專利名稱：一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于機械裝置精度保持性測試技術領域，特別是一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置。
背景技術：
滾珠絲杠具有運動精度高，摩擦力小，無側隙、剛性高、將回轉運動與直線運動相互轉化的可逆性高，效率高等優(yōu)點，是機床常用的運動部件，被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。滾珠絲杠的精度保持性對機床加工精度、精度保持性都有著直接影響。機床使用一定時間后，滾道及鋼珠會磨損，預緊力釋放，并伴隨滾動體疲勞點蝕，產生間隙誤差，導致軸向跳動超差，影響了機床的加工精度。因而希望改善滾珠絲杠的結構、材料、表面處理工藝、潤滑方式等參數，降低滾道及鋼珠的磨損，盡量延長絲杠使用時間，提高機床精度保持性；同時開發(fā)一種快速評價滾珠絲杠精度保持性的試驗手段，為產品選擇提供依據。目前，國內滾珠絲杠的試驗裝置多針對絲杠副的綜合性能，滾珠絲杠精度保持性試驗裝置的研發(fā)領域幾乎是空白，而某些廠家自行開發(fā)的精度保持性試驗機也缺乏模擬各種實際工況的能力。

實用新型內容本實用新型所解決的技術問題在于提供一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置與試驗方法。實現本實用新型目的的技術解決方案為:一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置，包括加載部件、頭架拖動部件、工作臺面部件、尾架支撐部件和床身，其中頭架拖動部件和尾架支撐部件均位于床身上，工作臺面部件位于頭架拖動部件和尾架支撐部件之間，加載部件位于床身中部的凹槽內；所述頭架拖動部件包括頭架托板、從動帶輪、同步帶、張緊輪、主動帶輪、電動機、變速箱、動態(tài)扭矩傳感器、圓磁柵、第一頭架支撐單元、第二頭架支撐單元，頭架托板上設置電動機和變速箱，電動機的輸出軸上設置主動帶輪，變速箱的輸入軸上設置從動帶輪，主動帶輪和從動帶輪上套有同步帶，該同步帶通過位于頭架托板上的張緊輪張緊，變速箱的輸出軸通過第一聯(lián)軸器與動態(tài)扭矩傳感器相連，動態(tài)扭矩傳感器的另一端通過第二聯(lián)軸器與被測絲杠的一端連接，第一頭架支撐單元和第二頭架支撐單元均位于頭架托板上，其中第一頭架支撐單元對第二聯(lián)軸器支撐固定，第二頭架支撐單元對被測絲杠支撐定位，圓磁柵包括讀數頭和磁柵鼓，其中讀數頭位于第一頭架支撐單元上，磁柵鼓位于從第一頭架支撐單元外側伸出的第二聯(lián)軸器的外部。本實用新型與現有技術相比，其顯著優(yōu)點為:1)本實用新型利用三檔齒輪變速箱調節(jié)絲杠轉速，增加了可測量程；2)本實用新型利用內外錐套及軸承套件夾持絲杠兩端，以適應不同規(guī)格的絲杠，且更換方便，保證絲杠安裝的兼容性與穩(wěn)定性；3)本實用新型的加載力通過鋼纜傳動實現，可實現加載力的連續(xù)性變化，成本低廉；4)本實用新型的加載系統(tǒng)采用電渦流制動器、卷筒、滑輪三位一體的加載系統(tǒng)，可實現阻尼的連續(xù)變化，有效得模擬了實際工況；5)本實用新型的尾架與床身之間的平一V導軌設計，可適應不同長度被測絲杠的支撐要求；6)本實用新型的扭矩傳感器及聯(lián)軸器段的拉力傳感器可實現實時監(jiān)測被測絲杠上加載力的大小，為模擬實際工況提供依據。
以下結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。

