一种丝杠副传动效率动态测量装置的制作方法

本实用新型属于丝杠副动态效率领域，特别是一种丝杠副传动效率动态测量装置。

背景技术：

在现代制造系统中，数控机床对制造业起着举足轻重的作用。近年来，随着国内数控机床工业技术水平的逐渐提升，数控机床性能有了长远的发展，机床产业的发展取得了明显的进步。但是，从机床产品总体技术水平来看，我国与国际先进水平还有较大差距，特别在一些高性能、高精度的高端机床产品方面差距尤为明显。作为数控机床关键功能部件的传动功能部件，在传动效率的动态测量与性能特性研究方面的问题非常突出，急需技术攻关来解决。因此，从丝杠副传动效率动态测量与性能研究入手，检验并提高传动功能部件的传动效率已成为国产传动功能部件生产企业的当务之急，直接影响到我国机床行业和装备制造业的发展。

丝杠副的传动效率就是输出功率与输入功率的比值，这是从理论上定义的传动效率，其大小直接影响这丝杠副甚至整个数控机床的质量。因此，只有进行丝杠副传动效率的动态测量以及综合性能的研究分析才能真正提高产品的质量，目前国内在传动效率动态测量方面的研究仍然很少，具有相当大的改进和提高空间。丝杠副效率行业内普遍采用经验值，具体测量原理是通过测量输出功率与输入功率，将两者相除即为效率。目前，丝杠副动态效率测量系统还不完善，在结构布局上，现有的检测装置无法测量丝杠副动态效率；在软件处理上，还没有专门的检测软件，需要调试。

现在为了测量丝杠副传动效率，通常的装置是先将丝杠正装，然后通过加负载(砝码，加压等方式)，逐一测量丝杠传动效率；再将丝杠拆卸，反装，加载，测量丝杠传动效率。但是在这种方式下测量丝杠传动效率不仅效率低下，且不能测量丝杠逆传动时的传动效率。

技术实现要素：

本实用新型所解决的技术问题在于提供一种丝杠副传动效率动态测量装置。

实现本实用新型目的的技术解决方案为：一种丝杠副传动效率动态测量装置，包括四档转换机构、床身、工作台、尾架、电机；床身包括底座和面板，面板垂直设置于底座的上表面；面板的一侧设置3组与底座上表面垂直的带有滑块的平行导轨，3组导轨从一端起分别记为第一导轨、第二导轨、第三导轨，其中第二导轨的滑块上设置尾架，且尾架的轴线与第二导轨平行，第一导轨与第三导轨的滑块上设置工作台；底座的一侧设置一个用于驱动四档转换机构运动的电机，电机上设置电机同步带轮。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点：1)本实用新型原理简单，在一次装夹丝杠后，便可通过齿轮间啮合关系的转换实现测量正传动有负载、正传动无负载、逆传动有负载、逆传动无负载四种情况下丝杠的传动效率；2)本实用新型换挡动作由滑移齿轮完成，控制简单可靠，极大地增加了装置的实用性能和操作性能；3)本实用新型采用立式结构，能减小头、尾架同轴度误差，减少跑合丝杠挠度，结构简单且安装方便。

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

附图说明

图1为本实用新型丝杠副传动效率动态测量装置的总体结构示意图。

图2为本实用新型测量装置的四档转换机构的总体结构示意图。

图3为本实用新型测量装置的四档转换机构的被测主轴系示意图。

图4为本实用新型测量装置的四档转换机构的花键主轴系示意图。

图5为本实用新型测量装置的四档转换机构的陪跑主轴系示意图。

图6为本实用新型测量装置的四档转换机构的制动器主轴系示意图。

图7为本实用新型测量装置的尾架示意图。

图8为本实用新型测量装置的工作台示意图。

图9为本实用新型测量装置的正传动有负载档位传动流程图。

图10为本实用新型测量装置的正传动无负载档位传动流程图。

图11为本实用新型测量装置的逆传动有负载档位传动流程图。

图12为本实用新型测量装置的逆传动无负载档位传动流程图。

具体实施方式

结合图1，本实用新型一种丝杠副传动效率动态测量装置，包括四档转换机构1、床身2、工作台3、尾架4、电机5；床身2包括底座6和面板7，面板7垂直设置于底座6的上表面；面板7的一侧设置3组与底座6上表面垂直的带有滑块的平行导轨，3 组导轨从一端起分别记为第一导轨7-1、第二导轨7-2、第三导轨7-3，其中第二导轨7-2 的滑块上设置尾架4，且尾架4的轴线与第二导轨7-2平行，第一导轨7-1与第三导轨 7-3的滑块上设置工作台3；底座6的一侧设置一个用于驱动四档转换机构1运动的电机5，电机5上设置电机同步带轮5-1。

