专利名称：载荷可控的主动式随动施力直线导轨副试验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种载荷可控的主动式随动施力直线导轨副试验装置。
背景技术：
直线导轨副是机械系统的常用导向部件，在各种机器设备中应用广泛。它的性能及寿命主要与导轨滑块承受的横向载荷及径向(垂直于导轨正面)载荷有关。通过直线导轨副试验装置模拟导轨副在特定载荷下的运行状态可以评估出导轨副的性能及寿命，有利于建立合理有效的维修计划，节省大量的维护费用。现有的直线导轨副试验装置，如申请人已申请的201110321929. O号专利申请“一种可重构的丝杠副、导轨副加速寿命电液伺服试验台”通过丝杠驱动机构带动受力滑台前后移动，受力滑台带动固定于其下表面的四个导轨滑块在两个导轨上滑动，以模拟导轨副的运行过程；由固定于机座上的横向加载机构 通过受力滑台的侧面向四个导轨滑块施加横向载荷，由固定于机座的龙门架上的垂向(径向)加载机构通过受力滑台向四个导轨滑块施加径向载荷。该装置可以试验评估出导轨副在施加不同横向载荷及径向载荷情况下的性能及寿命。但由于其横向加载机构及垂向加载机构的施力点固定，不随受力滑台的运动而移动；而试验时受力滑台总是处于运动状态中，固定的施力点与四个导轨滑块的相对距离发生变化，从而通过受力滑台分配给四个导轨滑块的载荷不恒定，而受相对距离、受力滑台滑动速度的影响，其变化复杂，难以定量预测。也即横向加载机构及垂向加载机构施加给四个导轨滑块的载荷不方便准确控制。从而试验装置无法准确、可靠的评估出载荷与导轨副性能及寿命之间的关系。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种载荷可控的主动式随动施力直线导轨副试验装置，该试验装置采用主动式随动施力的方式实现导轨滑块横向载荷及径向载荷的可控动态加载，能更准确、可靠的评估出载荷与导轨副性能及寿命之间的关系，为导轨副的设计与维护提供更可靠的试验依据。本实用新型解决其技术问题所采用的第一种技术方案是一种载荷可控的主动式随动施力直线导轨副试验装置，包括机座、机座上的丝杠驱动机构、两个导轨分别安装于丝杠驱动机构的两侧、受力滑台的底面与丝杠驱动机构相连，受力滑台底面的四个角与四个导轨滑块对应相连，四个导轨滑块中每两个与对应的导轨构成导轨副；受力滑台的下表面还连有光栅尺读数头，该光栅尺读数头与固定于机座上的光栅尺主尺配合，受力滑台的侧面有横向加载机构、上方有垂向加载机构；其特征在于所述的横向加载机构的构成是横向施力装置通过横向拉压力传感器与横向施力头相连，横向施力头正对受力滑台侧面的纵向中心，横向施力装置的底座通过横向施力装置丝杠驱动机构安装于机座上，该底座与横向施力装置光栅尺读数头相连，横向施力装置光栅尺读数头与固定于机座上的横向施力装置光栅尺主尺配合；所述的垂向加载机构的构成是垂向施力装置通过垂向拉压力传感器与垂向施力头相连，垂向施力头位于受力滑台中心的正上方，垂向施力装置安装于龙门架的横梁上，龙门架右侧的底座通过龙门架丝杠驱动机构安装于机座上，所述的右侧的底座与侧光栅尺读数头相连，侧光栅尺读数头与固定于机座上的侧光栅尺主尺配合；龙门架左侧的底座通过左侧直线导轨副固定于机座上；每个导轨滑块上均安装有三向振动加速度传感器及温度传感器；这些传感器及光栅尺读数头均与数据采集及控制系统电连接；丝杠驱动机构、横向加载机构和垂向加载机构也均与数据采集及控制系统电连接。