一种可实现正逆传动加载的滚珠丝杠副综合性能测量平台

1.本发明属于滚珠丝杠副动态性能测量领域，特别是一种可实现正逆传动加载的滚珠丝杠副综合性能测量平台。


背景技术：

2.在现代制造系统中，数控机床技术的发展与制造业的发展有着密不可分的联系。近年来，随着国内数控机床工业技术水平的逐步提升，数控机床性能方面取得了快速的发展。但是，在数控机床核心技术领域，我国的机床产业发展与国际先进水平相比还有较大差距，尤其是在一些高性能、高精度的高端机床产业方面的差距尤为明显。滚珠丝杠副作为数控机床核心功能滚动部件，在传动效率、振动、温度、定位精度和反向间隙的动态测量与性能特性研究方面的问题非常突出，急需技术水平的进步来解决这一问题。因此，滚珠丝杠副综合性能的动态测量与性能研究显得格外重要，是当今中国数控机床工业急需解决的一个重大问题。
3.滚珠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；滚珠丝杠副传动过程中的振动与温升也是重要的性能，影响着丝杠的传动性能和寿命；定位精度和反向间隙代表着丝杠副的传动精度。因此，进行滚珠丝杠副综合性能的动态测量以及研究分析对提高机床产品的质量具有决定性的作用，目前国内在综合性能动态测量方面的研究仍然很少，因此，该领域还存在着相当大的改进和提高空间。
4.现存的测量综合性能的试验装置，有的无法在加载状态下测量滚珠丝杠副的综合性能，有的无法实现在逆传动状态下加载测量滚珠丝杠副的综合性能，因此测得的性能具有一定的局限性，难以对滚珠丝杠副进行更深入的研究，也难以全面地对测试的丝杠副进行客观评价。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种可实现正逆传动加载的滚珠丝杠副综合性能测量平台，通过一次装夹能实现对滚珠丝杠副综合性能测量。
6.实现本发明目的的技术解决方案为：
7.一种可实现正逆传动加载的滚珠丝杠副综合性能测量平台，包括：床身、平行设置在床身上面的待测主轴系、中间主轴系、加载主轴系；
8.所述待测主轴系包括同轴设置的电机主轴、过渡轴、待测丝杠轴；所述过渡轴与待测丝杠轴连接；所述电机主轴上设有第一空套同步带轮，所述过渡轴上设有第一固定同步带轮，所述电机主轴与过渡轴之间设有第一离合动力转换机构，用于切换电机主轴与第一空套同步带轮或过渡轴的连接传动状态；
9.所述加载主轴系包括同轴设置的制动加载装置主轴和加载丝杠伸出轴；所述制动加载装置主轴上设有第二空套同步带轮，所述加载丝杠伸出轴上设有第二固定同步带轮，
所述制动加载装置主轴与加载丝杠伸出轴之间设有第二离合动力转换机构，用于切换加载丝杠伸出轴与第二空套同步带轮或加载丝杠伸出轴的连接传动状态；
10.所述中间主轴系上设有第三固定同步带轮和第四固定同步带轮，分别与第一空套同步带轮、第二固定同步带轮组对传动；所述第二空套同步带轮与第一固定同步带轮组对传动；
11.所述待测丝杠轴与加载丝杠轴之间通过可滑动的工作台相连。
12.本发明与现有技术相比，其显著优点是：
13.(1)本发明原理简单，在一次装夹丝杠后，便可通过同步带轮离合动力转换机构与同步带轮的传动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正反行程综合性能。
14.(2)本发明换档动作由同步带轮离合动力转换机构拉杆装置通过推拉动作完成，控制简单可靠，极大地增加了装置的实用性能和操作性能。
15.(3)本发明采用卧式结构，能减少工作台重力对测量的影响，减小加载的难度，同时相比较立式试验台安装更方便，操作更简便，可靠性更高。
16.(4)本发明能在测量振动、温升、定位精度和反向间隙这些常见性能的同时测量传动效率。
附图说明
17.图1为本发明丝杠副综合性能动态测量装置的总体结构示意图。
18.图2为同步带轮离合动力转换机构的总体结构示意图。
