径向液体静压轴承性能快速检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种快速检测装置，特别涉及一种径向液体静压轴承性能快速检测装置。

背景技术：

当前，超精密加工技术代表着一个国家的制造业水平，是先进制造技术的基础和关键。超精密加工技术发展的关键是精密数控机床，工业发达国家如美国、德国等都大力研发精密数控机床来提高超精密加工技术水平。精密数控机床对关键部件的运动精度、刚度有着严格的要求。液体旋转轴具有回转精度高、刚性较高、转动平稳、无振动、阻尼特性好等的优点被广泛应用在精密数控机床上，尤其是应用在重型或超重型精密数控机床上。液体旋转轴作为精密数控机床的关键功能部件，其性能好坏直接影响着精密数控机床的加工精度，对精密数控机床的可靠性、稳定性和寿命有着重要的影响。目前对于径向液体旋转轴性能快速检测大多数是在机床实际工作过程中用相应传感器对其性能检测，受到时间、空间的限制，而对径向液体旋转轴的可靠性试验台结构复杂，控制不易，因此研究开发径向液体旋转轴性能快速检测装置，检测、分析径向液体旋转轴在各种受力情况下的性能，发现并解决径向液体旋转轴性能的不足之处，对于提高径向液体旋转轴的性能、精密数控机床的加工精度和可靠性有着重要意义。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了检测、分析径向液体旋转轴在各种受力情况下的性能而提供的一种径向液体静压轴承性能快速检测装置。

本实用新型提供的径向液体静压轴承性能快速检测装置包括有地平铁、控制柜、力加载装置、承载装置和油箱，其中力加载装置和承载装置设在地平铁上，控制柜和油箱设在地平铁的两侧，力加载装置上设有第一伺服电机、第二伺服电机和加载供油系统，承载装置上设有第三伺服电机、第四伺服电机和旋转轴供油系统，油箱分别与加载供油系统和旋转轴供油系统相连接，控制柜控制第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机的工作，控制柜与油箱连接并控制油箱向加载供油系统和旋转轴供油系统进行供油。

力加载装置设有两组对称布置在承载装置的两侧，每组力加载装置均包括有架体、第一伺服电机、第二伺服电机、连接轴和加载机构，其中第一伺服电机和第二伺服电机分别设在架体两侧的立柱底部，第一伺服电机连接有第一丝杠并驱动第一丝杠进行转动，第一丝杠上的丝杠螺母通过螺母座与第一滑块固连，第二伺服电机连接有第二丝杠并驱动第二丝杠进行转动，第二丝杠上的丝杠螺母通过螺母座与第二滑块固连，第一伺服电机和第二伺服电机同步转动，在第一伺服电机和第二伺服电机的驱动下第一丝杠和第二丝杠能够带动第一滑块和第二滑块在架体两侧的立柱上进行上下滑动，连接轴的两端分别与第一滑块和第二滑块相连接，连接处设有制动件，加载机构枢接在连接轴上，加载机构包括有加载供油系统、舵机、弹性装置、力传感器和加载块，其中加载供油系统为伺服液压缸供油，伺服液压缸设在一底板上，舵机设在底板的下部，弹性装置设在伺服液压缸输出轴的顶端，弹性装置的另一端与加载块相连接，力传感器设在弹性装置和加载块之间，加载块的顶端能够与承载装置上的旋转轴上套接的加载单元相抵靠，加载块顶端的曲面与旋转轴上的加载单元的曲面相配合。

承载装置包括有固定架、移动架、第三伺服电机和第四伺服电机，其中旋 转轴的一端通过第一径向液体旋转轴座装配在固定架的顶端，旋转轴的另一端通过第二径向液体旋转轴座装配在移动架的顶端，第二径向液体旋转轴座的前部设有三向加速度传感器和温度传感器，第二径向液体旋转轴座的后部设有推力球轴承座，旋转轴的尾端装配在推力球轴承座内，第三伺服电机设在固定架的顶端并通过联轴器与旋转轴相连接，第三伺服电机驱动旋转轴进行转动，旋转轴上还套设有加载单元，油箱通过旋转轴供油系统分别为第一径向液体旋转轴座、第二径向液体旋转轴座和加载单元供油并进行润滑，移动架包括有支杆、滑台和底座，其中支杆通过固定板连接在滑台上，滑台通过下部的卡槽卡接在底座上，底座固定在地平铁上，第四伺服电机设在底座上，第四伺服电机通过联轴器连接有第三丝杠，第三丝杠的丝杠螺母通过螺母座与滑台相固连，第四伺服电机通过第三丝杠能够驱动滑台在底座上进行前后滑动。

