一种丝杠负载能力及传动效率检测装置的制作方法

本发明涉及一种丝杠性能检测装置，具体涉及一种丝杠负载能力及传动效率检测装置。

背景技术：

丝杠，尤其是滚珠丝杠，是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。

滚珠丝杠是工具机械和精密机械上最常使用的传动元件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反复作用力，同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。由于对丝杠的精密度要求高，故生产后需要对其承受载荷的能力和传动效率进行测量及检定。

现有的检测装置是基于电动机为动力源的滚珠丝杠性能测试试验台，其避免了人力操作，方便快捷。但是，对于螺纹长度较短的特种异型丝杠，由于电动机的转速较快，测量开始后会迅速选择并很快退出丝杠的螺纹区，从而导致无法测量或测量结果不准确。因此，基于电动机的测试试验台适用性差，而且采用电动机做为动力源必然增加经济成本。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种丝杠负载能力及传动效率检测装置，该装置解决了现有检测装置不能测定螺纹长度较短的丝杠的问题，能够既适用于常规丝杠的性能测试，又适用于各种异型丝杠，结构小巧、成本低。

为了达到上述目的，本发明提供了一种丝杠负载能力及传动效率检测装置，该装置包含：测量平台，其包含：支撑架和实验台，该支撑架固定设置在实验台的下表面，用于支撑该实验台；第一定滑轮，其固定在所述实验台的上表面；第二定滑轮，其固定在所述支撑架的底部；第三定滑轮，其固定在所述实验台的下表面；拉力或压力放大滑轮组，其固定在所述实验台的下表面，处于第二定滑轮和第三定滑轮之间，且呈竖直排列，其竖直排列的中轴线与第二定滑轮一侧切线处于同一位置；配重箱，其具有中空腔体，用于放置不同重量的砝码；连接件，其首端具有连接环，尾端具有外螺纹；钢丝绳，其分为第一钢丝绳和第二钢丝绳；该第一钢丝绳的首端固定在所述拉力或压力放大滑轮组上，竖直延伸至第二定滑轮，依次绕置过第二定滑轮和第一定滑轮且水平延伸至连接环，其尾端与连接环固定连接；该第二钢丝绳首端与配重箱固定连接，依次绕置过第三定滑轮和拉力或压力放大滑轮组，且首端与该拉力或压力放大滑轮组最内圈的滑轮固定连接；滑动部件，其设置在所述的实验台上，且可相对实验台滑动，其具有：第一通孔，被测丝杠的一端穿设在第一通孔内，与该第一通孔的尾端螺纹连接；拉压力传感器，其固定在所述滑动部件的首端，所述连接件的尾端螺纹连接在其上，其用于将拉力或压力变化转化为电信号；转动部件，其固定在所述的实验台上，具有可转动的平键套管，所述被测丝杠的另一端固定在该平键套管上，其用于带动所述被测丝杠转动；以及力矩仪，其与所述平键套管的尾端螺纹连接，用于带动所述平键套管转动并监测所述被测丝杠所载荷的力矩。

其中，所述连接件为长杆拉环或短杆拉环；该短杆拉环的首端处于该第一定滑轮靠近所述滑动部件的一侧；该长杆拉环的首端处于该第一定滑轮远离所述滑动部件的一侧。

在使用状态时，测定被测丝杠的拉力性能时，所述的连接件为短杆拉环，测定被测丝杠的压力性能时，所述的连接件为长杆拉环。

优选地，所述的滑动部件包含：导轨，其固定设置在所述实验台的上表面；滑块，其底部滑动设置在所述的导轨上；以及承载套，其与所述滑块的顶部固定连接，首端具有与所述拉压力传感器固定连接，其设有所述的第一通孔。

