一种行星滚柱丝杠综合加载试验装置的制作方法

本发明涉及一种丝杠加载试验装置，特别是一种行星滚柱丝杠综合加载试验装置。

背景技术：

行星滚柱丝杠和滚珠丝杠类似，是一种将旋转运动转换为直线运动的机械装置。行星滚柱丝杠传动具有承载能力强、使用寿命长、转速高、加速度大、精度高以及具有更小的导程等优点，被广泛应用于航空航天、高档数控机床、医疗器械、精密仪器、轨道车辆以及工业机器人等领域。目前，国内外对行星滚柱丝杠的研究还不是很充分，可以通过试验方法，对行星滚柱丝杠进行研究，以提升行星滚柱丝杠特性的了解，促进其的设计制造水平的提升。

由于行星滚柱丝杠具有承载能力大以及精度高等优点，因此要求试验装置具有高刚度、高精度等要求。利用专利cn104931253a中描述的滚珠丝杠试验装置对行星滚柱丝杠进行加载试验过程中存在精度差、振动严重、安装不便、试验效率低等问题，不能满足行星滚珠丝杠动态加载试验的要求。专利cn104776992a中描述的试验装置仅能对行星滚柱丝杠静态传动精度进行测试，专利cn105890895a中所描述试验装置采用单液压缸进行加载，整个试验装置轴向尺寸过于庞大，而且丝杠安装结构过于复杂，对所测丝杠效率有一定影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种行星滚柱丝杠综合加载试验装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种行星滚柱丝杠综合加载试验装置，包括梯形槽底座、驱动模块、丝杠夹具、加载模块和测试模块，所述梯形槽底座上设置底板，底板上设置丝杠夹具、加载模块和测试模块，驱动模块直接固定在梯形槽底座上，驱动模块为丝杠提供转矩，丝杠夹具用于限制行星滚柱丝杠丝杠部分轴向运动和螺母部分转动，加载模块用于对丝杠螺母加载轴向力，测试模块用于对行星滚柱丝杠传动效率、传动精度等进行测试；

其中驱动模块包括减速器底座、蜗轮蜗杆减速器、伺服电机、安全离合器；所述蜗轮蜗杆减速器通过减速器底座固定在梯形槽底座上，伺服电机的输出轴与蜗轮蜗杆减速器的输入轴相连，蜗轮蜗杆减速器通过安全离合器与测试模块中的转速转矩传感器相连；

所述丝杠夹具包括夹具主轴、支撑座、丝杠端盖、丝杠固定套筒、丝杠定位键、轴承端盖、轴承座、角接触球轴承、主轴锁紧螺母，螺母连接板，螺母套筒，套筒连接板，直线导轨；所述支撑座固定在底板上，支撑座上固连轴承座，轴承座内同轴设置两个角接触球轴承，轴承外圈均通过轴承端盖和轴承座轴向固定，轴承内圈固连夹具主轴，夹具主轴通过主轴锁紧螺母和轴承内圈轴向固定，夹具主轴通过丝杠定位键和行星滚柱丝杠丝杠部分圆周方向固定，夹具主轴和丝杠端盖固定连接，并通过丝杠固定套筒限制行星滚柱丝杠丝杠部分轴向运动，行星滚柱丝杠螺母部分固连在螺母连接板内，螺母连接板固连在螺母套筒上，螺母套筒固连在套筒连接板上，套筒连接板固连在两个直线导轨的滑块部分上，直线导轨的导轨部分固连在底板上；