加载单元由一个套筒、两个角接触球轴承、两个密封圈和两个端盖组成，两个角接触球轴承的一端通过旋转轴中间位置的轴肩固定，另一端通过端盖顶住，两个角接触球轴承装在套筒里，两个端盖通过螺栓固定在套筒的两侧，两个密封圈分别安装在两个端盖上的密封槽中。

移动架上的支杆为丝杠螺母副结构，套筒为螺母结构，套筒中间装配有丝杠，丝杠通过滚珠与套筒配合，在丝杠顶端固连有圆板，套筒下部周圈设有丝杠固定螺栓，当要上下调整高度时，保持套筒不动，旋松丝杠固定螺栓，旋转圆板就可以实现圆板在高度方向上的上下移动了，当调整好丝杠顶端圆板的高度位置时旋紧丝杠固定螺栓，避免由于振动等原因导致圆板上下移动。

控制柜包括有显示器、工控机、伺服控制器、可编程控制器PLC和电机伺服控制器，所述的伺服控制器通过RS232端口与工控机进行通讯，伺服控制器的信 号输出端与伺服液压缸上的电液伺服阀的信号输入端用数据线连接并进行通讯，通过电液伺服阀实现伺服液压缸对旋转轴不同大小和频率的力加载，在加载力过程中，力传感器将检测到的力信号通过信号放大器传输给伺服控制器，实现闭环控制；可编程控制器PLC通过RS2 32与工控机通讯，可编程控制器PLC的输出端和两个电磁换向阀的输入端连接，通过控制电磁换向阀实现加载供油系统和旋转轴供油系统的启停；电机伺服控制器通过RS2 32端口与工控机进行通讯，电机伺服控制器的信号输出端分别与第一伺服电机、第二伺服电机、第三伺服电机和第四伺服电机的信号输入端连接并进行控制；舵机通过数据线与工控机连接并进行通讯，通过控制舵机的运动来控制伺服液压缸的位置；三向加速度传感器和温度传感器通过数据线与工控机连接并进行通讯，将采集到的温度和振动信号传输到工控机并在显示器上显示。

本实用新型的工作原理：

旋转轴的一端固定，另一端在支杆和第四伺服电机等部件的作用下实现在高度和水平方向上的移动，模拟旋转轴可能出现的不同位置的情况，所述的力加载装置上的伺服液压缸能够随着舵机的转动而绕连接轴转动，同时伺服液压缸通过同步运行的第一伺服电机和第二伺服电机驱动第一丝杠和第二丝杠等部件能够实现在竖直方向上的上下移动，通过伺服液压缸对加载单元施加不同方向、大小和频率的压力，加载单元将压力传递到旋转轴最终传递到第一径向液体旋转轴座和第二径向液体旋转轴座上，设在第二径向液体旋转轴座前部的三向加速度传感器和温度传感器检测旋转轴在不同位置和转速下、加载单元受到不同大小和频率的力下的径向液体旋转轴座的振动和温度信号，对采集到的温度和振动信号进行数据分析处理来评判径向液体旋转轴的性能。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型所述的径向液体旋转轴性能快速检测装置中的力加载装置采用两套电液伺服系统进行加载，并且每套电液伺服系统能够实现在竖直方向上移动，每套电液伺服系统可由相应舵机控制能够实现在竖直面上摆动，这样能够更加真实模拟径向液体旋转轴实际受力情况。

2、本实用新型所述的径向液体旋转轴性能快速检测装置中的两套电液伺服系统可以实现动、静态力的加载，能够实现不同力大小、频率和试验时间的加载，这样能更好的模拟径向液体旋转轴的实际受力情况。

3、本实用新型所述的径向液体旋转轴性能快速检测装置中径向液体旋转轴连接的旋转轴一端是固定的，另一端可以在竖直方向上和水平方向上移动，这样旋转轴可以处于多种不同位置，因而可以检测径向液体旋转轴在旋转轴处于不同位置时的性能。

