一种具有组件健康状态在线监测装置的消隙螺母结构的制作方法

本发明涉及自动化技术领域，具体为一种具有组件健康状态在线监测装置的消隙螺母结构。

背景技术：

在器械设备和工业制造领域中，设有消隙螺母的丝杠装置被广泛使用。消隙螺母消除间隙的性能直接影响到直线丝杆运行的稳定性和精确性。为了保证消隙螺母组件在丝杠上能长期有效地发挥作用，在设备投入使用前，消隙螺母组件一般需要经过大量的测试和性能评估。而通过对现有技术的文献检索发现，目前还没有适合消隙螺母组件的健康状态在线监测装置，即对工作中消隙螺母内扭簧健康状态进行实时监测的装置。诸如上海交通大学的多功能螺母拧紧机系统设计、湖北工业大学虚拟仪器的扭簧检测系统的研制、河南中光学集团设计的一种弹簧拉压力试验机与扭矩扳手配套使用监测扭簧力的装置，只能对于大型扭簧扭矩进行监测，且大多数是通过扭矩传感器获得的，远远不能满足小空间里消隙螺母组件健康状态的在线监测。

技术实现要素：

本发明的技术目的提供一种具有组件健康状态在线监测装置的消隙螺母结构，以弥补现有技术的不足。

本发明的技术方案为：

一种具有组件健康状态在线监测装置的消隙螺母结构，包括壳体、前螺母、后螺母和扭簧，其特征在于，还设有扭矩调节套、推动螺母、中间连接块、拉压力传感器、角度传感器和限位卡片；

所述壳体为中部设有凸缘盘的管套结构，其前后贯通的管腔中设有沿轴向设置的内花键，前、后螺母分别通过与之适配的外花键安装在管腔中，周向固定，且管腔在靠近其前端面的位置设有前凸阶面，挡在前螺母的前方；

所述壳体的后部设有外螺纹，推动螺母通过与之适配的内螺纹安装在壳体的后部，推动螺母的螺孔在靠近其后端面的位置设有后凸阶面，挡在后螺母的后方；

所述扭矩调节套为圆柱形的管套结构，套在壳体上，其中轴线与壳体的中轴线同心，扭矩调节套的前端面抵在壳体凸缘盘的后侧面上；

所述推动螺母、扭簧均设置在所述扭矩调节套内，推动螺母的前部设有朝前开口的安装槽，中间连接块和拉压力传感器的探头嵌在所述安装槽中；扭簧套在壳体上，位于壳体凸缘盘与推动螺母之间，扭簧的前端扭臂与扭矩调节套固定连接，扭簧的后端扭臂与中间连接块连接，所述拉压力传感器的感应面垂直于经过所述后端扭臂起点的扭簧螺旋切线，中间连接块在扭簧扭力作用下压在拉压力传感器的感应面上；

推动螺母的前端面上设有分别位于安装槽左右两侧的两个卡扣，所述限位卡片上设有两个对应的卡孔，限位卡片通过卡孔扣在推动螺母上，用于阻拦中间连接块和拉压力传感器从安装槽开口处脱离。

所述角度传感器采用非接触式磁旋转编码器，所述非接触式磁旋转编码器的包括磁环和读数头，所述磁环设置在扭矩调节套的外部，以同心同轴的方式固定在推动螺母的后端面上。

在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：

所述中间连接块上设有安装前端扭臂的插孔，中间连接块侧面设有润滑剂存储槽。所述润滑剂存储槽用来储存润滑剂，减少在测量过程中，由于摩擦阻力带来测量的较大偏差。

作为优选，所述限位卡片的两个卡孔设计为圆弧形的腰形孔，以减少加工误差和限位卡片发生轻微形变时带来的影响，所述圆弧形的圆心落在推动螺母的中轴线上。

作为优选，所述拉压力传感器采用lh-y01-10微型力传感器。

作为优选，所述磁旋转编码器采用aksim旁轴绝对式磁旋转编码器，采用mra7磁环。

进一步的，所述壳体凸缘盘的前侧设有安装法兰。

作为优选，所述限位卡片采用金属薄片

有益效果：

本发明消隙螺母结构通过合理的规划，在螺母的小空间范围内完成了对监测装置的布局和组装，包括对扭簧扭力的监测和旋转角度的监测，可满足对消隙螺母组件健康状态的实时在线监测需求，且本发明消隙螺母结构体积小，结构稳固，运行稳定，易于实施和生产制造，适合推广使用。

附图说明

图1为具体实施例中消隙螺母结构的轴向剖面示意图；

图2为具体实施例中消隙螺母结构的径向剖面示意图；

图3为具体实施例中消隙螺母结构的爆炸图；

图4为具体实施例中中间连接块的结构示意图；

图5为具体实施例中推动螺母的结构示意图。

具体实施方式

为了进一步阐明本发明的工作原理，下面结合附图与具体实施例对本发明做详细的介绍。

如图1至图5所示的一种具有组件健康状态在线监测装置的消隙螺母结构，包括壳体1、两个acme螺母2、安装法兰3、扭矩调节套4、推动螺母5、扭簧6、中间连接块7、拉压力传感器8、角度传感器和限位卡片等组件。本实施例中，两acme螺母2前后分布，分别称为前螺母和后螺母。所述限位卡片本实施例中采用金属薄片9。