圖1是本實用新型滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置的工作原理示意圖，其中圖A為主視圖，圖B為俯視圖。圖2是本實用新型滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置的總體結構示意圖。圖3是本實用新型滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置頭架拖動部件的示意圖。圖4是本實用新型滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置工作臺部件的上面示意圖。圖5是本實用新型滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置工作臺部件的底面示意圖。圖6是本實用新型滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置加載系統(tǒng)的示意圖。圖7是本實用新型滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置尾架部件的示意圖。圖8是本實用新型滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置床身部件的示意圖。圖9是本實用新型滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置單批次樣件精度保持性驗證工序流程圖。圖10是本實用新型滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置單批樣件精度保持性測定工序流程圖。
具體實施方式
結合圖1、圖2，本實用新型的一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置，包括加載部件1、頭架拖動部件I1、工作臺面部件II1、尾架支撐部件IV和床身V，其中頭架拖動部件II和尾架支撐部件IV均位于床身V上，工作臺面部件III位于頭架拖動部件II和尾架支撐部件IV之間，加載部件I位于床身V中部的凹槽內；結合圖3，所述頭架拖動部件II包括頭架托板1、從動帶輪2、同步帶3、張緊輪4、主動帶輪5、電動機6、變速箱7、動態(tài)扭矩傳感器8、圓磁柵9、第一頭架支撐單元10、第二頭架支撐單元12，頭架托板I上設置電動機6和變速箱7，電動機6的輸出軸上設置主動帶輪5，變速箱7的輸入軸上設置從動帶輪2，主動帶輪5和從動帶輪2上套有同步帶3，該同步帶通過位于頭架托板I上的張緊輪4張緊，變速箱7的輸出軸通過第一聯(lián)軸器與動態(tài)扭矩傳感器8相連，動態(tài)扭矩傳感器8的另一端通過第二聯(lián)軸器11與被測絲杠的一端連接，第一頭架支撐單元10和第二頭架支撐單元12均位于頭架托板I上，其中第一頭架支撐單元10對第二聯(lián)軸器11支撐固定，第二頭架支撐單元12對被測絲杠支撐定位，圓磁柵9包括讀數頭和磁柵鼓，其中讀數頭位于第一頭架支撐單元10上，磁柵鼓位于從第一頭架支撐單元10外側伸出的第二聯(lián)軸器11的外部。結合圖4和圖5，工作臺面部件III包括工作臺15、承力鋼板53、靜態(tài)扭矩傳感器支架16、靜態(tài)扭矩傳感器17、螺母支撐單元18、扭矩聯(lián)動件19、工作臺防撞墊片22、滑塊23，工作臺15整體呈工字型，該工作臺上設置靜態(tài)扭矩傳感器支架16，靜態(tài)扭矩傳感器支架16上設置靜態(tài)扭矩傳感器17，螺母支撐單元18也位于工作臺15上，螺母支撐單元18套在被測滾珠絲杠上，該螺母支撐單元通過扭矩聯(lián)動件19將力矩傳遞到靜態(tài)扭矩傳感器17上，工作臺防撞墊片22設置在工字型工作臺15的突起部分，滑塊23設置在工作臺15底面，承力鋼板53設置在工作臺15的底部中心。光柵尺讀數頭通過接合裝置設置在工作臺上。結合圖6和圖5，加載部件I包括電渦流制動器38、擺線針輪減速器39、外花鍵軸