加载模块包括液压缸、加载板，液压缸的数量为两个，对称设置在螺母套筒的两侧，两个液压缸固定端固连在支撑座垂直面上，每个液压缸的运动端均通过对应的销轴与加载板连接；

测试模块包括转速转矩传感器底座、转速转矩传感器、弹性联轴器、编码器、拉压力传感器、球头连杆、动尺连接板、光栅尺；其中转速转矩传感器通过转速转矩传感器底座固连在底板上，转速转矩传感器输入端与驱动模块中安全离合器相连，转速转矩传感器输出端通过弹性联轴器与丝杠夹具模块中夹具主轴相连，编码器固定部分固连在支撑座上，编码器内圈与丝杠夹具模块中夹具主轴固连，拉压力传感器固连在丝杠夹具模块中的螺母套筒上，拉压力传感器通过球头连杆与加载模块中的加载板连接，光栅尺静尺部分固连在底板上，光栅尺动尺部分通过动尺连接板固连在套筒连接板上。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)本发明的装置结构简单，易于加工实现。底座支撑刚度好，可以很好的满足行星滚柱丝杠加载过程中对大载荷的需求；同时，可以显著减小液压伺服加载过程中振动对试验结果的影响。2)本装置整体安装在梯形槽底座上，实际使用时通用性好。对行星滚柱丝杠的装夹部分进行了设计，使得丝杠装夹方便，试验过程中操作方便。3)本发明在驱动端加有涡轮蜗杆减速器，解决了行星滚柱丝杠不能自锁的问题，可以有效的减小在加载试验过程中的冲击问题，而且通过减速器可以增大输入端转矩，从而满足重载情况下试验要求。4)本发明采用双液压缸进行加载，试验装置结构紧凑，可达到的载荷大，实现多种工况下行星滚柱丝杠加载试验要求。5)本发明的装置采用双液压缸对行星滚柱丝杠进行加载，可以实现对行星滚柱丝杠传动效率、传动精度等性能的测量，装置结构紧凑，易操作，加载载荷大，测试精度高。

下面结合附图对本发明作进一步详述：

附图说明

图1为本发明的行星滚柱丝杠综合加载试验装置轴测图。

图2为本发明的行星滚柱丝杠综合加载试验装置俯视图。

图3为本发明的行星滚柱丝杠综合加载试验装置剖视图。

图4为本发明的行星滚柱丝杠综合加载试验装置支撑座30轴测图。

图5为本发明的行星滚柱丝杠综合加载试验装置加载板21轴测图。

图6为本发明的行星滚柱丝杠综合加载试验装置丝杠夹具部分剖视图。

图7为本发明的行星滚柱丝杠综合加载试验装置丝杠固定套筒13轴测图。

图8为本发明的行星滚柱丝杠综合加载试验装置底板26轴测图。

具体实施方式

结合附图，本发明的一种行星滚柱丝杠综合加载试验装置，包括梯形槽底座1、驱动模块、丝杠夹具、加载模块和测试模块，所述梯形槽底座1上设置底板26，底板26上设置丝杠夹具、加载模块和测试模块，驱动模块直接固定在梯形槽底座1上，驱动模块为丝杠提供转矩，丝杠夹具用于限制行星滚柱丝杠丝杠部分轴向运动和螺母部分转动，加载模块用于对丝杠螺母加载轴向力，测试模块用于对行星滚柱丝杠传动效率、传动精度等进行测试；

其中驱动模块包括减速器底座2、蜗轮蜗杆减速器3、伺服电机4、安全离合器5；所述蜗轮蜗杆减速器3通过减速器底座2固定在梯形槽底座1上，伺服电机4的输出轴与蜗轮蜗杆减速器3的输入轴相连，蜗轮蜗杆减速器3通过安全离合器5与测试模块中的转速转矩传感器7相连；

所述丝杠夹具包括夹具主轴28、支撑座30、丝杠端盖27、丝杠固定套筒13、丝杠定位键9、轴承端盖12、轴承座29、角接触球轴承11、主轴锁紧螺母10，螺母连接板15，螺母套筒17，套筒连接板22，直线导轨23；所述支撑座30固定在底板26上，支撑座30上固连轴承座29，轴承座29内同轴设置两个角接触球轴承11，轴承外圈均通过轴承端盖12和轴承座29轴向固定，轴承内圈固连夹具主轴28，夹具主轴28通过主轴锁紧螺母10和轴承内圈轴向固定，夹具主轴28通过丝杠定位键9和行星滚柱丝杠16丝杠部分圆周方向固定，夹具主轴28和丝杠端盖27固定连接，并通过丝杠固定套筒13限制行星滚柱丝杠16丝杠部分轴向运动，行星滚柱丝杠16螺母部分固连在螺母连接板15内，螺母连接板15固连在螺母套筒17上，螺母套筒17固连在套筒连接板22上，套筒连接板22固连在两个直线导轨23的滑块部分上，直线导轨23的导轨部分固连在底板26上；

