CN104266837B - 基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，滚动导轨安装在床身上，滚动导轨与导轨滑块组成移动副，导轨滑块上固定连接工作台，负载滚珠丝杠副安装在床身中间凹槽内，负载螺母座与工作台固定连接，直线电机永磁体导轨安装在床身对称设置的外侧内凹槽内，直线电机永磁体导轨与直线电机滑块组成移动副，直线电机滑块与工作台固定连接。本发明可由旋转伺服电机或直线伺服电机模拟静态或动态载荷的同时考核负载滚珠丝杠副的定位精度、重复定位精度、反向误差、温升和摩擦力矩，验证其在实际工作中的可行性，具有加载方式灵活、加载精度高、加载过程稳定的优点，并且可以满足相同型号下不同长度的负载丝杠在同一性能试验台上进行试验。
Description
技术领域
本发明涉及一种滚珠丝杠副性能试验装置，具体涉及一种基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台。
背景技术
滚珠丝杠是精密机械上最常用的传动元件之一，它是由螺杆(丝杠)、螺母和滚珠组成的螺旋传动部件，其主要功能是将旋转运动转换成线性运动，具有高精度、可逆性和高效率的特点，其性能的优劣直接决定和影响着数控机床整机的性能，因此，对滚珠丝杠进行必要的性能测试有利于及早发现问题、降低不良成品率、减少不必要的停机时间、改善机床品质。但随着试验技术及条件在现代科学研究和产品生产过程中发挥的作用越来越重要，人们要求能够在尽可能真实的情况下方便地进行试验，为此，需要有能对实际生产或应用中机械负载进行模拟的系统，而实际负载形式比较复杂，通常都是动态的，即负载随时间、频率在不断地变化，传统的静态负载越来越不能满足模拟实际工况的需求，现有滚珠丝杠性能测试试验台模拟负载主要有以下方式：
第一种负载模拟器是机械式的，一般采用弹簧或弹性钢板模拟弹性负载，利用质量块或惯量盘模拟惯性负载，但是这类负载具有结构复杂，加载装置中的受力零件易被磨损而引起功率的损失，易产生振动和噪声，且在加载器的设计与制造时对零件的材料与热处理有较高的要求，制造成本高的缺陷；
第二种负载模拟器是气动或液压式的，这类负载虽然输出力矩较大，但机械结构、工艺操作复杂，重量体积也大，而且它们与主控制器可传递的信息量小、简单，响应慢，精度与可靠性也不高，摩擦力较大，启动缓慢，同时还需要一套油源、泵站和响应的油路支持，从而大大提高了成本。
近年来，电机制造技术和电力电子技术的逐步发展，电气伺服系统的综合性能得到了较大的提高，在较小转矩范围内可以与电液伺服系统相媲美。以电气传动系统组成电动负载模拟系统以代替液压传动系统，不但可以避免电液伺服系统的缺点，还能够充分发挥电机伺服系统体积小、成本低、可靠性高、易于维护，以及调试和控制方便等方面的优势。因此，国内外已经开始了对电动负载模拟技术的研究工作，电动负载模拟技术已然成为负载模拟领域中的一个新兴发展方向。
本次发明设计的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台采用的是通过交流伺服电机或直线电机提供动态负载的电动负载模拟系统，它既可通过施加恒定转矩模拟静态负载，避免了传统静态负载模拟器受力零件易磨损、振动等缺点，也可通过施加交变转矩模拟动态负载,具有加载精度高、加载结构简单、加载稳定性好等特点，这类模拟负载器其作用主要是实际考核承载对象在近似实际载荷的作用下的动态工作情况，验证其在实际工作中的可行性。
发明内容