4、本实用新型所述的径向液体旋转轴性能快速检测装置中的径向液体旋转轴可以随时拆卸，换上其它型号的轴承只需更换相应的轴承座即可，因而可以实现快速检测。

5、本实用新型所述的径向液体旋转轴性能快速检测装置结构设计简单、实用，控制比较容易，可进行快速设计。

6、本实用新型所述的电气控制部分通过力传感器实时监测径向液体旋转轴受到的力，采用闭环控制来提高模拟实际受力的精度，三向加速度传感器和温度传感器实时监测径向液体旋转轴的振动信息和温度信息，最后将各个传感器的参数全部上传到控制柜的人机交互界面上。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为本实用新型所述的力加载装置结构示意图。

图3为本实用新型所述的承载装置结构示意图。

图4为本实用新型所述的控制柜原理示意图。

1、地平铁 2、控制柜 3、力加载装置 4、承载装置

5、油箱 6、第一伺服电机 7、第二伺服电机 8、第三伺服电机

9、第四伺服电机 10、架体 11、连接轴 12、加载机构

13、第一丝杠 14、第一滑块 15、第二丝杠 16、第二滑块

17、舵机 18、弹性装置 19、力传感器 20、加载块 21、伺服液压缸

22、旋转轴 23、加载单元 24、固定架 25、移动架

26、第一径向液体旋转轴座 27、第二径向液体旋转轴座

28、三向加速度传感器 29、温度传感器 30、推力球轴承座

31、支杆 32、滑台 33、底座 34、第三丝杠 40、显示器

41、工控机 42、伺服控制器 43、可编程控制器PLC

44、电机伺服控制器 45、电液伺服阀 46、信号放大器

47、电磁换向阀。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3和图4所示：

本实用新型提供的径向液体静压轴承性能快速检测装置包括有地平铁1、控制柜2、力加载装置3、承载装置4和油箱5，其中力加载装置3和承载装置4设在地平铁1上，控制柜2和油箱5设在地平铁1的两侧，力加载装置3上设有第一伺服电机6、第二伺服电机7和加载供油系统，承载装置4上设有第三伺服电机8、第四伺服电机9和旋转轴供油系统，油箱5分别与加载供油系统和旋转轴供油系统相连接，控制柜2控制第一伺服电机6、第二伺服电机7、第三伺 服电机8和第四伺服电机9的工作，控制柜2与油箱5连接并控制油箱5向加载供油系统和旋转轴供油系统进行供油。

力加载装置3设有两组对称布置在承载装置4的两侧，每组力加载装置3均包括有架体10、第一伺服电机6、第二伺服电机7、连接轴11和加载机构12，其中第一伺服电机6和第二伺服电机7分别设在架体10两侧的立柱底部，第一伺服电机6连接有第一丝杠13并驱动第一丝杠13进行转动，第一丝杠13上的丝杠螺母通过螺母座与第一滑块14固连，第二伺服电机7连接有第二丝杠15并驱动第二丝杠15进行转动，第二丝杠15上的丝杠螺母通过螺母座与第二滑块16固连，第一伺服电机6和第二伺服电机7同步转动，在第一伺服电机6和第二伺服电机7的驱动下第一丝杠13和第二丝杠15能够带动第一滑块14和第二滑块16在架体10两侧的立柱上进行上下滑动，连接轴11的两端分别与第一滑块14和第二滑块16相连接，连接处设有制动件，防止连接轴11转动，加载机构12枢接在连接轴11上，加载机构12包括有加载供油系统、舵机17、弹性装置18、力传感器19和加载块20，其中加载供油系统为伺服液压缸21供油，伺服液压缸21设在一底板上，舵机17设在底板的下部，弹性装置18设在伺服液压缸21输出轴的顶端，弹性装置18的另一端与加载块20相连接，力传感器19设在弹性装置18和加载块20之间，加载块20的顶端能够与承载装置4上的旋转轴22上套接的加载单元23相抵靠，加载块20顶端的曲面与旋转轴22上的加载单元23的曲面相配合。