优选地，所述的拉压力传感器与承载套通过双头螺柱固定连接。

优选地，所述第一通孔的尾端通过螺纹连接有丝杠螺母，承载套的尾端固定螺母压盖，用于固定所述的丝杠螺母；所述的被测丝杠穿设过所述的螺母压盖并与丝杠螺母螺纹连接。

优选地，所述的转动部件包含：固定架，其固定设置在所述支撑台的上表面，具有：第二通孔，该第二通孔与第一通孔的中轴线处于同一位置；以及丝杠法兰压盖，其可拆卸地设置在所述平键套管的首端，用于将所述被测丝杠夹紧。

其中，所述平键套管转动设置在所述的第二通孔内，其内壁上对称固定有平键，所述被测丝杠的另一端穿设在其内，该被测丝杠侧壁上对称设置的平键槽与该平键相适配。

优选地，所述平键套管的外壁从首端到尾端呈阶梯状以形成若干台肩；所述的转动部件还包含：角接触球轴承，其对称固定设置在所述平键套管外壁的台肩上，用以将所述的平键套管支撑在所述的固定架内。

优选地，所述的角接触球轴承通过第一压盖和第二压盖固定在所述的平键套管外壁的台肩上。

优选地，所述的平键套管外壁为阶梯式以形成三个台肩，从首端到尾端依次分别为第一台肩、第二台肩和第三台肩；该第二台肩和第三台肩的尾端均设有外螺纹；所述的角接触球轴承设置在所述第二台肩的首端，所述的第一压盖固定设置在所述第一台肩上，与所述角接触球轴承的一侧相接触；所述的第二压盖螺纹连接在所述第二台肩的尾端，与角接触球轴承的另一侧相接触；所述力矩仪螺纹连接在所述第三台肩的尾端。

优选地，所述的角接触球轴承为两点角接触球轴承，两个两点角接触球轴承面对面设置。

优选地，所述的拉力或压力放大滑轮组包含：一个第四定滑轮和n个动滑轮，n个动滑轮分别表示为：第i动滑轮，且i＝1、2……n，n为奇数；所述的第四定滑轮固定在所述实验台的下表面，所述动滑轮与第四定滑轮处于同一列，从上至下依次为第四定滑轮、第1动滑轮、第2动滑轮……第n动滑轮。

所述第一钢丝绳的首端固定在第n动滑轮上，依次绕置过第二定滑轮和第一定滑轮，尾端与连接环固定连接。所述第二钢丝绳首端与配重箱固定连接，依次绕置过第三定滑轮、第n动滑轮、第四定滑轮、第n-1动滑轮、第1动滑轮……第(n+1)/2动滑轮，且尾端与第(n+1)/2动滑轮固定连接；所述配重箱的重量被放大了n+2倍。