结合图2，所述四档转换机构1包括被测主轴系1-1、花键主轴系1-2、陪跑主轴系 1-3、制动器主轴系1-4，上述四个轴系均通过机架安装在底座6上，制动器主轴系1-4 有一组齿轮副常啮合，通过移动花键主轴系1-2上的第一滑移齿轮1-2-3及制动器主轴系1-4上的第二滑移齿轮1-4-3的位置实现四档转换。

结合图3，所述被测主轴系1-1包括胀套1-1-1、胀套座1-1-2、胀套座拖1-1-3、第一机架1-1-4、第一连轴器1-1-5、三参数传感器1-1-6、第二联轴器1-1-7、第一齿轮1-1-8、第一主轴1-1-9、第二主轴1-1-10；所述第一主轴1-1-9的一端设置胀套座1-1-2，第一主轴1-1-9的另一端固连第一连轴器1-1-5的一端，胀套座1-1-2与第一连轴器1-1-5之间设置用于将第一主轴1-1-9固定于测量箱体上的第一机架1-1-4，胀套座1-1-2与第一机架1-1-4之间设置胀套座拖1-1-3，胀套1-1-1的一端固定于胀套座1-1-2上远离第一机架1-1-4的一端，且胀套1-1-1的另一端连接被测丝杠1-5，胀套座1-1-2的另一端与胀套座拖1-1-3固连；第一连轴器1-1-5的另一端固连三参数传感器1-1-6的一端，三参数传感器1-1-6的另一端固连第二联轴器1-1-7的一端，第二联轴器1-1-7的另一端固连第二主轴1-1-10的一端，第二主轴1-1-10的另一端设置第一齿轮1-1-8；被测主轴系1-1 与尾架4同轴设置。

结合图4，所述花键主轴系1-2包括花键轴1-2-1、第二机架1-2-2、第一滑移齿轮 1-2-3、第一传动齿轮1-2-4；所述花键轴1-2-1的一端设置用于将花键轴1-2-1固定于测量箱体上的第二机架1-2-2，花键轴1-2-1的另一端设置第一传动齿轮1-2-4，第二机架 1-2-2与第一传动齿轮1-2-4之间设置第一滑移齿轮1-2-3，第一滑移齿轮1-2-3可沿花键轴1-2-1的轴向移动；第一滑移齿轮1-2-3与外界电机输出齿轮相啮合。

结合图5，所述陪跑主轴系1-3包括第三机架1-3-2、第三联轴器1-3-3、传动轴1-3-4、第二传动齿轮1-3-5；所述传动轴1-3-4的一端固连第三联轴器1-3-3的一端，第三联轴器1-3-3的另一端设置第二传动齿轮1-3-5，第三联轴器1-3-3的另一端固连第三机架 1-3-2的一端，第三机架1-3-2的另一端连接陪跑丝杠1-3-1；第三机架1-3-2固定于测量箱体上。

结合图6，所述制动器主轴系1-4包括第四机架1-4-1、制动器连接轴1-4-2、第二滑移齿轮1-4-3、第一锥齿轮1-4-4、第二锥齿轮1-4-5、传动主轴1-4-6、第四联轴器1-4-7、制动器1-4-8；所述制动器连接轴1-4-2的一端设置第四机架1-4-1，制动器连接轴1-4-2 的另一端设置第一锥齿轮1-4-4，第四机架1-4-1与第一锥齿轮1-4-4之间设置第二滑移齿轮1-4-3，第二滑移齿轮1-4-3可沿制动器连接轴1-4-2的轴向移动；所述传动主轴1-4-6 的一端设置第二锥齿轮1-4-5，传动主轴1-4-6的另一端固连第四联轴器1-4-7的一端，第四联轴器1-4-7的另一端固连制动器1-4-8；所述第四机架1-4-1固定于测量箱体上，第一锥齿轮1-4-4与第二锥齿轮1-4-5相啮合，制动器1-4-8用于提供负载。