本发明的目的是针对现有滚珠丝杠性能测试试验台加载装置结构复杂、加载过程不稳定、加载精度低等缺点，提供一种基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，具有一用于安装滚动导轨、驱动滚珠丝杠副、负载滚珠丝杠副、直线电机永磁体导轨的床身，所述滚动导轨安装在所述床身中间凹槽两侧的上端面上，滚动导轨与导轨滑块组成移动副，四块导轨滑块上固定连接工作台，所述负载滚珠丝杠副安装在所述床身中间凹槽内，负载滚珠丝杠副的负载螺母座与工作台固定连接，通过交流伺服电机驱动负载丝杠轴或通过交流伺服电机对负载丝杠轴施加模拟载荷；所述直线电机永磁体导轨固定安装在所述床身对称设置的外侧内凹槽内，直线电机永磁体导轨与滚动导轨等长，直线电机永磁体导轨与直线电机滑块组成移动副，两块直线电机滑块与工作台固定连接，通过直线电机对负载丝杠轴施加动态模拟载荷或通过直线电机驱动负载丝杠轴。
所述床身一端外侧固定安装用于测量直线位移的指示光栅，与指示光栅配合使用的标尺光栅通过光栅支架固定连接在工作台与指示光栅同侧的侧面上且标尺光栅与工作台同步移动。
所述床身的中间凹槽内一端安装有驱动滚珠丝杠副，且驱动滚珠丝杠副的驱动机构与负载滚珠丝杠副的驱动机构分别位于床身中间凹槽的二端；所述负载滚珠丝杠副的一端通过负载前支座固定在床身上，其另一端通过负载后支座固定在驱动滚珠丝杠副的驱动螺母座上，所述负载滚珠丝杠副的负载支持侧支座在安装时可与驱动滚珠丝杠副的驱动螺母座同步移动。
所述床身左、右两侧固定安装组合支架，组合支架上通过光电传感器支架和光电传感器支架上的底座支架连接用于回零的光电传感器；所述床身四角固定安装缓冲器支架，缓冲器支架上固定连接用于保障试验安全的缓冲器；所述工作台外侧固定安装有温度传感器支架，温度传感器支架上固定连接用于采集温度的红外温度传感器，使红外温度传感器与工作台同步移动。
所述床身位于外侧对称设置的凹槽内设置有电缆保护链，电缆保护链分别与床身和工作台连接固定。
所述负载滚珠丝杠副包括负载前支座、负载固定侧支座、负载支持侧支座、负载后支座、传感器支架、负载丝杠、负载螺母座、负载螺母，所述负载前支座的电机端安装负载交流伺服电机，负载前支座内通过扭矩传感器支架固定安装用于动态测量摩擦力矩的扭矩传感器，负载前支座丝杠端安装负载固定侧支座，负载支持侧支座安装于负载后支座上，负载固定侧支座和负载支持侧支座之间连接有负载丝杠，扭矩传感器两端分别通过联轴器连接交流伺服电机和负载丝杠，所述负载丝杠上配合连接有负载螺母，负载螺母与负载螺母座固定连接在一起。
所述驱动滚珠丝杠副包括驱动固定侧支座、驱动支持侧支座、驱动前支座、安装板、驱动丝杠、驱动交流伺服电机、驱动螺母、驱动螺母座，所述驱动前支座和驱动支持侧支座固定在安装板上，驱动前支座电机端安装有驱动交流伺服电机，驱动前支座丝杠端安装有驱动固定侧支座，驱动固定侧支座和驱动支持侧支座之间连接有驱动丝杠，驱动交流伺服电机和驱动丝杠通过驱动联轴器相连，驱动丝杠上设置有驱动螺母，驱动螺母与驱动螺母座固定连接在一起。
所述组合支架由两个支撑支架和一个滑动支架固定连接而成，滑动支架上开有可使光电传感器支架与滑动支架组成移动副的槽口，光电传感器通过底座支架固定在光电传感器支架上，并可使光电传感器纵向调节。
采用本发明提供的技术方案，与现有的技术相比，具有如下显著效果：
（1）本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，可在交流伺服电机驱动丝杠轴的情况下，由直线电机施加模拟载荷，由于直线电机具有高刚度、无磨损、极平稳的运行和极高的定位精度，所以这种负载模拟方式具有机械装配紧凑、静音、加载精度高等特点。
（2）本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，可在直线电机驱动丝杠轴的情况下，由交流伺服电机施加模拟载荷，由于交流伺服电机具有调速范围广、动态响应高、过载能力强的特点，所以这种负载模拟方式可以施加更大的轴向载荷，并且具有快速的响应能力。
（3）本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，在直线电机或交流伺服电机模拟静态或动态载荷的前提下，配合高精度光栅尺一起使用，可以方便测得负载滚珠丝杠副的定位精度、重复定位精度和反向误差，也可配合红外温度传感器，获得负载滚珠丝杠副的温度走势,除此以外，扭矩传感器也可动态测量负载滚珠丝杠副的摩擦力矩。