本发明的丝杠负载能力及传动效率检测装置，解决了现有检测装置不能测定螺纹长度较短的丝杠的问题，具有以下优点：

(1)适用性强：既适用于常规丝杠的性能测试，又适用于各种异型丝杠，特别是微加工领域常用的微小型丝杠；

(2)经济性好：省去了电动机、减速器等大型机件，结构小巧、成本低；

(3)节能：无需消耗电能。

附图说明

图1为本发明实施例1的丝杠负载能力及传动效率检测装置测定拉力时的结构示意图。

图2为本发明实施例1的丝杠负载能力及传动效率检测装置测定压力时的结构示意图。

图3为本发明的滑动部件和转动部件的结构示意图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种丝杠负载能力及传动效率检测装置，如图1所示，为本发明实施例1的丝杠负载能力及传动效率检测装置的结构示意图，如图2所示，为本发明实施例1的丝杠负载能力及传动效率检测装置测定压力时的结构示意图，该装置包含：测量平台，其包含：支撑架11和实验台12，该支撑架11固定设置在实验台12的下表面，用于支撑该实验台12；第一定滑轮21，其固定在实验台12的上表面；第二定滑轮22，其固定在支撑架11的底部；第三定滑轮23，其固定在实验台12的下表面；拉力或压力放大滑轮组，其固定在实验台12的下表面，处于第二定滑轮22和第三定滑轮23之间，且呈竖直排列，其竖直排列的中轴线与第二定滑轮22一侧切线处于同一位置；配重箱30，其具有中空腔体，用于放置不同重量的砝码；连接件40，其首端具有连接环，尾端具有外螺纹；钢丝绳50，其分为第一钢丝绳和第二钢丝绳；该第一钢丝绳的首端固定在拉力或压力放大滑轮组上，竖直延伸至第二定滑轮22，依次绕置过第二定滑轮22和第一定滑轮21且水平延伸至连接环，其尾端与连接环固定连接；该第二钢丝绳首端与配重箱30固定连接，依次绕置过第三定滑轮23和拉力或压力放大滑轮组，且首端与该拉力或压力放大滑轮组最内圈的滑轮固定连接；滑动部件，其设置在实验台12上，且可相对实验台12滑动，其具有：第一通孔，被测丝杠1的一端穿设在第一通孔内，与该第一通孔的尾端螺纹连接；拉压力传感器70，其固定在滑动部件的首端，连接件40的尾端螺纹连接在其上，其用于将拉力或压力变化转化为电信号；转动部件，其固定在实验台12上，具有可转动的平键套管82，被测丝杠1的另一端固定在该平键套管82上，其用于带动被测丝杠1转动；以及力矩仪90，其与平键套管82的尾端螺纹连接，用于带动平键套管82转动并监测被测丝杠1所载荷的力矩。

其中，连接件40为长杆拉环或短杆拉环；该短杆拉环的首端处于该第一定滑轮21靠近滑动部件的一侧；该长杆拉环的首端处于该第一定滑轮21远离滑动部件的一侧。

在使用状态时，测定被测丝杠1的拉力性能时，连接件40为短杆拉环，测定被测丝杠1的压力性能时，连接件40为长杆拉环。

进一步地，如图3所示，为本发明的滑动部件和转动部件的结构示意图，滑动部件包含：导轨61，其固定设置在实验台12的上表面；滑块62，其底部滑动设置在导轨61上；以及承载套63，其与滑块62的顶部固定连接，首端具有与拉压力传感器70固定连接，其设有第一通孔。被测丝杠1做旋转运动时，螺母在外界约束下做直线运动，承载套63是外界约束，它和螺母一起随着丝杠的旋转作直线运动，导轨61和滑块62在下方始终提供平稳的支撑，以免垂直方向的力干扰水平向的测量。

进一步地，拉压力传感器70与承载套63通过双头螺柱2固定连接。

进一步地，第一通孔的尾端通过螺纹连接有丝杠螺母3，承载套63的尾端固定螺母压盖4，用于固定丝杠螺母3；被测丝杠1穿设过螺母压盖4并与丝杠螺母3螺纹连接。

进一步地，如图3所示，为本发明的滑动部件和转动部件的结构示意图，转动部件包含：固定架81，其固定设置在支撑台12的上表面，具有：第二通孔，该第二通孔与第一通孔的中轴线处于同一位置；以及丝杠法兰压盖83，其可拆卸地设置在平键套管82的首端，用于将被测丝杠1夹紧。

其中，平键套管82转动设置在第二通孔内，其内壁上对称固定有平键，被测丝杠1的另一端穿设在其内，该被测丝杠1侧壁上对称设置的平键槽与该平键相适配。

进一步地，平键套管82的外壁从首端到尾端呈阶梯状以形成若干台肩；转动部件还包含：角接触球轴承84，其对称固定设置在平键套管82外壁的台肩上，用以将平键套管82支撑在固定架81内。

