压在连接件A14的上端面；圆螺母13上侧的螺 杆C37上设置有防松螺母A12，将圆螺母13锁紧，连接盘17上侧的螺杆C37上设置有防松 螺母B16，将连接盘17锁紧。螺杆A7、力传感器A15和连接盘17的中心线与回转组件3的 回转轴线位于同一条直线上。力传感器A15为可进行拉、压的双向力传感器。如图1和3所示，径向载荷组件从立柱4到回转部件依次设置有法兰套B18、套筒 B22、连接件B25、力传感器B26、加载件观和连接弯板四；法兰套B18固定在立柱4上，套 筒B22 —侧设置的端盖B40套在法兰套B18的套管B39内且两者相互配合，套筒B22另一 侧的端部固定有连接件B25 ；连接件B25还压在力传感器B^ —侧的突起面上且两者通过 定心螺钉对固定连接，定心螺钉M与连接件B25的内孔配合进行定心；力传感器似6的另 一侧与加载件观固定连接，两者之间还设置有垫片27 ；加载件观朝向回转部件的方向设 置有半球型突起41 ；连接弯板四由垂直设置的板A42和板B43组成，板A42横向固定在回 转组件3上，加载件观的半球型突起41压在呈纵向设置的板B43上。该径向载荷组件还 包括螺杆B19，螺杆B19穿过法兰套B18的法兰盘B38和套筒B22的端盖B40，螺杆B19通
6过螺纹与法兰盘B38连接，螺杆B19与端盖B40之间留有间隙；法兰盘B38与端盖B40之间 的螺杆B19上设置有止推轴承B20，止推轴承B20被压在螺杆B19上的台阶和端盖B40的 外表面之间，止推轴承B20靠近法兰盘B38的孔与螺杆B19的轴相配合，靠近端盖B40的孔 与螺杆B19的轴之间留有间隙；位于套筒B22内的螺杆B19上还套有径向轴承B21，径向轴 承B21的孔与螺杆B19的轴相配合，径向轴承B21的外径与套筒B22的内孔表面相配合；套 筒B22的端盖B40内表面与内孔表面之间的连接处设置有止口 B44，位于套筒B22内螺杆 B19的端部螺纹连接有螺母B23 ；径向轴承B21外环靠近端盖B40的端面和内环靠近连接件 B25的端面分别被止口 B44和螺母B23压住，对径向轴承B22向左向右进行轴向定位。螺杆 B19、力传感器B^和加载件观的半球型突起41的中心线位于同一条直线上，且与径向油 膜b轴长方向的对称线重合，还与回转组件3回转轴线垂直相交。回转导轨座1上还设置有位移传感器组件A31和位移传感器组件B32的安装支 架，位移传感器组件A31测头沿Y轴方向对准回转组件3，位移传感器组件B32的测头沿Z 轴方向对准回转组件3。在进行轴向刚度试验时径向载荷组件需脱开，也就是转动螺杆B19向背向回转部 件的方向退，使加载件观与连接弯板四脱离。其具体利用本发明装置对回转液压静压导 轨进行轴向刚度试验方法为(1)进行液压静压导轨向下(Z轴的负向)轴向刚度试验时，使 用轴向载荷组件进行压力加载；将螺杆A7旋转向下微动，依次通过套筒A10、连接件A14、力 传感器A15和连接盘17对回转部件施加向下的压力，由力传感器A15测出向下的轴向载荷 FzT ,由位移传感器组件B32 (可安装多个，以减小测量误差)测出回转部件与回转导轨座 1之间的轴向相对位移Uz下，通过公式K轴T=Fz下/Uz下求出液压静压导轨向下的轴向
刚度K轴下(载荷产生的零件变形可通过计算求出并从测量值中扣出)；(2)进行液压静压 导轨向上(Z轴的正向)轴向刚度试验时，使用轴向载荷组件进行拉力加载；将螺杆A7旋转 向上微动，依次通过套筒A10、连接件A14、力传感器A15和连接盘17对回转部件施加向上 的拉力，由力传感器A15测出向上的轴向载荷Fz上，由位移传感器组件B32测出回转部件 与回转导轨座1之间的轴向相对位移Uz上，通过公式K轴上=Fz上/Uz上求出液压静压导 轨向上的轴向刚度K轴上。在进行径向刚度试验时轴向载荷组件需脱开，也就是松开连接盘17与回转组件3 的连接，转动螺杆A7向上退，使得连接盘17与回转组件3脱离。利用本发明装置对回转液 压静压导轨进行径向刚度试验方法为使用径向载荷组件进行压力加载；将螺杆B19旋转 向回转部件的方向微动，依次通过套筒B22、连接件B25、力传感器B26、加载件观和连接弯 板四对回转部件施加压力，由力传感器B^测出向回转部件方向的径向载荷FY，由位移传 感器组件A31 (可安装多个，以减小测量误差)测出回转部件与回转导轨座1之间的径向相 对位移Uy，通过公式K径=FyZUy求出静压导轨的径向刚度Kg (载荷产生的零件变形可 通过计算求出并从测量值中扣出)。本发明装置还可进行径向油膜b的切向粘着力对轴向刚度的影响试验，改变径向 油膜b的压力大小，重复进行回转运动液压静压导轨轴向刚度试验，考察径向油膜压力对 轴向刚度的影响。还可进行上轴向油膜a和下轴向油膜c的切向粘着力对径向刚度的影响试验，改变上轴向油膜a和下轴向油膜c的压力大小，重复进行回转运动液压静压导轨径向 刚度试验，考察轴向油膜压力对径向刚度的影响。