19.图3(a
‑
b)为同步带轮离合动力转换机构待测主轴系示意图。
20.图4为同步带轮离合动力转换机构中间主轴系示意图。
21.图5(a
‑
b)为同步带轮离合动力转换机构加载主轴系示意图。
22.图6(a
‑
b)为同步带轮离合动力转换机构推拉装置示意图。
23.图7为同步带轮离合动力转换机构推拉装置套筒及紧定螺母示意图。
24.图8为支撑尾架示意图。
25.图9为床身示意图。
26.图10为床身安装示意图。
27.图11为工作台配合示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。
29.本实施例的一种可实现正逆传动加载的滚珠丝杠副综合性能测量平台，包括床身10及设置在床身上面的待测主轴系1
‑
1、中间主轴系1
‑
2、加载主轴系1
‑
3、电机2、制动加载装置3、同步带轮离合动力转换机构4；测量平台上设有螺母轴向速度测量装置5、螺母轴向力测量装置6、转速转矩测量装置7、螺母振动测量装置8、温度测量装置9、传动精度测量装置11；
30.结合图2，通过离合机构与同步带轮机构配合实现换向加载，待测主轴系1
‑
1、中间主轴系1
‑
2、加载主轴系1
‑
3，上述三个轴系通过支撑部件和轴承支座安装在床身上，待测主
的移动距离，该限位槽1
‑1‑6‑
7的宽度与拉杆1
‑1‑6‑
2的直径相同，限位槽1
‑1‑6‑
7的长度为可滑动离合器1
‑1‑
6的滑动距离，当拉杆1
‑1‑6‑
2拉到限位槽1
‑1‑6‑
7的两端时，离合器处于啮合或分离状态，在拉杆1
‑1‑6‑
2靠近电机侧的方向安装有拉杆把手1
‑1‑6‑
4，方便推拉，拉杆筒1
‑1‑6‑
3靠近电机端1
‑1‑6‑
5设有螺纹孔，当拉杆拉到指定位置，可以通过紧定螺母1
‑1‑6‑
6实现拉杆1
‑1‑6‑
2位置的固定，防止在试验台运转过程中离合器由于振动发生滑动。
36.结合图8，所述滚珠丝杠副通过支撑尾架12安装在床身10上，该支撑尾架12包括轴承座12
‑
1、尾架座12
‑
2，轴承座12
‑
1通过轴承与丝杠安装配合，轴承座12
‑
1通过螺栓与尾架座12
‑
2连接，二者之间通过垫片调节高度，尾架座12
‑
2通过平轨和v轨与床身10配合定位，这样支撑尾架12就可以沿着平v轨移动实现根据丝杠的长度调整安装位置，然后再通过螺栓锁死支撑尾架12，支撑尾架12便固定住了，丝杠两端支撑完成(另一端通过轴承、轴承端盖安装在床身10上面的轴承支座上)。
37.结合图9、10，所述床身10的导轨所在面上，设置有v形轨和平轨组合，方便支撑尾架12根据具体的丝杠长度实现丝杠的安装定位；同时，该面上安装有四个行程开关15，分别在待测丝杠工作台、加载丝杠工作台的侧面各有两个，负责控制工作台的起始位置与终止位置；另外，负责测量工作台线性移动速度的螺母轴向速度测量装置5也安装在床身上，该传感器使用的是激光位移传感器；床身10上安装有一个支撑板13及三个轴承支座，用于安装待测主轴系1
‑
1、中间主轴系1
‑
2、加载主轴系1
‑
3，同时也负责定位安装电机2、制动加载装置3、丝杠导轨。床身10设有安装座14，用于放置圆磁栅和转矩转速传感器。制动加载装置3采用涡流制动器。
38.结合图11，长工作台18通过导轨安装在床身10上，导轨选用三根长工作台平行导轨16，长工作台18与待测丝杠副及加载丝杠副配合的两端各安装在两根导轨上，中间部分安装在一根导轨上，这样可以减小偏载对丝杠的影响。用于安装待测丝杠副的小工作台19安装在两根小工作台平行导轨17上。两工作台之间通过螺母轴向力测量装置6刚性连接，以实现同步传动。
39.在各个状态下，由待测主轴系1
‑