51、傳動齒輪48、卷筒47、卷筒座49、內花鍵軸46、定滑輪41、定滑輪座40、定滑輪座調節(jié)螺母52、鉸鏈單元塊21、鋼絲繩42、拉力傳感器44、拉力傳感器連接塊43、傳感器連接螺母45 ；電渦流制動器38設置在工作臺一側外部，通過第三聯(lián)軸器與擺線針輪減速器39相連，擺線針輪減速器39通過第四聯(lián)軸器與外花鍵軸51相連，外花鍵軸51與內花鍵軸46相嚙合，內花鍵軸46上套有傳動齒輪48，傳動齒輪48包括主動齒輪48-1、第一從動齒輪48-2和第二從動齒輪48-3，主動齒輪48-1設置在內花鍵軸46上，兩個從動齒輪分別設置在兩個對稱布置的卷筒軸上，兩個卷筒軸的兩端分別通過軸承架在卷筒座49上；工作時，由電渦流制動器38提供負載，通過調節(jié)通過電渦流制動器38的電流值可實現對滾珠絲杠副工況的模擬；每個卷筒軸上均設置一個卷筒47，每個卷筒47上均纏繞鋼絲繩42，鋼絲繩42伸出的繩頭繞過與其對應的定滑輪固連在鉸鏈單元塊21上，鋼絲繩上的加載力由鉸鏈單元塊21調節(jié)平衡后傳遞到與其相連的拉力傳感器44上，拉力傳感器44通過大六角螺釘45固定在工作臺承力底板53上。床身V包括限位開關32、限位開關T型槽33、導軌34、楔形塊35、光柵尺36、平-V導軌37和梯形槽20，導軌34平行設置在床身V上，導軌的一側通過楔形塊35固定，光柵尺36設置在床身凹槽的內壁上，光柵尺36的讀數頭固定在工作臺15上，工作的時候，隨工作臺15往復運動，床身V上表面開有平-V導軌37、限位開關T型槽33、梯形槽20，限位開關32安裝在限位開關T型槽33上。結合圖7和圖8，尾架支撐部件IV包括尾架28，尾架托板27，尾架28設置在尾架托板27的一端，尾架托板27的下表面設置有與床身平-V導軌相配合的結合面和與T型槽相配合的結合面。試驗時，工作臺在頭尾架之間來回運動，光柵尺的掃描單元隨工作臺一起運動，當工作臺從床身一側運動向另一側時，起始側的卷筒滑輪系統(tǒng)張緊，提供與運動方向相反的阻尼，同時工作臺下方受力的一側的拉力傳感器工作。長光柵的讀數頭在隨工作臺移動時實時監(jiān)測螺母移動位置，圓磁柵測量絲杠旋轉角度，結合兩者測量結果，得出行程誤差值，在試驗中實時監(jiān)測行程誤差的變化。總體而言，本實用新型的滾珠絲杠副精度保持性試驗臺，包括床身部件，頭架拖動部件，工作臺面部件，加載部件，以及尾架部件。電動機，3檔變速箱，頭架支撐；工作臺面部件主要包括靜態(tài)扭矩傳感器，螺母支撐單元；加載部件主要包括電渦流制動器，減速器，定滑輪，卷筒；尾架部件主要包括尾架，尾架托板。頭架托板上安裝電動機和齒輪變速箱，電動機和變速箱通過皮帶傳動，變速箱的輸出軸通過聯(lián)軸器與動態(tài)扭矩傳感器連接，扭矩傳感器通過兩個對接的聯(lián)軸器與被測滾珠絲杠相連，兩個對接的聯(lián)軸器中靠近扭矩傳感器的上邊安裝圓磁柵，兩個對接的聯(lián)軸器通過絲杠支架固定，絲杠的前端通過絲杠支架內的兩個錐套固定；電渦流制動器伸出軸通過聯(lián)軸器連接變速箱，再與阻力加載結構的伸出軸連接，阻力加載機構主要由兩個對稱排布的雙聯(lián)滑輪組、兩個雙聯(lián)卷筒和三個傳力齒輪構成，卷筒上的鋼絲繩通過螺母托板對被測絲杠的螺母傳遞阻尼，托板上固連絲杠的配套螺母和靜態(tài)扭矩傳感器托架，托板的兩端下側固連滑塊，與固定在底座凹槽上端的兩段導軌形成導軌副，尾架托板安裝在床身尾部的平一 V導軌上，根據被測絲杠的長短在導軌上前后調整位置，并通過5組螺釘螺母最終固定。工作時，由電渦流制動器提供負載，通過調節(jié)通過電渦流制動器的電流值可實現對滾珠絲杠副工況的模擬。結合圖9和圖10，一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置與試驗方法主要包括準備工序，對系統(tǒng)加載，系統(tǒng)測控，信息記錄。