（4）本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，由于在负载滚珠丝杠副一端设置有驱动滚珠丝杠副，可以满足相同型号下不同长度的负载丝杠在同一性能试验台上进行试验，并且由于红外温度传感器随工作台一起移动，可同时测得负载丝杠、左滚动导轨、右滚动导轨、左直线电机永磁体导轨、右直线电机永磁体导轨的温升，光电传感器的横向或纵向调节，不仅使操作更加灵活，也提高了实验效率。
附图说明
图1是本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台的结构示意图；
图2是本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台的去掉工作台、保护链、标尺光栅支架、温度传感器支架后的结构示意图；
图3是本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台所用的负载滚珠丝杠副的结构示意图；
图4是本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台所用的驱动滚珠丝杠副的结构示意图；
图5是本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台所用的标尺光栅及支架的结构示意图；
图6是本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台所用的光电传感器及支架的结构示意图；
图7是本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台所用的红外温度传感器及支架的结构示意图；
图8是本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台所用的缓冲器及支架的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
如图1，2所示，本发明的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，包括床身1、滚动导轨11及导轨滑块10、导轨压板6、负载前支座13、负载后支座21、工作台4、驱动滚珠丝杠副2、负载滚珠丝杠副3、提供动态加载的直线电机45、负载交流伺服电机12、测量直线位移的光栅尺46、用于回零的光电传感器38、保障试验安全的缓冲器42、测量摩擦力矩的扭矩传感器15以及采集温度的红外温度传感器39。
床身1中间凹槽左、右两侧的上端面上固定安装滚动导轨11，七块导轨压板6与床身1固定压紧滚动导轨11侧面，通过和床身1凸台面配合防止滚动导轨11在螺钉松动后出现横向或纵向位移，滚动导轨11与导轨滑块10组成移动副，工作台4的左、右两端各与两个导轨滑块10固定连接。
床身1对称设置凹槽，凹槽内设置有电缆保护链5，电缆保护链5下侧与床身1连接固定，上侧和工作台4连接固定，电缆保护链5主要用于直线电机电缆及光栅尺电缆等的保护作用，防止因运动而发生扭转、拉伸及缠绕，电缆保护链5长度应与工作台4所需移动长度相匹配，其安装方向同工作台4正传动方向一致；
床身1左、右两侧凹槽内设置有直线电机45，直线电机45由直线电机永磁体导轨8和直线电机滑块9组成，直线电机永磁体导轨8长度与滚动导轨11长度一致，直线电机滑块9与直线电机永磁体导轨8组成移动副，工作台4的左、右两端各与一个直线电机滑块9固定；
床身1位于外侧内凹槽内侧对称设置凹槽，驱动滚珠丝杠副2固定在对称设置凹槽内，方向与负载滚珠丝杠副3相反（驱动滚珠丝杠副2的驱动机构与负载滚珠丝杠副3的驱动机构分别位于床身1中间凹槽的二端），负载滚珠丝杠副3的一端通过负载前支座13固定在床身1上，其另一端通过负载后支座21固定在驱动滚珠丝杠副2的驱动螺母座30上，负载滚珠丝杠副3的负载支持侧支座22在安装时可与驱动滚珠丝杠副2的驱动螺母座30同步移动，可以满足相同型号不同长度的负载丝杠18在同一性能测试试验台进行试验；