所述壳体1为中部（表示壳体前后两端之间的某一位置，不特指绝对中间值）设有凸缘盘的管套结构，其设有前后贯通的管腔，壳体1管腔中设有沿轴向设置的内花键，前、后螺母外表面均设有与其键槽适配的外花键，即前、后螺母通过凹凸相嵌的花键结构以周向固定的方式安装在壳体1的管腔中。壳体1管腔在靠近其前端面的位置设有前凸阶面，挡在前螺母的前方，防止前螺母从管腔中脱离。

所述壳体1的后部设有外螺纹，推动螺母5设有与之适配的内螺纹，安装时，推动螺母5旋拧在壳体1上。推动螺母5的螺孔在靠近其后端面的位置设有后凸阶面，挡在后螺母的后方，防止后螺母从壳体1管腔中脱离。

所述扭矩调节套4为圆柱形的管套结构，套在壳体1上，其中轴线与壳体1的中轴线同心，扭矩调节套4的前端面抵在壳体1凸缘盘的后侧面上，如图1所示。

所述推动螺母5、扭簧6均设置在所述扭矩调节套4内，推动螺母5的前部设有朝前开口的安装槽，安装槽由分别与中间连接块7、拉压力传感器8轮廓形状适应的两部分槽体组成，中间连接块7和拉压力传感器8嵌在所述安装槽中，拉压力传感器8感应面与中间连接块7接触。所述扭簧6则套在壳体1上，位于壳体凸缘盘与推动螺母5之间，扭簧6的前端扭臂扣牢在扭矩调节套4的前部管壁上，扭簧6的后端扭臂与中间连接块7连接。如图4、图5所示，所述中间连接块7设有前后贯通的插孔，扭簧6的后端扭臂伸入所述插孔中，被限位固定在中间连接块7中，通过中间连接块7的传递，将扭簧6的扭力作用在拉压力传感器8上。所述拉压力传感器8设置在中间连接块的旁侧，其感应面垂直于经过扭簧后端扭臂起点的螺旋切线，使扭簧6的扭力最大化的作用在拉压力传感器8上。

所述中间连接块7的侧面还设有圆弧形的润滑剂存储槽，用于存放润滑油。

所述推动螺母5的前端面上在安装槽的左右两侧还分别设有一卡扣。所述金属薄片9呈圆弧形，对应所述卡扣金属薄片上设有两个对应的卡孔。安装时，将金属薄片9的两个卡孔分别装到对应的卡扣上，金属薄片的长度横跨安装槽，

可以拦挡住安装槽内的中间连接块7和拉压力传感器8，防止二者从安装槽内轻易脱离。金属薄片9的两个卡孔优选设计为圆弧形的腰形孔，以适应金属薄片9发生弯曲时带来的误差和加工精度的误差。腰形孔圆弧形的圆心落在推动螺母5的中轴线上。

所述推动螺母5和扭矩调节套4上还设有对应的线孔，拉压力传感器8的线缆从所述线孔中穿过伸到消隙螺母结构的外部，与外部监控设备连接。

所述角度传感器采用非接触式磁旋转编码器，所述非接触式磁旋转编码器的包括磁环10和读数头12。所述磁环10的直径大于扭矩调节套4，设置在扭矩调节套4的外部，通过若干螺栓以同心同轴的方式固定在推动螺母5的后端面上，随着推动螺母5转动，然后通过安装座11相对磁环10固定读数头12。读数头12通过两个m5螺栓固定在安装座11上，与磁环10的位置配合。而安装座11则是固定在本实施例所述消隙螺母结构以外的外部机构上。

本实施例中，所述拉压力传感器8优选采用lh-y01-10微型力传感器，其探头外径10mm，高度6mm，精度0.5%，量程在0～50n,不锈钢材料。所述磁旋转编码器优选采用mra7磁环的aksim旁轴绝对式磁旋转编码器。

所述安装法兰3设置在壳体1凸缘盘的前侧，用于连接外部机构。

本实施例消隙螺母结构整体是安装在丝杠上的，电机带动丝杠旋转，从而驱使消隙螺母结构沿着丝杠做直线运动。工作时，扭簧6的扭力通过中间连接块7间接作用在拉压力传感器8的感应区，通过外部监控设备读出拉压力传感器8发送的检测信号可得到扭簧6的健康状态。当扭簧6发生转动时，会带动推动螺母5和磁环10转动，读数头12将检测结果发送到外部监控设备，可得到扭簧6的扭转情况。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，本发明要求保护范围由所附的权利要求书、说明书及其等效物界定。