加载模块包括液压缸14、加载板21，液压缸14的数量为两个，对称设置在螺母套筒17的两侧，两个液压缸14固定端固连在支撑座30垂直面上，每个液压缸14的运动端均通过对应的销轴32与加载板21连接；

测试模块包括转速转矩传感器底座6、转速转矩传感器7、弹性联轴器8、编码器31、拉压力传感器18、球头连杆19、动尺连接板24、光栅尺25；其中转速转矩传感器7通过转速转矩传感器底座6固连在底板26上，转速转矩传感器7输入端与驱动模块中安全离合器5相连，转速转矩传感器7输出端通过弹性联轴器8与丝杠夹具模块中夹具主轴28相连，编码器31固定部分固连在支撑座30上，编码器31内圈与丝杠夹具模块中夹具主轴28固连，拉压力传感器18固连在丝杠夹具模块中的螺母套筒17上，拉压力传感器18通过球头连杆19与加载模块中的加载板21连接，光栅尺25静尺部分固连在底板26上，光栅尺25动尺部分通过动尺连接板24固连在套筒连接板22上。

所述两个液压缸14固定端安装在支撑座30的垂直面两端，轴承座29位于两个液压缸14中间，在支撑座30上设置有定位槽，用于保证轴承座10与两个液压缸14位置关系。

所述加载板21两端设置有两个长孔，分别通过销轴32与两个液压缸14运动端相连，销轴32相对与加载板21具有转动和移动两个自由度，加载板21中间设置有圆孔，球头连杆19通过球头连杆销轴20与加载板连接，球头连杆19相对加载板21具有三个转动自由度。

所述两个滑动导轨23对称分布在螺母套筒17两侧，底板26上设置有定位槽，用于保证滑动导轨23与螺母套筒17位置关系。

所述丝杠端盖27孔内径d大于丝杠16轴肩外径d，丝杠固定套筒13为两个半圆环形结构。

本发明的装置采用双液压缸对行星滚柱丝杠进行加载，可以实现对行星滚柱丝杠传动效率、传动精度等性能的测量，装置结构紧凑，易操作，加载载荷大，测试精度高。

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述。

实施例

结合图1‐图8，本发明的一种行星滚柱丝杠综合加载试验装置，包括梯形槽底座1、驱动模块、夹具模块、加载模块以及测试模块，所述梯形槽底座1上设置底板26，底板26上设置丝杠夹具、加载模块和测试模块，驱动模块直接固定在底座上，驱动模块直接固定在底座上，驱动模块为丝杠提供转矩，丝杠夹具用于限制行星滚柱丝杠丝杠部分轴向运动和螺母部分转动，加载模块用于对丝杠螺母加载轴向力，测试模块用于对行星滚柱丝杠传动效率、传动精度等进行测试。

其中驱动模块包括减速器底座2、蜗轮蜗杆减速器3、伺服电机4、安全离合器5；所述蜗轮蜗杆减速器3通过减速器底座2固定在梯形槽底座1上，伺服电机4的输出轴与蜗轮蜗杆减速器3的输入轴相连，蜗轮蜗杆减速器3通过安全离合器5与测试模块中的转速转矩传感器7相连；