如图3所示，负载滚珠丝杠副3采用固定-支撑安装方式，负载滚珠丝杠副3的负载前支座13电机端安装负载交流伺服电机12，扭矩传感器15通过扭矩传感器支架14固定安装在负载前支座13上，负载前支座13丝杠端安装负载固定侧支座17，负载支持侧支座22安装于负载后支座21上，负载固定侧支座17和负载支持侧支座22之间设置有负载丝杠18，负载交流伺服电机12、扭矩传感器15、负载丝杠18均通过负载联轴器16相连，所述负载丝杠18上设置有负载螺母20，负载螺母20与负载螺母座19固定连接在一起，负载螺母座19再与工作台4固定，当由负载交流伺服电机12驱动时，旋转运动经由滚珠丝杠副转化为直线运动，而当直线电机45提供力矩时，直线运动经由滚珠丝杠副转化为旋转运动；
如图4所示，驱动滚珠丝杠副4也采用固定-支撑安装方式，驱动滚珠丝杠副2的驱动前支座24与驱动支持侧支座31都固定在安装板27上，驱动前支座24电机端安装有驱动交流伺服电机23，驱动前支座24丝杠端安装有驱动固定侧支座26，驱动固定侧支座26和驱动支持侧支座31之间设置有驱动丝杠28，驱动交流伺服电机23和驱动丝杠28通过驱动联轴器25相连，驱动丝杠28上设置有驱动螺母29，驱动螺母29与驱动螺母座30固定连接在一起，驱动螺母座30再与负载后支座21固定，驱动交流伺服电机23提供动力驱动丝杠副产生推力带动驱动螺母座30移动。
如图5所示，光栅尺46由指示光栅7和标尺光栅33组成，床身1一端外侧固定安装指示光栅7，标尺光栅33安装在光栅支架32上，光栅支架32与工作台4固定以使标尺光栅33可与工作台4同步移动。
如图6所示，床身1左、右两侧固定安装由两个支撑支架34与一个滑动支架35固定而成的组合支架，滑动支架35上开有槽口可使光电传感器支架36与滑动支架35组成移动副，光电传感器38通过底座支架37固定在光电传感器支架36上，可使光电传感器38横向或纵向调节。
如图7所示，工作台4外侧固定安装有温度传感器支架41，温度传感器支架41和红外温度传感器39通过螺母40固定可使红外温度传感器39与工作台4同步移动，红外温度传感器39可单个或多个一起使用，可同时测量负载丝杠18、滚动导轨11、直线电机永磁体导轨8的温升。
如图8所示，床身1四角固定安装缓冲器支架43，缓冲器42与缓冲器支架43通过螺母44固定，当工作台4正向或反向移动时，超出了负载丝杠18的有效行程，工作台4将撞上缓冲器42而停止，用于保证试验安全。
利用本发明对滚珠丝杠副进行运动精度测量试验时，既可由负载交流伺服电机12驱动，直线电机45加载，也可由直线电机45驱动，负载交流伺服电机12加载，具体负载模拟方式依据试验要求合理选择，若选择负载交流伺服电机12驱动，直线电机45只需在负载交流伺服电机12驱动负载丝杠18开始工作行程时同步给定一个恒力即可模拟静态负载，同理，若选择直线电机45驱动，负载交流伺服电机12只需在直线电机45驱动负载丝杠18开始工作行程时同步给定一个恒转矩即可。
进一步，若需要得到负载丝杠18更多性能参数时，可选择动态加载方式，即由负载交流伺服电机12或直线电机45施加交变扭矩，若选择直线电机45驱动，负载交流伺服电机12需要在直线电机45驱动负载丝杠18开始工作行程时同步加载扭矩曲线，即扭矩随时间变化的曲线，例如正弦转矩加载，若选择负载交流伺服电机12驱动，直线电机45需要在负载交流伺服电机12驱动负载丝杠18开始工作行程时同步加载力曲线，即力随时间变化的曲线，这样就完成了动态载荷的模拟。
以下两个实例均采用负载交流伺服电机12驱动，直线电机45施加动态载荷的方式来进行说明。
滚珠丝杠运动精度测量试验：
试验准备阶段：
