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滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗裝置與方法
【專利摘要】滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗裝置與方法，屬于滾珠絲杠副檢測【技術領域】。滾珠絲杠副與滑板的聯(lián)接采用雙側可換主副螺母式結構。試驗狀態(tài)下，滾珠絲杠副通過主螺母驅動滑板往復運動，副螺母采用限位桿限制其轉動，加載氣缸對滑板加載試驗。測試狀態(tài)下，滾珠絲杠副通過副螺母驅動滑板往復運動，主螺母通過測力桿聯(lián)接安裝在滑板上的拉壓力傳感器準確獲得主螺母與絲杠間的摩擦力矩。加速退化試驗過程中，軸向加載氣缸對滾珠絲杠副進行軸向步進加速加載。通過在短時間加速試驗中獲得的滾珠絲杠副摩擦力矩數(shù)據(jù)可對滾珠絲杠副摩擦力矩退化過程建模，以較短的時間和較少的成本預測滾珠絲杠副性能退化壽命。
【專利說明】滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗裝置與方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗裝置與方法，屬于滾珠絲杠副檢測【技術領域】。
【背景技術】
[0002]滾珠絲杠副是數(shù)控機床進給系統(tǒng)的主要功能部件，其精度性能決定了數(shù)控機床進給系統(tǒng)精度。為了保證滾珠絲杠副傳動精度，一般都采用預緊式滾珠絲杠副。隨滾珠絲杠副實際工作過程，運動部件摩擦磨損會導致預緊力喪失，摩擦力矩也會隨之變化，因此滾珠絲杠副的傳動精度與其摩擦力矩息息相關。國內滾珠絲杠制造企業(yè)和相關研究單位對滾珠絲杠副已經(jīng)做了很多研究，一般多是對滾珠絲桿副摩擦力矩如何精密測量進行研究，沒有對摩擦力矩隨滾珠絲杠副運行過程中滾道磨損等原因導致的退化過程進行試驗研究，究其原因是絲杠副摩擦力矩變化過程是一個緩變過程。本專利提出利用加速退化試驗原理設計滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗裝置，能夠在較短的時間內模擬實際工況負載下滾珠絲杠副摩擦力矩退化過程，并通過設計在線測量裝置獲取摩擦力矩退化數(shù)據(jù)，以用于研究滾珠絲杠副摩擦力矩退化規(guī)律和原因，并可用于預測滾珠絲杠副精度壽命。

【發(fā)明內容】

[0003]為了克服在較短時間獲取模擬實際工況的滾珠絲杠副摩擦力矩退化規(guī)律，本發(fā)明提供了一種滾珠絲杠副摩擦力矩加速試驗裝置與方法。
[0004]本發(fā)明所采用的技術方案是:一種滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗裝置，其特征在于，包括底座(I)、交流伺服電機(2)、滾珠絲杠副(5)、滑板(6)、加載支架(8)、加載氣缸(9)、主螺母座(11)、限位桿(12)、測力桿(13)、拉壓力傳感器(14)、副螺母座(15)，底座
(I)上交流伺服電機(2)通過聯(lián)軸器(4)與滾珠絲杠副(5)的絲杠連接，滾珠絲杠副(5)與滑板(6)的聯(lián)接采用雙端可換主副螺母式結構，滾珠絲杠副(5)能夠通過主螺母驅動滑板
(6)往復運動，主螺母座位于滑板(6) —端的下面與滾珠絲杠副(5)的主螺母配合，副螺母座位于滑板(6)的另一端的下面與滾珠絲杠副(5)的副螺母配合，主螺母座緊固在滑板(6)上滑板(6)與滾珠絲杠副(5)的絲杠平行，滑板(6)的兩端的設有主副螺母座可與滾珠絲杠畐O (5)上的主副螺母配合，加載支架(8)與底座(I)固定在一起，加載氣缸(9)的汽缸與加載支架(8)固定，加載氣缸(9)的活塞通過加載作用塊與滑板(6)固定；限位桿(12)—端緊固在副螺母法蘭盤上，另一端可卡在滑板(6)的設置的限位槽中；滾珠絲杠副(5)的絲杠由前后支座支撐，滑板(6 )上設有拉壓力傳感器(14 )。