结合图7，所述尾架4包括尾架顶尖4-1，顶尖套4-2，尾架座4-3，T型丝杠4-4，螺母4-5、手柄4-6和钳制器4-7；所述尾架座4-3为空心体结构，其内部设置顶尖套4-2，顶尖套4-2远离底座6的一端连接螺母4-5，螺母4-5、T型丝杠4-4、手柄4-6依次相连；所述尾架顶尖4-1嵌套于顶尖套4-2内；手柄4-6依次带动T型丝杠4-4、螺母4-5、顶尖套4-2、尾架顶尖4-1在轴向进行伸缩运动；所述钳制器4-7置于导轨上，且通过连接板与尾架座4-3相连，用于锁紧尾架顶尖4-1。

结合图8，所述工作台3包括螺母固定台3-1、连接座3-2，连接座3-2与螺母固定台3-1的一端固连；位于第一导轨7-1与第三导轨7-3之间的螺母固定台3-1上设置了两个通孔，其中的一个通孔与被测主轴系1-1与尾架4同轴设置，另一个通孔与陪跑主轴系1-3同轴设置，且每个通孔的边缘一周设置有与丝杠螺母相配合的螺栓孔，用于固定丝杠副的螺母，螺母带动工作台3同轴运动。结合图1和图8，所述面板7的导轨所在面上，设置有与导轨平行的若干条卡槽8，且该若干条卡槽8相对于螺母固定台3-1 与连接座3-2同侧；每条卡槽中设置有m个带有用于限定丝杠副的运动行程和运动极限位置的感应头9的感应座10，连接座3-2上设置有与每条卡槽中感应座10同轴的感应头9。

进一步地，m＝2。

进一步地，床身2采用金属材料。

四档转换测量机构处于正传动有负载档状态时，花键主轴系1-2上的第一滑移齿轮 1-2-3与被测主轴系1-1上的第一齿轮1-1-8相啮合，制动器主轴系1-4上的第二滑移齿轮1-4-3与陪跑主轴系1-3上的第二传动齿轮1-3-5相啮合。正传动有负载档位传动流程如图9所示，具体如下：

1、电机5—电机同步带轮5-1—花键主轴传动齿轮1-2-4—滑移齿轮1-2-3—被测主轴齿轮1-1-8—被测丝杠1-5—螺母固定台3-1—陪跑丝杠1-3-1。

2、制动器1-4-8—第二锥齿轮1-4-5—第一锥齿轮1-4-4—滑移齿轮1-4-3—陪跑主轴传动齿轮1-3-5—陪跑丝杠1-3-1。

四档转换测量机构处于正传动无负载档状态时，花键主轴系1-2上的第一滑移齿轮1-2-3与被测主轴系1-1上的第一齿轮1-1-8相啮合，制动器主轴系1-4上的第二滑移齿轮1-4-3与陪跑主轴系1-3上的第二传动齿轮1-3-5、被测主轴系1-1上的第一齿轮1-1-8 均分离。正传动无负载档位传动流程如图10所示，具体如下：

电机5—电机同步带轮5-1—花键主轴传动齿轮1-2-4—滑移齿轮1-2-3—被测主轴齿轮1-1-8—被测丝杠1-5—螺母固定台3-1—陪跑丝杠1-3-1。

四档转换测量机构处于逆传动有负载档状态时，花键主轴系1-2上的第一滑移齿轮 1-2-3与陪跑主轴系1-3上的第二传动齿轮1-3-5相啮合，制动器主轴系1-4上的第二滑移齿轮1-4-3与被测主轴系1-1上的第一齿轮1-1-8相啮合。逆传动有负载档位传动流程如图11所示，具体如下：

1、电机5—电机同步带轮5-1—花键主轴传动齿轮1-2-4—滑移齿轮1-2-3—陪跑主轴传动齿轮1-3-5—陪跑丝杠1-3-1—螺母固定台3-1—被测丝杠1-5。