上述第一种技术方案的工作过程和原理是丝杠驱动机构带动受力滑台纵向运动，光栅尺读数头将受力滑台的运动情况反馈给数据采集及控制系统；横向施力装置丝杠驱动机构带动横向施力装置的底座纵向运动，横向施力装置光栅尺读数头将横向施力装置底座的运动情况反馈给数据采集及控制系统；龙门架丝杠驱动机构带动龙门架右侧的底座纵向运动，侧光栅尺读数头将龙门架右侧底座 的运动情况反馈给数据采集及控制系统；数据采集及控制系统根据三个光栅尺读数头的反馈信号，精确控制三个丝杠驱动机构，使受力滑台、横向施力装置、垂向施力装置保持精确同步运动。同时，数据采集及控制系统根据用户输入的导轨滑块横向、径向的载荷变化曲线，分别控制横向加载机构、垂向加载机构的输出力的大小，横向加载机构、垂向加载机构输出的力通过受力滑台作用在导轨滑块上，从而实现导轨滑块承受的横向载荷、径向载荷按用户需求变化，以模拟导轨副的各种工况。试验时，数据采集及控制系统通过三向振动加速度传感器、温度传感器采集导轨滑块的振动信号及温度信号，从而得到评估载荷与导轨副性能及寿命之间关系的所需试验数据，为导轨副的设计与维护提供更加可靠的试验依据。本实用新型解决其技术问题所采用的第二种技术方案是一种载荷可控的主动式随动施力直线导轨副试验装置，包括机座、机座上的丝杠驱动机构、两个导轨分别安装于丝杠驱动机构的两侧、受力滑台的底面与丝杠驱动机构相连，受力滑台底面的四个角与四个导轨滑块对应相连，四个导轨滑块中每两个与对应的导轨构成导轨副；受力滑台的下表面还连有光栅尺读数头，该光栅尺读数头与固定于机座上的光栅主尺配合，受力滑台的侧面有横向加载机构、上方有垂向加载机构；其特征在于所述的横向加载机构的构成是横向施力装置通过横向拉压力传感器与横向施力头相连，横向施力头正对受力滑台侧面的纵向中心，横向施力装置的底座通过横向施力装置丝杠驱动机构安装于机座上，该底座与横向施力装置光栅尺读数头相连，横向施力装置光栅尺读数头与固定于机座上的横向施力装置光栅尺主尺配合；所述的垂向加载机构的构成是垂向施力装置通过垂向拉压力传感器与垂向施力头相连，垂向施力头位于受力滑台中心的正上方，垂向施力装置安装于龙门架的横梁上，龙门架右侧的底座通过右侧直线导轨副固定于机座上，龙门架的左侧与横向施力装置的底座相连；每个导轨滑块上均安装有三向振动加速度传感器及温度传感器；这些传感器及光栅尺读数头均与数据采集及控制系统电连接；丝杠驱动机构、横向加载机构和垂向加载机构也均与数据采集及控制系统电连接。上述第二种技术方案的工作过程和原理是[0016]丝杠驱动机构带动受力滑台纵向运动，光栅尺读数头将受力滑台的运动情况反馈给数据采集及控制系统；横向施力装置丝杠驱动机构带动横向施力装置的底座纵向运动，同时带动与该底座相连的龙门架纵向运动，横向施力装置光栅尺读数头将横向施力装置底座的运动情况反馈给数据采集及控制系统，数据采集及控制系统根据两个光栅尺读数头的反馈信号，控制两个丝杠驱动机构，使受力滑台、横向施力装置及垂向施力装置保持精确同步运动。同时，数据采集及控制系统根据用户输入的导轨滑块横向、径向的载荷变化曲线，分别控制横向加载机构、垂向加载机构的输出力的大小，横向加载机构、垂向加载机构输出的力通过受力滑台作用在导轨滑 块上，从而实现导轨滑块承受的横向载荷、径向载荷按用户需求变化，以模拟导轨副的各种工况。试验时，数据采集及控制系统通过三向振动加速度传感器、温度传感器采集导轨滑块的振动信号及温度信号，从而得到评估载荷与导轨副性能及寿命之间关系的所需试验数据，为导轨副的设计与维护提供更加可靠的试验依据。