[0005]采用上述裝置進行加速試驗的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006](I)試驗狀態(tài)下，滾珠絲杠副(5)通過主螺母驅動滑板(6)往復運動，主螺母座緊固在滑板(6)上，拆下副螺母座(15)，副螺母由限位桿(12)限制其轉動，限位桿(12)—端緊固在副螺母法蘭盤上，一端卡在滑板(6)的限位槽中；加載氣缸(9)對滑板(6)進行與主螺母運行能夠相反的軸向步進加載；[0007](2)測試狀態(tài)下，在加載氣缸(9)無加載情況下，滾珠絲杠副(5)通過副螺母驅動滑板(6)往復運動，副螺母座(15)緊固在滑板(6)上，拆下主螺母座(11)，主螺母通過測力桿(13)聯(lián)接安裝在滑板(6)上的拉壓力傳感器(14)準確獲得主螺母與絲杠間的摩擦力矩。
[0008]步驟(I)設計加載氣缸(9)軸向加載力高于實際滾珠絲杠副工況負載，具體可選用被測試滾珠絲杠副額定動載荷10%到70%間的幾個負載水平進行步進加速退化試驗，通過利用在短時間內加速試驗中獲得的摩擦力矩數(shù)據(jù)建立預測模型，預測滾珠絲杠副性能退化壽命。
[0009]整個加速退化試驗過程中，采用等時間間隔的監(jiān)測方式，將試驗裝置設置為測試狀態(tài)下，即在無負載情況下用副螺母驅動工作臺運動，同時測量滾珠絲杠副摩擦力矩，并將測試數(shù)據(jù)記錄下來。
[0010]滾珠絲杠副(5)與滑板(6)的聯(lián)接采用雙側可換主副螺母式結構，實現(xiàn)滾珠絲杠副摩擦力矩的加速退化試驗和在線測量。
[0011]一種利用所述的滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗裝置的試驗方法:采用加速性能退化試驗方法，在加速退化試驗過程中，加載氣缸(9)對滾珠絲杠副進行通過在短時間加速試驗中獲得的滾珠絲杠副摩擦力矩數(shù)據(jù)可對滾珠絲杠副摩擦力矩退化過程建模，以較短的時間和較少的成本預測滾珠絲杠副性能退化壽命。
[0012]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0013]I)本發(fā)明裝置滾珠絲杠副與滑板之間采用雙側可換主副螺母方式實現(xiàn)了負載試驗與摩擦力矩的在線測量，操作方便。該測試裝置相比較原有摩擦力矩測裝置更加簡便，也更加符合工況實際，測試結果能夠準確反映滾珠絲杠副實際運行狀態(tài)下的真實摩擦力矩。
[0014]2)本發(fā)明裝置采用模擬實際工況負載的加載方式，并利用加速性能退化試驗原理快速測評滾珠絲杠副摩擦力矩退化規(guī)律，預測滾珠絲杠副性能退壽命。該方法可縮短試驗時間，降低試驗成本，為滾珠絲杠副性能退化壽命研究提供了一種可行的技術手段。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明裝置的總體結構示意圖。
[0016]圖2為本發(fā)明裝置在試驗模式下的結構示意圖；
[0017]其中左圖:滑板前端主螺母聯(lián)接處剖視圖，右圖:滑板后端副螺母聯(lián)接處剖視圖；
[0018]圖3為本發(fā)明裝置在測量模式下的結構示意圖；
[0019]其中左圖:滑板前端主螺母聯(lián)接處剖視圖，右圖:滑板后端副螺母聯(lián)接處剖視圖；
[0020]附圖中:I底座、2交流伺服電機、3前支座、4聯(lián)軸器、5滾珠絲杠副、6滑板、7加載作用塊、8加載支架、9加載氣缸、10后支座、11主螺母座、12限位桿、13測力桿、14拉壓力傳感器、15副螺母座。
【具體實施方式】
[0021]結合附圖對本發(fā)明裝置和試驗方法進行說明，如圖2所示為試驗狀態(tài)下，滾珠絲杠副(5)通過主螺母驅動滑板(6)往復運動，主螺母座緊固在滑板(6)上，拆下副螺母座
(15)，副螺母由限位桿(12)限制其轉動，限位桿(12)—端緊固在副螺母法蘭盤上，一端卡在滑板(6 )的限位槽中。加載氣缸(9 )安裝在加載支架(8 )上對滑板(6 )加載，加載支架(8 )緊固在底座(I)上。
[0022]如圖3所示為測量狀態(tài)下，滾珠絲杠副(5 )通過副螺母驅動滑板(6 )往復運動，副螺母座(15)緊固在滑板(6)上，拆下主螺母座(11)，主螺母通過測力桿(13)聯(lián)接安裝在滑板(6)上的拉壓力傳感器(14)準確獲得主螺母與絲杠間的摩擦力矩。