进一步地，角接触球轴承84通过第一压盖5和第二压盖6固定在平键套管82外壁的台肩上。

进一步地，平键套管82外壁为阶梯式以形成三个台肩，从首端到尾端依次分别为第一台肩、第二台肩和第三台肩；该第二台肩和第三台肩的尾端均设有外螺纹；角接触球轴承84设置在第二台肩的首端，第一压盖5固定设置在第一台肩上，与角接触球轴承84的一侧相接触；第二压盖6螺纹连接在第二台肩的尾端，与角接触球轴承84的另一侧相接触；力矩仪90螺纹连接在第三台肩的尾端。

进一步地，角接触球轴承84为两点角接触球轴承，两个两点角接触球轴承面对面设置。两点角接触球轴承的价格较低，但只能承受单方向的轴向力，所以需要双向受力时，必须面对面、或者是背对背的成对使用。本发明的角接触球轴承并不限于两点角接触球轴承，还可使用四点角接触球轴承，其造价较高，但体积小，能够承受双向的轴向力，所以在空间较小的时候使用。

进一步地，拉力或压力放大滑轮组包含：一个第四定滑轮24和n个动滑轮，n个动滑轮分别表示为：第i动滑轮，且i＝1、2……n，n为奇数；第四定滑轮24固定在实验台12的下表面，动滑轮与第四定滑轮24处于同一列，从上至下依次为第四定滑轮24、第1动滑轮、第2动滑轮……第n动滑轮。

第一钢丝绳的首端固定在第n动滑轮上，依次绕置过第二定滑轮22和第一定滑轮21，尾端与连接环固定连接。第二钢丝绳首端与配重箱30固定连接，依次绕置过第三定滑轮23、第n动滑轮、第四定滑轮24、第n-1动滑轮、第1动滑轮……第(n+1)/2动滑轮，且尾端与第(n+1)/2动滑轮固定连接；配重箱30的重量被放大了n+2倍。

实施例1

一种丝杠负载能力及传动效率检测装置，如图1所示，为本发明实施例1的丝杠负载能力及传动效率检测装置的结构示意图，如图2所示，为本发明实施例1的丝杠负载能力及传动效率检测装置测定压力时的结构示意图，该装置包含：支撑架11、实验台12、第一定滑轮21、第二定滑轮22、第三定滑轮23、拉力或压力放大滑轮组、配重箱30、连接件40、钢丝绳50、滑动部件、拉压力传感器70、转动部件、力矩仪90。

支撑架11固定设置在实验台12的下表面。第一定滑轮21固定在实验台12的上表面，第二定滑轮22固定在支撑架11的底部，第三定滑轮23固定在实验台12的下表面。

连接件40为长杆拉环或短杆拉环，其首端具有连接环，尾端具有外螺纹，以螺纹连接在该拉压力传感器70上。该短杆拉环的首端处于该第一定滑轮21靠近滑动部件的一侧；该长杆拉环的首端处于该第一定滑轮21远离滑动部件的一侧(参照图1和图2)。在使用状态时，测定被测丝杠1的拉力性能时，连接件40为短杆拉环，测定被测丝杠1的压力性能时，连接件40为长杆拉环。

滑动部件包含：导轨61、滑块62和承载套63。其中，导轨61固定设置在实验台12的上表面，滑块62的底部滑动设置在该导轨61上，其顶部与承载套63固定连接。承载套63的首端与拉压力传感器70固定连接，该承载套63沿其轴向设有：第一通孔，该第一通孔的尾端通过螺纹连接有丝杠螺母3，承载套63的尾端固定螺母压盖4以固定丝杠螺母3。

拉压力传感器70通过双头螺柱2固定在承载套63的首端。

转动部件包含：固定架81、平键套管82、丝杠法兰压盖83和角接触球轴承84。其中，固定架81固定设置在支撑台12的上表面，具有：第二通孔，该第二通孔与第一通孔的中轴线处于同一位置。平键套管82转动设置在第二通孔内，其内壁上对称固定有平键。被测丝杠1的一端穿设过螺母压盖4并与丝杠螺母3螺纹连接且处于第一通孔内，另一端穿设在平键套管82内，该被测丝杠1侧壁上对称设置的平键槽与平键套管82内壁上的平键相适配。丝杠法兰压盖83通过螺栓可拆卸地设置在平键套管82的首端。角接触球轴承84对称固定设置在平键套管82外壁的台肩上，并通过第一压盖5和第二压盖6固定在平键套管82外壁的台肩上，该角接触球轴承84为两点角接触球轴承，两个两点角接触球轴承面对面设置。