2、制动器1-4-8—第二锥齿轮1-4-5—第一锥齿轮1-4-4—滑移齿轮1-4-3—被测主轴齿轮1-1-8—被测丝杠1-5。

四档转换测量机构处于逆传动无负载档状态时，花键主轴系1-2上的第一滑移齿轮 1-2-3与陪跑主轴系1-3上的第二传动齿轮1-3-5相啮合，制动器主轴系1-4上的第二滑移齿轮1-4-3与陪跑主轴系1-3上的第二传动齿轮1-3-5、被测主轴系1-1上的第一齿轮 1-1-8均分离。逆传动无负载档位传动流程如图12所示，具体如下：

电机5—电机同步带轮5-1—花键主轴传动齿轮1-2-4—滑移齿轮1-2-3—陪跑主轴传动齿轮1-3-5—陪跑丝杠1-3-1—螺母固定台3-1—被测丝杠1-5。

本实用新型装置工作时，利用上述丝杠副动态效率测量装置进行滚珠丝杠副传动效率测量的过程为，其被测主轴系、尾架装置夹持着待测丝杠，丝杠先和被测主轴系胀套配合，尾架通过导轨滑块在连接在床身上的导轨上运动，调整位置被测主轴系；通过工作台的螺母固定台固定待测丝杠的螺母，之后再通过电机带动待测丝杠运动以调整其螺母的位置至丝杠测量起始端；然后调节卡槽中感应座的位置，确定待测丝杠的运动行程和运动极限位置；之后开始测量：

1、进行正传动有负载档位测量，将花键主轴系上的第一滑移齿轮与被测主轴系上的第一齿轮相啮合，制动器主轴系上的第二滑移齿轮与陪跑主轴系上的第二传动齿轮相啮合，工控机发出指令控制电机工作，电机通过同步带传动使胀套旋转进而带动被测丝杠旋转；丝杠旋转带动工作台上的螺母固定台进行相应的轴向运动，进而使得螺母固定台带动连接座上的感应头进行同轴移动；根据计算机收集到丝杠旋转扭矩、转速、轴向力，确定被测丝杠的传动效率。

2、进行正传动无负载档位测量，将花键主轴系上的第一滑移齿轮与被测主轴系上的第一齿轮相啮合，制动器主轴系上的第二滑移齿轮与陪跑主轴系上的第二传动齿轮和被测主轴系上的第一齿轮都分离，工控机发出指令控制电机工作，电机通过同步带传动使胀套旋转进而带动被测丝杠旋转；丝杠旋转带动工作台上的螺母固定台进行相应的轴向运动，进而使得螺母固定台带动连接座上的感应头进行同轴移动；根据计算机收集到丝杠旋转扭矩、转速、轴向力，确定被测丝杠的传动效率。

3、进行逆传动有负载档位测量，将花键主轴系上的第一滑移齿轮与陪跑主轴系上的第二传动齿轮相啮合，制动器主轴系上的第二滑移齿轮与被测主轴系上的第一齿轮相啮合，工控机发出指令控制电机工作，电机通过同步带传动使胀套旋转进而带动被测丝杠旋转；丝杠旋转带动工作台上的螺母固定台进行相应的轴向运动，进而使得螺母固定台带动连接座上的感应头进行同轴移动；根据计算机收集到丝杠旋转扭矩、转速、轴向力，确定被测丝杠的传动效率。

4、进行逆传动无负载档位测量，将花键主轴系上的第一滑移齿轮与陪跑主轴系上的第二传动齿轮相啮合，制动器主轴系上的第二滑移齿轮与陪跑主轴系上的第二传动齿轮和被测主轴系上的第一齿轮都分离，工控机发出指令控制电机工作，电机通过同步带传动使胀套旋转进而带动被测丝杠旋转；丝杠旋转带动工作台上的螺母固定台进行相应的轴向运动，进而使得螺母固定台带动连接座上的感应头进行同轴移动；根据计算机收集到丝杠旋转扭矩、转速、轴向力，确定被测丝杠的传动效率。

完成上述正传动有负载档位测量、正传动无负载档位测量、逆传动有负载档位测量、逆传动无负载档位测量，即完成丝杠副传动效率动态测量。

本实用新型能满足滚珠丝杠副传动效率测量的要求，实现一次装夹后，能够测量正传动有负载、正传动无负载、逆传动有负载、逆传动无负载四种状态下丝杠副传动效率；且采用立式结构，能减少头、尾架同轴度误差，减少丝杠挠度，结构简单，安装方便。