1上的转速转矩测量装置7测量待测丝杠副的转速、转矩，由螺母轴向速度测量装置5测量待测丝杠副螺母的轴向速度，由螺母轴向力测量装置6测量待测丝杠副螺母的轴向力，由螺母振动测量装置8测量丝杠副传动过程中的振动信号，由温度测量装置9测量传动的温度变化，由传动精度测量装置9测量待测丝杠副定位精度和反向间隙。所述螺母轴向速度测量装置5具体为激光位移传感器；螺母轴向力测量模块6具体为轴向拉压力传感器，连接在长工作台18和小工作台19之间；测量待测丝杠转速转矩的转速转矩测量装置7具体为转速转矩传感器；测量待测丝杠副振动信号的螺母振动测量装置8具体为三轴振动传感器；测量待测丝杠副温度的温度测量装置9具体为安装在小工作台19上的温度传感器；测量定位精度和反向间隙的传动精度测量装置11具体为安装在待测主轴系上的圆光栅和安装在床身上的激光位移传感器组成。
40.离合动力转换机构可分为左边可滑动离合器、右边不可动离合器和轴套。左边可滑动离合器的两端分别为渐开线齿轮与带牙的半离合器，空套带轮中心处为内啮合齿轮，渐开线齿轮用于与空套带轮内啮合；带牙的半离合器用于与右边不可动离合器啮合。右边不可动离合器通过花键周向固定在相应轴上，通过轴套轴向定位，与固定带轮同步转动。
41.在待测主轴系上，固定同步带轮及不可动离合器所在的过渡轴通过离合动力转换
机构的轴套与电机主轴保证同轴，但两轴之间是分离的，不产生同步转动。在加载主轴系上，固定同步带轮及不可动离合器所在的加载丝杠伸出轴通过离合动力转换机构的轴套与制动加载装置伸出端主轴保证同轴，但两轴之间是分离的，不产生同步转动。
42.左边可滑动离合器通过伸出端主轴上的花键在轴上周向定位，通过拉杆控制拨叉带动可滑动离合器沿轴向滑动，可与空套同步带轮内啮合或与不可动离合器啮合。当与空套同步带轮内啮合时，空套同步带轮与电机伸出端主轴(或制动加载装置伸出端主轴)同步转动，脱离空套状态；当与不可动离合器啮合时，空套同步带轮处于空套状态，电机伸出端主轴(或制动加载装置伸出端主轴)通过离合动力转换机构与过渡轴(或加载丝杠伸出轴)连接，固定同步带轮与电机伸出端主轴(或制动加载装置伸出端主轴)同步转动。
43.通过离合动力转换机构可实现以下四种传动状态：
44.(1)正传动无负载状态：
45.待测主轴系1
‑
1上可滑动离合器1
‑1‑
6与不可动离合器1
‑1‑
8啮合，电机主轴1
‑1‑
1上空套同步带轮1
‑1‑
4处于空套状态，电机伸出端主轴1
‑1‑
1通过离合动力转换机构与过渡轴连接；加载主轴系1
‑
3上，可滑动离合器1
‑3‑
6既不与空套同步带轮1
‑3‑
4内啮合，也不与不可滑动离合器1
‑3‑
8啮合，制动加载装置主轴1
‑3‑
1上空套同步带轮1
‑3‑
4处于空套状态，加载主轴系1
‑
3的加载丝杠伸出轴1
‑3‑
10与制动加载装置伸出端主轴1
‑3‑
1分离。
46.电机2产生的运动通过离合动力转换机构所在的过渡轴传递到待测丝杠上，待测主轴系1
‑
1上的固定同步带轮1
‑3‑
9也与丝杠同步转动，通过同步带与加载主轴系1
‑
1上空套同步带轮1
‑3‑
4啮合，由于加载主轴系1
‑
3上空套同步带轮1
‑3‑
4处于空套状态，因此运动不能传递到加载主轴系1
‑
3上。制动加载装置主轴1
‑3‑
1上空套同步带轮1
‑3‑
4处于空套状态，且制动加载装置主轴1
‑3‑
1与加载丝杠伸出轴1
‑3‑
10分离，无运动传递到制动加载装置伸出端主轴1
‑3‑
1，涡流制动器无法产生阻力，更无法传递到加载丝杠上，因此无法实现加载功能。
47.(2)正传动有负载状态：
48.待测主轴系1
‑
1上可滑动离合器1
‑1‑
6与不可动离合器啮合1
‑1‑
8，电机伸出端主轴1
‑1‑
1上空套同步带轮1
‑1‑
4处于空套状态，电机主轴1
‑1‑
1通过离合动力转换机构与过渡轴连接；加载主轴系1
‑
3上，可滑动离合器1
‑3‑
6与不可动离合器啮合1
‑3‑
8，制动加载装置伸出端主轴1
‑3‑
1上空套同步带轮1
‑3‑
4处于空套状态，制动加载装置主轴1