平键套管82外壁为阶梯式以形成三个台肩，从首端到尾端依次分别为第一台肩、第二台肩和第三台肩；该第二台肩和第三台肩的尾端均设有外螺纹；角接触球轴承84设置在第二台肩的首端，第一压盖5固定设置在第一台肩上，与角接触球轴承84的一侧相接触；第二压盖6螺纹连接在第二台肩的尾端，与角接触球轴承84的另一侧相接触；力矩仪90螺纹连接在第三台肩的尾端。

拉力或压力放大滑轮组固定在实验台12的下表面，处于第二定滑轮22和第三定滑轮23之间，且呈竖直排列，其竖直排列的中轴线与第二定滑轮22一侧切线处于同一位置。配重箱30具有中空腔体，用于放置不同重量的砝码。

拉力或压力放大滑轮组包含：一个第四定滑轮24和3个动滑轮，3个动滑轮分别表示为：第1动滑轮25、第2动滑轮26和第3动滑轮27。第四定滑轮24固定在实验台12的下表面，动滑轮与第四定滑轮24处于同一列，从上至下依次为第四定滑轮24、第1动滑轮、第2动滑轮和第3动滑轮。

钢丝绳50分为第一钢丝绳和第二钢丝绳，第一钢丝绳的首端固定在第3动滑轮上，依次绕置过第二定滑轮22和第一定滑轮21，尾端与连接环固定连接。第二钢丝绳首端与配重箱30固定连接，依次绕置过第三定滑轮23、第3动滑轮、第四定滑轮24、第2动滑轮和第1动滑轮，且尾端与第1动滑轮固定连接，配重箱30的重量被放大了5倍。

本发明的丝杠负载能力及传动效率检测装置的工作原理，具体如下：

测量丝杠1的抗拉能力时，在拉压力传感器70左端旋入短杆拉环，钢丝绳50逆时针缠绕在实验台上的定滑轮上。此时，配重箱30的重量经过5倍(实施例1)的放大，施加在被测丝杠1上。

平稳地转动力矩仪90把手，使拉压力传感器70与力矩仪90的读数均保持稳定。当读数稳定时，拉压力传感器70的读数与被测丝杠1受到的拉力f相等，力矩仪90的读数与被测丝杠1受到的扭矩t相等，故两个的读数分别为被测丝杠1受到的拉力f和扭矩t。

测量丝杠的抗压能力时，在拉压力传感器70左端旋入长杆拉环，钢丝绳50顺时针缠绕在实验台上的定滑轮上，其它操作与上述步骤相同。

检测被测丝杠1的额定抗拉、压能力时，可按其理论设计抗拉、压力大小的数据值的1/5，放置砝码。转动力矩仪90的转把，看被测丝杠1的传动是否正常、平稳、顺畅。

做极限测试时，将力矩仪90固定，而后在额定载荷的基础上不断增加砝码的重量，直到被测丝杠1的螺纹无法承受被破坏，此时的临界值即为被测丝杠的极限抗拉、压能力。

由丝杠的力矩计算公式变换可以得到：

式中，η-效率，t-扭矩，f-拉力或压力，pn-丝杠导程。

测试中，通过拉压力传感器70与力矩仪90的读数可以得到拉力f和扭矩t的测量结果，再带入上述公式即可计算出该丝杠的传动效率η。

综上所述，本发明的丝杠负载能力及传动效率检测装置能够既适用于常规丝杠的性能测试，又适用于各种异型丝杠，结构小巧、成本低。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。