依据负载丝杠18的长度，手动控制驱动交流伺服电机23将驱动滚珠丝杠副2的驱动螺母座30停留在适当位置，以便负载滚珠丝杠副3的负载支持侧支座22可与负载后支座21固定连接在一起，待负载滚珠丝杠副3安装完成后将驱动交流伺服电机23使能使得负载后支座21在外力作用下不会产生位移，驱动负载交流伺服电机12将负载螺母座19移动至负载丝杠18的中间并安装工作台4，随后把床身1左、右两侧的光电传感器支架36固定在试验所需工作台4回零位置，并根据工作台4高度调节光电传感器38安装高度以确保在工作台4达到回零位置时，光电传感器38发出的光线可被工作台4遮挡，接着再安装标尺光栅支架32至工作台4上保证标尺光栅33可与工作台4同步移动，检查缓冲器42是否安装正确，并确保缓冲器42在负载丝杠18有效距离内无动作，最后，根据试验要求在工作台4行程长度上选取至少五个测点，测点之间的距离不可太近且保证间隔距离相等；
试验实施阶段：
先将负载交流伺服电机12使能，在工业控制计算机中选择工作台4回原点方式，此时，负载交流伺服电机12将反向驱动负载丝杠18按照预设回零速度移动至光电传感器38回零位置，正常情况下，光电传感器38发出的光线被工作台4遮挡并返回回零信号，待负载滚珠丝杠副3完成回零过程时使能直线电机45，在工业控制计算机中将此时光栅尺46位置置为零点并设定最高运行速度、加速度、运行距离、采集点停留时间，负载交流伺服电机12施加扭矩的同时直线电机45开始按照预设力曲线施加阻力矩用以模拟动态载荷，所施加动态载荷的大小应根据试验要求合理给定，以事先选取测点的位置作为目标位置，负载交流伺服电机12驱动负载丝杠18依次快速移动至测点上，分别对目标位置从正、负两个方向进行五次定位，同时，标尺光栅33通过支架随工作台4往复运动并测出正、负向每次时，工作台4实际到达的位置与目标位置之差值，即位置偏差，待负载交流伺服电机12预设行程结束后，将负载交流伺服电机12、直线电机45、驱动交流伺服电机23同步去使能。
试验结束阶段：
计算出在坐标全行程的各个目标位置上正、负向定位时的平均位置偏差和标准偏差，定位精度A以所有的最大值与所有的最小值之差计，即，
计算出在坐标全行程的各个目标位置上正、负向定位时的平均位置偏差和标准偏差，重复定位精度R以所有，的最大值计，即，
计算出在坐标全行程的各个目标位置上正、负向定位时平均位置偏差之差值，即反向差值，反向误差B以所有绝对值的最大值计，即，
滚珠丝杠温升试验：
试验准备阶段：
依据负载丝杠18的长度，手动控制驱动交流伺服电机23将驱动滚珠丝杠副2的驱动螺母座30停留在适当位置，以便负载滚珠丝杠副3的负载支持侧支座22可与负载后支座21固定连接在一起，待负载滚珠丝杠副3安装完成后将驱动交流伺服电机23使能使得负载后支座21在外力作用下不会产生位移，驱动负载交流伺服电机12将负载螺母座19移动至负载丝杠18的中间并安装工作台4，随后把床身1左、右两侧的光电传感器支架36固定在试验所需工作台4回零位置，并根据工作台4高度调节光电传感器38安装高度以确保在工作台4达到回零位置时，光电传感器38发出的光线可被工作台4遮挡，接着再安装红外温度传感器支架41至工作台4上并且将红外温度传感器39安装在负载丝杠18、滚动导轨11、直线电机永磁体导轨8上方，保证红外温度传感器39可与工作台4同步移动，检查缓冲器42是否安装正确，并确保缓冲器42在负载丝杠18有效距离内无动作，最后，分别在负载丝杠18中间及两端外径上设置数据采集点；
试验实施阶段：
先将负载交流伺服电机12使能，在工业控制计算机中选择工作台4回原点方式，此时，负载交流伺服电机12将反向驱动负载丝杠18按照预设回零速度移动至光电传感器38回零位置，正常情况下，光电传感器38发出的光线被工作台4遮挡并返回回零信号，待负载滚珠丝杠副3完成回零过程时使能直线电机45，在工业控制计算机设定最高运行速度、加速度、运行距离、采集点停留时间，负载交流伺服电机12施加扭矩的同时直线电机45开始按照预设力曲线施加阻力矩用以模拟动态载荷，所施加动态载荷的大小应根据试验要求合理给定，分别从正、负两个方向对数据采集点位置进行往复运动，每间隔一定时间由工业控制计算机自动记录红外温度传感器39在负载丝杠18各采集点处的温度及环境温度的数值，当负载丝杠18外径各采集点的温度上升幅度每小时不超过三摄氏度时，认为已达到稳定温度，将负载交流伺服电机12、直线电机45、驱动交流伺服电机23同步去使能。
