[發明專利]一種滾珠絲杠轉動慣量及摩擦力矩的測量裝置

有效

• 申請號: 201410165576.3
• 申請日: 2014-04-23
• 公開（公告）號: CN103900813A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 李鐵民;姜峣;杜云松;張亮亮;吳軍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01M13/02
• 分類號: G01M13/02;G01M1/10;G01L3/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種測量裝置，具體涉及一種滾珠絲杠轉動慣量及摩擦力矩的測量裝置。

背景技術

滾珠絲杠是數控機床的關鍵功能部件，其質量的優劣直接影響數控機床的整體性能，隨著數控機床向高速化、高精度化、復合化與環保化方向發展，用戶對滾珠絲杠的性能要求越來越高，需要滾珠絲杠具有導向傳動效率高，傳動平穩，同步性好，精度保持性好，可靠性高等優點。由于滾珠絲杠的各項性能直接影響數控機床的定位精度和加工質量，因此在加工制造和使用滾珠絲杠過程中應保證其具有優異的性能，同時需要對滾珠絲杠相關性能參數進行高精、高效的可靠測量，以進一步為研究數控機床進給系統的性能提供保證。在滾珠絲杠的性能中，轉動慣量和摩擦力矩是較為關鍵的兩個參數。

轉動慣量是表征轉動物體慣性大小的物理量，是研究、設計、控制轉動物體運動規律的重要工程技術參數。在進給系統中，負載轉動慣量與電機轉軸慣量之比是比較重要的參數，會對系統的動態特性帶來一定的影響。目前，轉動慣量測量方式有在線測量和離線測量兩種，在線測量是指在被測系統或物體處于工作狀態下進行測量，離線測量則相反。在線測量常采用的方法主要有瞬時轉速法和測功率等，但是這些方法測量精度有限，測量誤差相對較大。離線測量主要用于靜態測量物體的轉動慣量，測量精度相對較高，離線測量方法很多，常用的有三線擺、扭振、落體法等，其中，三線擺法只適用于形狀對稱、質量小的物體，扭振法測量設備復雜、操作不便，落體法受阻尼影響較大、精度較低。

滾摩擦力矩特性是滾珠絲杠加工質量、設計參數及性能的一項綜合機械工作性能指標。珠絲杠的摩擦力產生機理比較復雜，其產生是多種因素綜合作用的結果。它不僅與絲杠本身的結構尺寸、幾何精度、材料及熱處理性能有關，還與工作載荷、裝配精度、調整預緊方法、反向器選擇、潤滑條件及環境參數有關。摩擦力矩的波動直接影響到溫度以及振動的變化，測量摩擦力矩的大小，分析找出摩擦力矩波動的原因，是實現精密微量進給和精密高速進給的基礎和前提。目前，工廠中大多采取由操作工靠手感來簡單判斷摩擦力矩的大小。此外，現有的摩擦力矩動態測量儀等儀器在功能、精度等方面也存在許多不足之處，還沒有出現用于測量滾珠絲杠摩擦力矩大小的有效測量裝置。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種能夠精確測量滾珠絲杠的轉動慣量和摩擦力矩的滾珠絲杠轉動慣量及摩擦力矩的測量裝置。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：一種滾珠絲杠轉動慣量及摩擦力矩的測量裝置，其特征在于，它包括：一底板；兩直線導軌，其平行間隔設置在所述底板頂部，每一所述直線導軌上分別設置有兩滑塊；一滾珠絲杠，其兩端通過一固定支撐座和一浮動支撐座轉動支撐在位于兩所述直線導軌中間的所述底板上，所述滾珠絲杠上連接有一絲杠螺母，所述絲杠螺母上緊固連接一絲杠螺母座；一扭矩傳感器，其通過一傳感器基座固定在所述底板上，且所述扭矩傳感器的一端通過一聯軸器連接所述滾珠絲杠支撐在所述固定支撐座的一端；一伺服電機，其通過一電機座固定在所述底板上，且所述伺服電機的輸出軸通過一聯軸器連接所述扭矩傳感器；一移動平臺，其底面緊固連接所述絲杠螺母座和位于兩所述直線導軌上的所述滑塊；以及兩摩擦力矩測量機構，其分別設置于所述絲杠螺母座的兩側，每一所述摩擦力矩測量機構包括一緊固連接在所述絲杠螺母座一側的懸臂，所述懸臂的末端設置有一連接套，所述連接套通過一豎直方向的直線軸承連接一滑動桿的一端，所述滑動桿的另一端連接一壓力傳感器的頂部，所述滑動桿上套置有一彈簧，所述彈簧的一端抵在所述直線軸承的底部，另一端抵在滑動桿的端部，所述壓力壓力傳感器的底部連接一萬向球，所述萬向球的底部接觸一平行于所述滾珠絲杠的直線平板，所述直線平板緊固連接于所述底板上。

在所述滾珠絲杠支撐在浮動支撐座的一端設置一慣量匹配機構，所述慣量匹配機構包括一與所述滾珠絲杠一端連接的聯軸器，所述聯軸器的另一端與一連接桿的一端連接，所述連接桿通過一另一浮動支撐座固定在所述底板上，位于所述另一浮動支撐座外側的所述連接桿上依次套置一端板、若干配重盤和一端蓋后由一螺母鎖緊。

在所述端板上均勻設置兩螺紋孔，在每一所述配重盤上設置兩螺紋孔和兩沉孔，并且每一所述配重盤上的兩所述沉孔通過螺釘與相鄰所述配重盤上的兩所述螺紋孔連接，與所述端板相鄰的所述配重盤上的兩所述沉孔通過螺釘與所述端板上的兩所述螺紋孔連接。