权利要求
1.一种回转液压静压导轨轴向刚度和径向刚度的试验装置，其特征在于包括平台 (30)、固定在平台(30)上的两根立柱(4)、固定在两根立柱(4)上的横梁(5)、回转部件、轴 向载荷组件和径向载荷组件；所述回转部件由回转组件(3)及固定在回转组件(3)底端的压板(2)组成，回转部件通 过液压静压导轨的上轴向油膜(a)、下轴向油膜(c)及径向油膜(b)支承在回转导轨座(1) 中，回转导轨座(1)固定在平台(30)上；所述轴向载荷组件包括法兰套A (6)、螺杆A (7)、套筒A (10)、连接件A (14)、力传感 器A (15)和连接盘(17);法兰套A (6)固定在横梁(5)上，套筒A (10)的上部套在法兰套 A (6)下部的套管A (34)内且两者相互配合，套筒A (10)的下端固定有连接件A (14);螺 杆A (7)穿过法兰套A (6)上部的法兰盘A (33)和套筒A (10)上部的端盖A (35)，螺杆 A (7)通过螺纹与法兰盘A (33)连接，螺杆A (7)与端盖A (35)之间留有间隙；法兰盘A (33)与端盖A (35)之间的螺杆A (7)上设置有止推轴承A (8)，位于套筒A (10)内的螺 杆A (7)上套有径向轴承A (9);所述力传感器A (15)由力传感器主体(45)及设置在力 传感器主体(45)两端的螺杆C (37)组成，其上端的螺杆C (37)穿过连接件A (14)并伸 至套筒A (10)内，且与连接件A (14)之间留有间隙，下端螺杆C (37)的端部螺纹连接在 连接盘(17)的中心螺纹孔内，连接盘(17)固定在回转组件(3)的上表面；位于套筒A (10) 内的螺杆C (37)通过螺纹连接有圆螺母(13)，圆螺母(13)的外径与套筒A (10)的内孔表 面相配合，圆螺母(13)的下端面压在连接件A (14)的上端面上，连接件A (14)的下端面 压在力传感器主体(45)的上端面；螺杆A (7)、力传感器A (15)和连接盘(17)的中心线与 回转组件(3)的回转轴线位于同一条直线上；所述径向载荷组件从立柱(4)到回转部件依次设置有法兰套B (18)、套筒B (22)、连 接件B (25)、力传感器B (沈)、加载件(28)和连接弯板(29)；法兰套B (18)固定在立柱 (4)上，套筒B (22) —侧设置的端盖B (40)套在法兰套B (22)的套管B (39)内且两者 相互配合，套筒B (22)另一侧的端部固定有连接件B (25);连接件B (25)还与力传感器 B (26)的一侧固定连接，力传感器B (26)另一侧还固定连接加载件(28);所述加载件(28) 朝向回转部件的方向设置有半球型突起(41);连接弯板(29)由垂直设置的板A (42)和板 B (43)组成，板A (42)横向固定在回转组件(3)上，加载件(28)的半球型突起(41)压在 呈纵向设置的板B (43)上；该径向载荷组件还包括螺杆B (19)，螺杆B (19)穿过法兰套 B (18)的法兰盘B (38)和套筒B (22)的端盖B (40)，螺杆B (19)通过螺纹与法兰盘B (38)连接，螺杆B (19)与端盖B (40)之间留有间隙；法兰盘B (38)与端盖B (40)之间 的螺杆B (19)上设置有止推轴承B (20)，位于套筒B (22)内的螺杆B (19)上套有径向轴 承B (21);所述螺杆B (19)、力传感器B (26)和加载件(28)的半球型突起(41)的中心线 位于同一条直线上，且与径向油膜(b)轴长方向的对称线重合，还与回转组件(3)回转轴线 垂直相交；回转导轨座(1)上还设置有位移传感器组件A (31)和位移传感器组件B (32)的安装 支架，位移传感器组件A (31)测头沿Y轴方向对准回转组件(3)，位移传感器组件B (32) 的测头沿Z轴方向对准回转组件(3)。
2.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述止推轴承A(8)被压在螺杆A (7)上的台阶和端盖A (35)上表面之间，止推轴承A (8)上端的孔与螺杆A (7)的轴相配合，下端的孔与螺杆A (7)的轴之间留有间隙。