準備工序主要包括I確定測試工件，并參照試驗規(guī)范選擇測試總樣本量；根據絲杠支撐單元及螺母軸徑，選擇合適的安裝工裝；根據絲杠安裝規(guī)范，在試驗臺工作臺上安裝被測滾珠絲杠副，并根據安裝型式調節(jié)尾架支撐；如果采用兩端固定型式，需要將尾架鎖死在床身上；如果需要預拉伸，根據預拉伸規(guī)范，使用測力扳手進行預拉伸；根據加載力大小，參照使用手冊選取正確的拖動減速速箱檔位及加載增速箱檔位；依次開啟試驗臺電源、冷卻系統(tǒng)、數控系統(tǒng)、測試系統(tǒng)；關閉防護擋板；系統(tǒng)加載即對被測絲杠加載至額定動載荷或規(guī)定載荷，視所測的目的而定。試驗臺加載由測控系統(tǒng)自動控制，需事先在測控系統(tǒng)界面設定加載力要求。精度保持性驗證工序:精度保持性試驗，樣本量盡量大于10件，在20%額定動載荷加載條件下連續(xù)轉動標稱的精度保持性時間，其中只有10%以內產品行程誤差劣化在30%以內，則該產品標定精度保持性時間可信。每批次樣件精度保持性驗證工序如圖9。精度保持性測定工序:精度保持性測定為批量試驗，樣本量盡量大于10件，在標稱精度保持性不可信，或不明確實際精度保持性指標下，通過本工序完成精度保持性測定試驗，結合精度保持性試驗規(guī)范得到產品的實際精度保持性指標。每批樣件疲勞精度保持性測定工序如圖10所示。
權利要求1.一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置，其特征在于，包括加載部件[I ]、頭架拖動部件[II ]、工作臺面部件[III]、尾架支撐部件[IV]和床身[V ]，其中頭架拖動部件[II ]和尾架支撐部件[IV ]均位于床身[V ]上，工作臺面部件[III ]位于頭架拖動部件[II ]和尾架支撐部件[IV ]之間，加載部件[I ]位于床身[V ]中部的凹槽內； 所述頭架拖動部件[II ]包括頭架托板[I]、從動帶輪[2]、同步帶[3]、張緊輪[4]、主動帶輪[5]、電動機[6]、變速箱[7]、動態(tài)扭矩傳感器[8]、圓磁柵[9]、第一頭架支撐單元[10]、第二頭架支撐單元[12]，頭架托板[I]上設置電動機[6]和變速箱[7]，電動機[6]的輸出軸上設置主動帶輪[5]，變速箱[7]的輸入軸上設置從動帶輪[2]，主動帶輪[5]和從動帶輪[2]上套有同步帶[3]，該同步帶通過位于頭架托板[I]上的張緊輪[4]張緊，變速箱[7]的輸出軸通過第一聯(lián)軸器與動態(tài)扭矩傳感器[8]相連，動態(tài)扭矩傳感器[8]的另一端通過第二聯(lián)軸器[11]與被測絲杠的一端連接，第一頭架支撐單元[10]和第二頭架支撐單元[12]均位于頭架托板[I]上，其中第一頭架支撐單元[10]對第二聯(lián)軸器[11]支撐固定，第二頭架支撐單元[12]對被測絲杠支撐定位，圓磁柵[9]包括讀數頭和磁柵鼓，其中讀數頭位于第一頭架支撐單元[10]上，磁柵鼓位于從第一頭架支撐單元[10]外側伸出的第二聯(lián)軸器[11]的外部。
2.根據權利要求1所述的滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置，其特征在于，工作臺面部件[III]包括工作臺[15]、承力鋼板[53]、靜態(tài)扭矩傳感器支架[16]、靜態(tài)扭矩傳感器[17]、螺母支撐單元[18]、扭矩聯(lián)動件[19]、工作臺防撞墊片[22]、滑塊[23]， 工作臺[15]整體呈工字型，該工作臺上設置靜態(tài)扭矩傳感器支架[16]，靜態(tài)扭矩傳感器支架[16]上設置靜態(tài)扭矩傳感器[17]，螺母支撐單元[18]也位于工作臺[15]上，螺母支撐單元[18]套在被測滾珠絲杠上，該螺母支撐單元通過扭矩聯(lián)動件[19]將力矩傳遞到靜態(tài)扭矩傳感器[17]上，工作臺防撞墊片[22]設置在工字型工作臺[15]的突起部分，滑塊[23]設置在工作臺[ 15]底面，承力鋼板[53]設置在工作臺[15]的底部中心。