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是一、本实用新型的两种方案在进行试验时，横向加载机构及垂向加载机构的施力头(施力点)均随受力滑台一起同步运动，施力点与四个导轨滑块相对静止；从而施力装置施加的载荷能均匀的不变的作用在四个导轨滑块上，每个导轨滑块承受的载荷均为施力装置施加载荷的1/4，也即导轨滑块承受的载荷变化曲线同施力装置的施力变化曲线完全一致，仅仅是幅值缩小到1/4。因此，本实用新型装置在进行直线导轨副的性能及寿命试验时，能非常方便的实现施加载荷的精确、可靠控制，从而能更准确、可靠的评估出载荷与导轨副性能及寿命之间的关系，为导轨副的设计与维护提供更可靠的试验依据。二、本实用新型第一种技术方案的横向加载机构、垂向加载机构各采用一个丝杠驱动机构，结构较为复杂，但控制精度高，对横向加载机构、垂向加载机构的丝杠驱动机构的功率要求低；第二种技术方案的横向加载机构、垂向加载机构共用一个丝杠驱动机构，其结构简单，但对该丝杠驱动机构的功率要求高。两种方案分别适用于不同要求的场合，使得本实用新型的实用性强，更容易推广实施。上述第一种技术方案的横向施力装置的底座与机座之间安装有横向施力装置侧直线导轨副，龙门架右侧的底座与机座之间安装有右侧直线导轨副。采用直线导轨副作为横向施力装置和龙门架的导向装置，使横向施力装置及龙门架的行走更稳定可靠，也更容易获得较高的定位精度及行走精度；直线导轨副的磨损非常小，能长期维持高精度。上述第二种技术方案的横向施力装置的底座与机座之间安装有横向施力装置侧直线导轨副。采用直线导轨副作为横向施力装置的底座的导向装置，也使横向施力装置及龙门架的行走更稳定可靠，容易获得较高的定位精度及行走精度；直线导轨副的磨损非常小，能长期维持高精度。
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的描述。
图I是本实用新型实施例一的结构示意图；[0027]图2是本实用新型实施例二的结构示意具体实施方式
实施例一图I示出，本实用新型的第一种具体实施方式
是，一种载荷可控的主动式随动施力直线导轨副试验装置，其组成是机座I、机座I上的丝杠驱动机构2、两个导轨3分别安装于丝杠驱动机构2的两侦U、受力滑台4的底面与丝杠驱动机构2相连，受力滑台4底面的四个角与四个导轨滑块5对应相连，四个导轨滑块5中每两个与对应的导轨3构成导轨副；受力滑台4的下表面还连 有光栅尺读数头19，该光栅尺读数头19与固定于机座I上的光栅尺主尺25配合，受力滑台4的侧面有横向加载机构、上方有垂向加载机构。
所述的横向加载机构的构成是横向施力装置12通过横向拉压力传感器13与横向施力头14相连,横向施力头14正对受力滑台4侧面的纵向中心，横向施力装置12的底座10通过横向施力装置丝杠驱动机构6安装于机座I上，该底座10与横向施力装置光栅尺读数头相连，横向施力装置光栅尺读数头与固定于机座I上的横向施力装置光栅尺主尺7配合。所述的垂向加载机构的构成是垂向施力装置15通过垂向拉压力传感器17与垂向施力头18相连，垂向施力头18位于受力滑台4中心的正上方，垂向施力装置15安装于龙门架16的横梁上，龙门架16右侧的底座21通过龙门架丝杠驱动机构20安装于机座I上，所述的右侧的底座21与侧光栅尺读数头22相连，侧光栅尺读数头22与固定于机座I上的侧光栅尺主尺24配合；龙门架16左侧的底座11通过左侧直线导轨副9固定于机座I上。每个导轨滑块5上均安装有三向振动加速度传感器及温度传感器；这些传感器及光栅尺读数头19均与数据采集及控制系统电连接；丝杠驱动机构2、横向加载机构和垂向加载机构也均与数据采集及控制系统电连接。实施例二图2示出，本实用新型的第二种具体实施方式