所述丝杠夹具包括夹具主轴28、支撑座30、丝杠端盖27、丝杠固定套筒13、丝杠定位键9、轴承端盖12、轴承座29、角接触球轴承11、主轴锁紧螺母10，螺母连接板15，螺母套筒17，套筒连接板22，直线导轨23；所述支撑座30固定在底板26，支撑座30上固连轴承座29，轴承座29内设置两个角接触球轴承11，轴承外圈通过轴承端盖12和轴承座29轴向固定，轴承内圈固连夹具主轴28，夹具主轴28通过主轴锁紧螺母10和轴承内圈轴向固定，夹具主轴28通过丝杠定位键9和行星滚柱丝杠16丝杠部分圆周方向固定，夹具主轴28和丝杠端盖27固定连接，并通过丝杠固定套筒13限制行星滚柱丝杠16丝杠部分轴向运动，行星滚柱丝杠16螺母部分固连在螺母连接板15内，螺母连接板15固连在螺母套筒17上，螺母套筒17固连在套筒连接板22上，套筒连接板22固连在两个直线导轨23的滑块部分上，直线导轨23的导轨部分固连在底板26上。

加载模块包括液压缸14、加载板21；两个液压缸14固定端固连在支撑座9垂直面上，液压缸14运动端通过销轴32与加载板21连接。

测试模块包括转速转矩传感器底座6、转速转矩传感器7、弹性联轴器8、编码器31、拉压力传感器18、球头连杆19、动尺连接板24、光栅尺25；转速转矩传感器7通过转速转矩传感器底座6固连在底板26上，转速转矩传感器7输入端与驱动模块中安全离合器5相连，转速转矩传感器7输出端通过弹性联轴器8与丝杠夹具模块中夹具主轴28相连，编码器31固定部分固连在支撑座30上，编码器31内圈与丝杠夹具模块中夹具主轴28固连，拉压力传感器18固连在丝杠夹具模块中的螺母套筒17上，拉压力传感器18通过球头连杆19与加载模块中的加载板21连接，光栅尺25静尺部分固连在底板26上，光栅尺25动尺部分固连在套筒连接板22上。

两个液压缸14固定端安装在支撑座30的垂直面两端，轴承座29位于两个液压缸14中间，在支撑座30上设置有定位槽如图4所示，保证轴承座10与两个液压缸14位置关系。

为克服加工误差导致试验装置可能出现卡死现象，加载板21两端设置有长孔，通过销轴32与两个液压缸14运动端相连，销轴32相对与加载板21具有转动和移动两个自由度。加载板21中间设置有圆孔，球头连杆19通过销轴20与加载板连接，球头连杆19相对加载板21具有三个转动自由度，如图2、图5所示。

在俯视图图2内，两个滑动导轨23对称分布在螺母套筒17两侧，底板26上设置有定位槽，保证滑动导轨23与螺母套筒17位置关系。

丝杠端盖27孔内径d大于丝杠16轴肩外径d如图6所示，丝杠固定套筒13为两个半圆环形结构如图7所示，夹具主轴28端部加工成半个联轴器形状，直接与联轴器8连接，减少中间传动环节，提高行星滚柱丝杠效率测试精度。

工作时，两个液压缸14产生轴向载荷，通过加载板21将载荷传递到球头连杆19上，球头连杆19通过拉压力传感器18将载荷传递到螺母套筒17上，螺母套筒17通过螺母连接板15将载荷传递到行星滚柱丝杠16的螺母上，同时拉压力传感器18对所加载荷进行测量，实现载荷的加载和测量；伺服电机4转动，通过涡轮蜗杆减速器3、安全离合器5将运动传递给转速转矩传感器7，转速转矩传感器7通过弹性联轴器8将运动传递给夹具主轴28，夹具主轴28将运动传递给行星滚柱丝杠16丝杠部分，行星滚柱丝杠16将丝杠部分转动转化为螺母部分的轴向直线运动，转速转矩传感器7用于测量行星滚柱丝杠16输入转矩；同时，运动过程中，行星滚柱丝杠16输入端角位移通过编码器31测量，行星滚柱丝杠16输出端直线位移通过光栅尺25测量。

本发明的装置结构简单，易于加工实现。底座支撑刚度好，可以很好的满足行星滚柱丝杠加载过程中对大载荷的需求；同时，可以显著减小液压伺服加载过程中振动对试验结果的影响。