‑3‑
1通过离合动力转换机构与加载丝杠伸出轴1
‑3‑
10连接。
49.电机2产生的运动通过离合动力转换机构所在的过渡轴传递到待测丝杠上，待测主轴系1
‑
1上的固定同步带轮1
‑3‑
9也与丝杠同步转动，通过同步带与加载主轴系1
‑
1上空套同步带轮1
‑3‑
4啮合，由于加载主轴系1
‑
3上空套同步带轮1
‑3‑
4处于空套状态，因此运动不能传递到加载主轴系1
‑
3上。由于待测主轴系1
‑
1上的空套同步带轮1
‑1‑
4处于空套状态，涡流制动器提供的阻力无法通过同步带轮传递到电机主轴1
‑1‑
1上，而是通过离合动力转换机构传递到加载丝杠上，最终通过工作台给待测丝杠加载。
50.(3)逆传动无负载状态：
51.待测主轴系1
‑
1上可滑动离合器1
‑1‑
6与空套同步带轮1
‑1‑
4内啮合，空套同步带轮1
‑1‑
4与电机伸出端主轴1
‑1‑
1同步转动，电机主轴1
‑1‑
1与过渡轴分离；加载主轴系1
‑
3上，可滑动离合器1
‑3‑
6既不与空套同步带轮1
‑3‑
4内啮合，也不与不可动离合器1
‑3‑
8啮
合，空套同步带轮1
‑3‑
4处于空套状态，且制动加载装置主轴与加载丝杠伸出轴1
‑3‑
10分离。
52.电机2的运动通过离合动力转换机构传递到中间主轴系1
‑
2的固定同步带轮1
‑2‑
1上，再通过中间主轴系1
‑
2上另一个固定同步带轮1
‑2‑
2传递到加载丝杠主轴系1
‑
3固定同步带轮1
‑3‑
9上，从而驱动加载丝杠转动。由于制动加载装置主轴1
‑3‑
1与加载丝杠伸出轴1
‑3‑
10分离，且制动加载装置主轴1
‑3‑
1上空套同步带轮1
‑3‑
4处于空套状态，因此运动无法传递到涡流制动器上，涡流制动器无法产生阻力，更无法传递到其他部件上。此时由电机2通过中间主轴系1
‑
2的传动驱动加载丝杠转动，带动长工作台18直线移动，进而带动小工作台19直线移动，使待测丝杠产生转动，待测丝杠处于逆传动状态，而涡流制动器无法实现加载功能。
53.(4)逆传动有负载状态：
54.待测主轴系1
‑
1上可滑动离合器1
‑1‑
6与空套同步带轮1
‑1‑
4内啮合，空套同步带轮1
‑1‑
4与电机主轴1
‑1‑
1同步转动，电机主轴1
‑1‑
1与过渡轴分离；加载主轴系1
‑
3上，可滑动离合器1
‑3‑
6与空套同步带轮1
‑3‑
4内啮合，空套同步带轮1
‑3‑
8与制动加载装置主轴1
‑3‑
1同步转动，制动加载装置主轴1
‑3‑
1与加载丝杠伸出轴1
‑3‑
10分离。
55.电机2产生的运动通过离合动力转换机构传递到中间主轴系1
‑
2的固定同步带轮1
‑2‑
1上，再通过中间主轴系1
‑
2上另一个固定同步带轮1
‑2‑
2传递到加载丝杠主轴系1
‑
3固定同步带轮1
‑3‑
9上，从而驱动加载丝杠转动。加载主轴系上的涡流制动器提供阻力，通过同步转动的空套同步带轮1
‑3‑
4传递到待测主轴系1
‑
1的固定同步带轮1
‑1‑
9上，再通过过渡轴传递到待测丝杠上。此时由电机2通过中间主轴系1
‑
2的传动驱动加载丝杠转动，带动长工作台18直线移动，进而带动小工作台19直线移动，使待测丝杠产生转动，待测丝杠处于逆传动状态，而涡流制动器的阻力传递到待测丝杠，实现逆传动加载功能。
56.本发明能满足滚珠丝杠副传动效率、振动、温升、定位精度、反向间隙等综合性能测量的要求，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正反行程综合性能；换档动作由同步带轮离合动力转换机构拉杆装置通过推拉动作完成，控制简单可靠，极大地增加了装置的实用性能和操作性能；采用同步带轮传动，可以实现正反转动，传动距离大，不易打滑，承载能力强，噪声低；采用卧式结构，能减少工作台重力对测量的影响，减小加载的难度，同时相比较立式试验台安装更方便，刚性更大，可靠性更高。