3.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述径向轴承A(9)的孔与螺杆A (7)的轴相配合，径向轴承A (9)的外径与套筒A (10)的内孔表面相配合；套筒A (10)的 端盖A (35)内表面与内孔表面之间的连接处设置有止口 A (36)，螺杆A (7)的下端螺纹连 接有螺母A (11);径向轴承A (9)外环的上端面和内环的下端面分别被止口 A (36)和螺 母A (11)压住。
4.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述圆螺母(13)上侧的螺杆C(37) 上设置有防松螺母A (12)，连接盘(17)上侧的螺杆C (37)上设置有防松螺母B (16)。
5.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述止推轴承B(20)被压在螺杆B (19)上的台阶和端盖B (40)的外表面之间，止推轴承B (20)靠近法兰盘B (38)的孔与螺 杆B (19)的轴相配合，靠近端盖B (40)的孔与螺杆B (19)的轴之间留有间隙。
6.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述径向轴承B(21)的孔与螺杆B (19)的轴相配合，径向轴承B (21)的外径与套筒B (22)的内孔表面相配合；套筒B (22) 的端盖B (40)内表面与内孔表面之间的连接处设置有止口 B (44)，位于套筒B (22)内螺 杆B (19)的端部螺纹连接有螺母B (23);径向轴承B (21)外环靠近端盖B (40)的端面 和内环靠近连接件(25)的端面分别被止口 B (44)和螺母B (23)压住。
7.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述连接件B(25)压在力传感器B (26) 一侧的突起上，并与力传感器B (26)通过定心螺钉(24)连接。
8.根据权利要求1所述的试验装置，其特征在于所述力传感器B(26)与加载件(28) 之间设置有垫片(27)。
9.利用权利要求1所述的试验装置对回转液压静压导轨进行轴向刚度和径向刚度试 验的方法，其特征在于对回转液压静压导轨进行轴向刚度试验的方法为将螺杆A (7)旋转 向下微动，依次通过套筒A (10)、连接件A (14)、力传感器A (15)和连接盘 (17)对回转部件施加向下的压力，由力传感器A (15)测出向下的轴向载荷 F2下，由位移传感器组件B(32)测出回转部件与回转导轨座(1)之间的轴向相对位移Uz下 ，从而求出液压静压导轨向下的轴向刚度Ι 轴下；将螺杆A (7)旋转向上微动，依次通过套 筒A (10)、连接件A (14)、力传感器A (15)和连接盘(17)对回转部件施加向上的拉力，由 力传感器A (15)测出向上的轴向载荷Fz上，由位移传感器组件B (32)测出回转部件与回 转导轨座(1)之间的轴向相对位移Uz上，从而求出液压静压导轨向上的轴向刚度K轴上；对回转液压静压导轨进行径向刚度试验的方法为将螺杆B (19)旋转向回转部件方向 微动，依次通过套筒B (22)、连接件B (25)、力传感器B (沈)、加载件(28)和连接弯板(29) 对回转部件施加压力，由力传感器B (26)测出向回转部件方向的径向载荷Fy，由位移传感 器组件A (31)测出回转部件与回转导轨座(1)之间的径向相对位移Uy，从而求出静压导轨 的径向刚度K径。
全文摘要
本发明提供了回转液压静压导轨轴向刚度和径向刚度试验方法及装置，回转导轨座固定在平台上，压板与回转组件固定连接组成回转部件，回转部件依靠液压静压导轨副进行回转运动导向；轴向载荷组件包括垂直布置的法兰套、螺杆、止推轴承、径向轴承、套筒、连接件、力传感器、力传感器及连接盘；径向载荷组件包括水平布置的法兰套、螺杆、止推轴承、径向轴承、套筒、连接件、力传感器、加载件、连接弯板；位移传感器组件的安装支架固定在回转导轨座上，测头对准回转组件。本发明既可以用来获取回转运动液压静压导轨轴向刚度径向刚度数据，也可用来进行回转运动液压静压导轨刚度及油膜切向粘着力影响解析方法的验证实验。
文档编号G01M5/00GK102147320SQ20111004700
公开日2011年8月10日 申请日期2011年2月28日 优先权日2011年2月28日
发明者史恩秀, 惠烨, 杨新刚, 高峰, 黄玉美 申请人:西安理工大学