是，一种载荷可控的主动式随动施力直线导轨副试验装置，其组成是机座I、机座I上的丝杠驱动机构2、两个导轨3分别安装于丝杠驱动机构2的两侦U、受力滑台4的底面与丝杠驱动机构2相连，受力滑台4底面的四个角与四个导轨滑块5对应相连，四个导轨滑块5中每两个与对应的导轨3构成导轨副；受力滑台4的下表面还连有光栅尺读数头19，该光栅尺读数头19与固定于机座I上的光栅主尺25配合，受力滑台4的侧面有横向加载机构、上方有垂向加载机构。所述的横向加载机构的构成是横向施力装置12通过横向拉压力传感器13与横向施力头14相连,横向施力头14正对受力滑台4侧面的纵向中心，横向施力装置12的底座10’通过横向施力装置丝杠驱动机构6’安装于机座I上，该底座10’与横向施力装置光栅尺读数头相连，横向施力装置光栅尺读数头与固定于机座I上的横向施力装置光栅尺主尺7配合。所述的垂向加载机构的构成是垂向施力装置15通过垂向拉压力传感器17与垂向施力头18相连，垂向施力头18位于受力滑台4中心的正上方，垂向施力装置15安装于龙门架16’的横梁上，龙门架16’右侧的底座21通过右侧直线导轨副23’固定于机座I上，龙门架16’的左侧与横向施力装置12的底座10’相连。每个导轨滑块5上均安装有三向振动加速度传感器及温度传感器；这些传感器及光栅尺读数头19均与数据采集及控制系统电连接；丝杠驱动机构2、横向加载机构和垂向加载机构也均与数据采集及控制系统电连接。本实用新型的横向施力装置和垂向施力装置可以为现有的各种施力装置，如液压缸、气缸、电动缸等。本实用新型采用的丝杠驱动机构可以为现有的各种丝杠驱动机构，如电机驱动的丝杠机构。
权利要求1.一种载荷可控的主动式随动施力直线导轨副试验装置，包括机座(I)、机座(I)上的丝杠驱动机构(2)、两个导轨(3)分别安装于丝杠驱动机构(2)的两侧、受力滑台(4)的底面与丝杠驱动机构(2)相连，受力滑台(4)底面的四个角与四个导轨滑块(5)对应相连，四个导轨滑块(5)中每两个与对应的导轨(3)构成导轨副；受力滑台(4)的下表面还连有光栅尺读数头(19)，该光栅尺读数头(19)与固定于机座(I)上的光栅尺主尺(25)配合，受力滑台(4)的侧面有横向加载机构、上方有垂向加载机构；其特征在于 所述的横向加载机构的构成是横向施力装置(12)通过横向拉压力传感器(13)与横向施力头(14)相连,横向施力头(14)正对受力滑台⑷侧面的纵向中心,横向施力装置(12)的底座(10)通过横向施力装置丝杠驱动机构(6)安装于机座(I)上，该底座(10)与横向施力装置光栅尺读数头相连，横向施力装置光栅尺读数头与固定于机座(I)上的横向施力装置光栅尺主尺(7)配合； 所述的垂向加载机构的构成是垂向施力装置(15)通过垂向拉压力传感器(17)与垂向施力头(18)相连，垂向施力头(18)位于受力滑台(4)中心的正上方，垂向施力装置(15)安装于龙门架(16)的横梁上，龙门架(16)右侧的底座(21)通过龙门架丝杠驱动机构(20)安装于机座(I)上，所述的右侧的底座(21)与侧光栅尺读数头(22)相连，侧光栅尺读数头(22)与固定于机座(I)上的侧光栅尺主尺(24)配合；龙门架(16)左侧的底座(11)通过左侧直线导轨副(9)固定于机座(I)上； 每个导轨滑块(5)上均安装有三向振动加速度传感器及温度传感器；这些传感器及光栅尺读数头(19)均与数据采集及控制系统电连接；丝杠驱动机构(2)、横向加载机构和垂向加载机构也均与数据采集及控制系统电连接。