[0023]采用加速性能退化試驗方法，對滾珠絲杠副(5)進行軸向加載，模擬實際工況，設計軸向加載力高于實際滾珠絲杠副工況負載，具體可選用被測試滾珠絲杠副額定動載荷10%到70%間的幾個負載水平進行步進加速退化試驗，通過利用在短時間內加速試驗中獲得的摩擦力矩數(shù)據(jù)建立預測模型，預測滾珠絲杠副性能退化壽命。
[0024]具體實施步驟如下:
[0025]步驟1:設定滾珠絲杠副軸向載荷的加速應力水平為3個，在滾珠絲杠副最大額定動載荷10%到70%間選取，均高于滾珠絲杠副正常使用時的負載，即最大額定動載荷10%。
[0026]步驟2:將待測試滾珠絲杠副安裝在試驗臺上，將試驗裝置設置為加載試驗狀態(tài)下，設定滾珠絲杠副運動速度等控制參數(shù)，同時設定氣缸氣壓以調節(jié)滾珠絲杠副軸向負載，對滾珠絲杠副由大到小依次施加步驟I確定的加速應力水平。每個加速應力水平對應的截尾時間，即絲杠副運行里程按先長后短的原則進行設置。
[0027]步驟3:整個加速退化試驗過程中，采用等時間間隔的監(jiān)測方式，將試驗裝置設置為測試狀態(tài)下，即在無負載情況下用副螺母驅動工作臺運動，同時測量滾珠絲杠副摩擦力矩，并將測試數(shù)據(jù)記錄下來。
[0028]步驟4:利用加速退化試驗原理，對記錄的滾珠絲杠副整個試驗過程中的摩擦力矩監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理分析，建立滾珠絲杠副摩擦力矩退化模型，預測滾珠絲杠副的性能退化壽命。
【權利要求】
1.一種滾珠絲杠副摩擦力矩加速退化試驗裝置，其特征在于，包括底座(I)、交流伺服電機(2)、滾珠絲杠副(5)、滑板(6)、加載支架(8)、加載氣缸(9)、主螺母座(11)、限位桿(12)、測力桿(13)、拉壓力傳感器(14)、副螺母座(15)，底座(I)上交流伺服電機(2)通過聯(lián)軸器(4)與滾珠絲杠副(5)的絲杠連接，滾珠絲杠副(5)與滑板(6)的聯(lián)接采用雙端可換主副螺母式結構，滾珠絲杠副(5)能夠通過主螺母驅動滑板(6)往復運動，主螺母座位于滑板(6)—端的下面與滾珠絲杠副(5)的主螺母配合，副螺母座位于滑板(6)的另一端的下面與滾珠絲杠副(5)的副螺母配合，主螺母座緊固在滑板(6)上滑板(6)與滾珠絲杠副(5)的絲杠平行，滑板(6)的兩端的設有主副螺母座可與滾珠絲杠副(5)上的主副螺母配合，加載支架(8)與底座(I)固定在一起，加載氣缸(9)的汽缸與加載支架(8)固定，加載氣缸(9)的活塞通過加載作用塊與滑板(6)固定；限位桿(12) —端緊固在副螺母法蘭盤上，另一端可卡在滑板(6)的設置的限位槽中；滾珠絲杠副(5)的絲杠由前后支座支撐，滑板(6)上設有拉壓力傳感器(14)。
2.采用權利要求1的裝置進行加速退化試驗的方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)試驗狀態(tài)下，滾珠絲杠副(5)通過主螺母驅動滑板(6)往復運動，主螺母座緊固在滑板(6)上，拆下副螺母座(15)，副螺母由限位桿(12)限制其轉動，限位桿(12)—端緊固在副螺母法蘭盤上，一端卡在滑板(6)的限位槽中；加載氣缸(9)對滑板(6)進行與主螺母運行能夠相反的軸向步進加載； (2)測試狀態(tài)下，在加載氣缸(9)無加載情況下，滾珠絲杠副(5)通過副螺母驅動滑板(6)往復運動，副螺母座(15)緊固在滑板(6)上，拆下主螺母座(11)，主螺母通過測力桿(13)聯(lián)接安裝在滑板(6)上的拉壓力傳感器(14)準確獲得主螺母與絲杠間的摩擦力矩。
3.按照權利要求2的方法，其特征在于，步驟(I)設計加載氣缸(9)軸向加載力高于實際滾珠絲杠副工況負載，選用被測試滾珠絲杠副額定動載荷10%到70%間的幾個負載水平進行步進加速退化試驗。
4.按照權利要求2的方法，其特征在于，整個加速退化試驗過程中，采用等時間間隔的監(jiān)測方式，將試驗裝置設置為測試狀態(tài)下，即在無負載情況下用副螺母驅動工作臺運動，同時測量滾珠絲杠副摩擦力矩，并將測試數(shù)據(jù)記錄下來。
【文檔編號】G01M13/02GK103822784SQ201410067042
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權日:2014年2月26日
【發(fā)明者】王民, 梁亞棟, 胡建忠 申請人:北京工業(yè)大學