承载装置4包括有固定架24、移动架25、第三伺服电机8和第四伺服电机9，其中旋转轴22的一端通过第一径向液体旋转轴座26装配在固定架24的顶端，旋转轴22的另一端通过第二径向液体旋转轴座27装配在移动架25的顶端，第二径向液体旋转轴座27的前部设有三向加速度传感器28和温度传感器29， 第二径向液体旋转轴座27的后部设有推力球轴承座30，旋转轴22的尾端装配在推力球轴承座30内，第三伺服电机8设在固定架24的顶端并通过联轴器与旋转轴22相连接，第三伺服电机8驱动旋转轴22进行转动，旋转轴22上还套设有加载单元23，油箱5通过旋转轴供油系统分别为第一径向液体旋转轴座26、第二径向液体旋转轴座27和加载单元23供油进行润滑，移动架25包括有支杆31、滑台32和底座33，其中支杆31通过固定板连接在滑台32上，滑台32通过下部的卡槽卡接在底座33上，底座33固定在地平铁1上，第四伺服电机9设在底座33上，第四伺服电机9通过联轴器连接有第三丝杠34，第三丝杠34上的丝杠螺母通过螺母座与滑台32相固连，第四伺服电机9通过第三丝杠34能够驱动滑台32在底座33上进行前后滑动。

加载单元23由一个套筒、两个角接触球轴承、两个密封圈和两个端盖组成，两个角接触球轴承的一端通过旋转轴22中间位置的轴肩固定，另一端通过端盖顶住，两个角接触球轴承装在套筒里，两个端盖通过螺栓固定在套筒的两侧，两个密封圈分别安装在两个端盖上的密封槽中。

移动架25上的支杆为丝杠螺母副结构，套筒为螺母结构，套筒中间装配有丝杠，丝杠通过滚珠与套筒配合，在丝杠顶端固连有圆板，套筒下部周圈设有丝杠固定螺栓，当要上下调整高度时，保持套筒不动，旋松丝杠固定螺栓，旋转圆板就可以实现圆板在高度方向上的上下移动了，当调整好丝杠顶端圆板的高度位置时旋紧丝杠固定螺栓，避免由于振动等原因导致圆板上下移动。

控制柜2包括有显示器40、工控机41、伺服控制器42、可编程控制器PLC43和电机伺服控制器44，所述的伺服控制器42通过RS232端口与工控机41进行通讯，伺服控制器42的信号输出端与伺服液压缸21上的电液伺服阀45的信号 输入端用数据线连接并进行通讯，通过电液伺服阀45实现伺服液压缸21对旋转轴22不同大小和频率的力加载，在加载力过程中，力传感器19将检测到的力信号通过信号放大器46传输给伺服控制器42，实现闭环控制；可编程控制器PLC43通过RS2 32与工控机通讯，可编程控制器PLC43的输出端和两个电磁换向阀47的输入端连接，通过控制电磁换向阀47实现加载供油系统和旋转轴供油系统的启停；电机伺服控制器44通过RS2 32端口与工控机41进行通讯，电机伺服控制器44的信号输出端分别与第一伺服电机6、第二伺服电机7、第三伺服电机8和第四伺服电机9的信号输入端连接并进行控制；舵机17通过数据线与工控机41连接并进行通讯，通过控制舵机17的运动来控制伺服液压缸21的位置；三向加速度传感器28和温度传感器29通过数据线与工控机41连接并进行通讯，将采集到的温度和振动信号传输到工控机41并在显示器40上显示。

本实用新型的工作原理：

旋转轴22的一端固定，另一端在支杆31和第四伺服电机9等部件的作用下实现在高度和水平方向上的移动，模拟旋转轴可能出现的不同位置的情况，所述的力加载装置3上的伺服液压缸21能够随着舵机17的转动而绕连接轴转动，同时伺服液压缸21通过同步运行的第一伺服电机6和第二伺服电机7驱使第一丝杠13和第二丝杠15等部件能够实现在竖直方向上的上下移动，通过伺服液压缸21对加载单元23施加不同方向、大小和频率的压力，加载单元23将压力传递到旋转轴22最终传递到第一径向液体旋转轴座26和第二径向液体旋转轴座27上，设在第一径向液体旋转轴座26和第二径向液体旋转轴座27前部的三向加速度传感器28和温度传感器29检测旋转轴22在不同位置和转速下、加载单元23受到不同大小和频率的力下的径向液体旋转轴座的振动和温度信 号，对采集到的温度和振动信号进行数据分析处理来评判径向液体旋转轴的性能。