3.根據權利要求1所述的滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置，其特征在于，加載部件[I ]包括電渦流制動器[38]、擺線針輪減速器[39]、外花鍵軸[51]、傳動齒輪[48]、卷筒[47]、卷筒座[49]、內花鍵軸[46]、定滑輪[41]、定滑輪座[40]、定滑輪座調節(jié)螺母[52]、鉸鏈單元塊[21]、鋼絲繩[42]、拉力傳感器[44]、拉力傳感器連接塊[43]、傳感器連接螺母[45]； 電渦流制動器[38]設置在工作臺一側外部，通過第三聯(lián)軸器與擺線針輪減速器[39]相連，擺線針輪減速器[39]通過第四聯(lián)軸器與外花鍵軸[51]相連，外花鍵軸[51]與內花鍵軸[46]相嚙合，內花鍵軸[46]上套有傳動齒輪[48]，傳動齒輪[48]包括主動齒輪[48-1]、第一從動齒輪[48-2]和第二從動齒輪[48-3]，主動齒輪[48_1]設置在內花鍵軸[46]上，兩個從動齒輪分別設置在兩個對稱布置的卷筒軸上，兩個卷筒軸的兩端分別通過軸承架在卷筒座[49]上； 每個卷筒軸上均設置一個卷筒[47]，每個卷筒[47]上均纏繞鋼絲繩[42]，鋼絲繩[42]伸出的繩頭繞過與其對應的定滑輪固連在鉸鏈單元塊[21]上，鋼絲繩上的加載力由鉸鏈單元塊[21]調節(jié)平衡后傳遞到與其相連的拉力傳感器[44]上，拉力傳感器[44]通過大六角螺釘[45]固定在工作臺承力底板[53]上。
4.根據權利要求1所述的滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置，其特征在于，床身[V]包括限位開關[32]、限位開關T型槽[33]、導軌[34]、楔形塊[35]、光柵尺[36]、平-V導軌[37]和梯形槽[20], 導軌[34]平行設置在床身[V ]上，導軌的一側通過楔形塊[35]固定，光柵尺[36]設置在床身凹槽的內壁上，光柵尺[36]的讀數頭固定在工作臺[15]上，工作的時候，隨工作臺[15]往復運動，床身[V ]上表面開有平-V導軌[37]、限位開關T型槽[33]、梯形槽[20]，限位開關[32]安裝在限位開關T型槽[33]上。
5.根據權利要求1所述的滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置，其特征在于，尾架支撐部件[IV]包括尾架[28]，尾架托板[27]，尾架[28]設置在尾架托板[27]的一端，尾架托板[27]的下表面設置有與床 身平-V導軌相配合的結合面和與T型槽相配合的結合面。
專利摘要本實用新型公開了一種滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置。頭架托板上安裝電機和變速箱，變速箱的輸出軸與動態(tài)扭矩傳感器連接，此傳感器通過聯(lián)軸器與被測滾珠絲杠相連，在此聯(lián)軸器上設置圓磁柵，圓磁柵與被測絲杠連接，被測絲杠頭尾部通過頭、尾架支撐固定；電渦流制動器連接變速箱，再與加載部件連接，加載部件構包括兩個雙聯(lián)滑輪組、兩個雙聯(lián)卷筒和三個齒輪構成，卷筒上的鋼絲繩通過螺母托板對被測絲杠的螺母傳遞阻尼，托板上固連絲杠的配套螺母，托板的兩端下側設置四個滑塊，使其可在固定在床身上的導軌上滑移，尾架托板安裝在床身尾部的平—V導軌上。工作時，由電渦流制動器提供負載，通過調節(jié)通過電渦流制動器的電流值可實現對滾珠絲杠副工況的模擬。
文檔編號G01M13/02GK203037459SQ20132003702
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月23日 優(yōu)先權日2013年1月23日
發(fā)明者歐屹, 馮虎田, 朱宇霖, 陶衛(wèi)軍, 蔡理, 沈嘉禾, 韓軍, 王禹林, 殷愛華 申請人:南京理工大學