2.根据权利要求I所述的一种载荷可控的主动式随动施力直线导轨副试验装置，其特征在于所述的横向施力装置(12)的底座(10)与机座(I)之间安装有横向施力装置侧直线导轨副(8)，龙门架右侧的底座(21)与机座(I)之间安装有右侧直线导轨副(23)。
3.一种载荷可控的主动式随动施力直线导轨副试验装置，包括机座(I)、机座(I)上的丝杠驱动机构(2)、两个导轨(3)分别安装于丝杠驱动机构(2)的两侧、受力滑台(4)的底面与丝杠驱动机构(2)相连，受力滑台(4)底面的四个角与四个导轨滑块(5)对应相连，四个导轨滑块(5)中每两个与对应的导轨(3)构成导轨副；受力滑台(4)的下表面还连有光栅尺读数头(19)，该光栅尺读数头(19)与固定于机座(I)上的光栅主尺(25)配合，受力滑台(4)的侧面有横向加载机构、上方有垂向加载机构；其特征在于 所述的横向加载机构的构成是横向施力装置(12)通过横向拉压力传感器(13)与横向施力头(14)相连,横向施力头(14)正对受力滑台⑷侧面的纵向中心,横向施力装置(12)的底座(10’)通过横向施力装置丝杠驱动机构(6’)安装于机座(I)上，该底座(10’)与横向施力装置光栅尺读数头相连，横向施力装置光栅尺读数头与固定于机座(I)上的横向施力装置光栅尺主尺(7)配合； 所述的垂向加载机构的构成是垂向施力装置(15)通过垂向拉压力传感器(17)与垂向施力头(18)相连，垂向施力头(18)位于受力滑台(4)中心的正上方，垂向施力装置(15)安装于龙门架(16’)的横梁上，龙门架(16’)右侧的底座(21)通过右侧直线导轨副(23’)固定于机座⑴上，龙门架(16’ )的左侧与横向施力装置(12)的底座(10’ )相连； 每个导轨滑块(5)上均安装有三向振动加速度传感器及温度传感器；这些传感器及光栅尺读数头(19)均与数据采集及控制系统电连接；丝杠驱动机构(2)、横向加载机构和垂向加载机构也均与数据采集及控制系统电连接。
4.根据权利要求3所述的一种载荷可控的主动式随动施力直线导轨副试验装置，其特征在于所述的横向施力装置(12)的底座(10’ )与机座(I)之间安装有横向施力装置侧直线导轨副(8，)。
专利摘要一种载荷可控的主动式随动施力直线导轨副试验装置，其横向加载机构及垂向加载机构的施力头(施力点)单独或共用一个丝杆驱动机构，使横向加载机构及垂向加载机构均随受力滑台一起同步运动，施力点与四个导轨滑块相对静止；从而施力装置施加的载荷能均匀的不变的作用在四个导轨滑块上，每个导轨滑块承受的载荷均为施力装置施加载荷的1/4，也即导轨滑块承受的载荷变化曲线同施力装置的施力变化曲线完全一致，仅仅是幅值缩小到1/4。因此，它在进行直线导轨副的性能及寿命试验时，能非常方便的实现施加载荷的精确、可靠控制，从而能更准确、可靠的评估出载荷与导轨副性能及寿命之间的关系，为导轨副的设计与维护提供更可靠的试验依据。
文档编号G01M13/00GK202676435SQ20122027435
公开日2013年1月16日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者高宏力, 张筱辰, 黄海凤, 许明恒, 郭亮, 文娟, 陈晨 申请人:西南交通大学