试验结束阶段：
以时间为横坐标，温度为纵坐标，将间隔一定时间测得的滚珠丝杠温度和环境温度画成变化曲线图，使每小时温度上升三摄氏度的斜线率与滚珠丝杠的温度变化曲线相切。该切点为滚珠丝杠达到稳定温度时的温度值，此值减去同一时间测得的环境温度，即为负载滚珠丝杠达到稳定温度时的温升值。
由于在负载丝杠18采集温度的同时，也同步采集了滚动导轨11、直线电机永磁体导轨8的温度，所以也可得到滚动导轨11、直线电机永磁体导轨8根据模拟载荷的变化或时间变化的温度走势。
本发明采用电机伺服加载的方式，很好的解决了现有滚珠丝杠副性能试验台加载装置结构复杂、加载过程不稳定、加载精度低等缺点，通过设置伺服电机的驱动器能很容易地调整阻力矩的大小和变化，在加载的同时，还能确保载荷的可控性和稳定性，满足性能测试试验台对真实模拟加工工况的苛刻试验要求。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，具有一用于安装滚动导轨(11)、驱动滚珠丝杠副(2)、负载滚珠丝杠副(3)、直线电机永磁体导轨(8)的床身(1)，其特征在于：所述滚动导轨(11)安装在所述床身(1)中间凹槽两侧的上端面上，滚动导轨(11)与导轨滑块(10)组成移动副，四块导轨滑块(10)上固定连接工作台(4)，所述负载滚珠丝杠副(3)安装在所述床身(1)中间凹槽内，负载滚珠丝杠副(3)的负载螺母座(19)与工作台(4)固定连接，通过交流伺服电机驱动负载丝杠轴或通过交流伺服电机对负载丝杠轴施加模拟载荷；所述直线电机永磁体导轨(8)固定安装在所述床身(1)对称设置的外侧内凹槽内，直线电机永磁体导轨(8)与滚动导轨(11)等长，直线电机永磁体导轨(8)与直线电机滑块(9)组成移动副，两块直线电机滑块(9)与工作台(4)固定连接，通过直线电机对负载丝杠轴施加动态模拟载荷或通过直线电机驱动负载丝杠轴；所述负载滚珠丝杠副(3)包括负载前支座(13)、负载固定侧支座(17)、负载支持侧支座(22)、负载后支座(21)、传感器支架(14)、负载丝杠(18)、负载螺母座(19)、负载螺母(20)，所述负载前支座(13)的电机端安装负载交流伺服电机(12)，负载前支座(13)内通过扭矩传感器支架(14)固定安装用于动态测量摩擦力矩的扭矩传感器(15)，负载前支座(13)的丝杠端安装负载固定侧支座(17)，负载支持侧支座(22)安装于负载后支座(21)上，负载固定侧支座(17)和负载支持侧支座(22)之间连接有负载丝杠(18)，扭矩传感器(15)两端分别通过联轴器(16)连接交流伺服电机(12)和负载丝杠(18)，所述负载丝杠(18)上配合连接有负载螺母(20)，负载螺母(20)与负载螺母座(19)固定连接在一起。
2.根据权利要求1所述的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，其特征在于：所述床身(1)一端外侧固定安装用于测量直线位移的指示光栅(7)，与指示光栅(7)配合使用的标尺光栅(33)通过光栅支架(32)固定连接在工作台(4)与指示光栅(7)同侧的侧面上且标尺光栅(33)与工作台(4)同步移动。
3.根据权利要求1或2所述的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，其特征在于：所述床身(1)的中间凹槽内一端安装有驱动滚珠丝杠副(2)，且驱动滚珠丝杠副(2)的驱动机构与负载滚珠丝杠副(3)的驱动机构分别位于床身(1)中间凹槽的二端；所述负载滚珠丝杠副(3)的一端通过负载前支座(13)固定在床身(1)上，其另一端通过负载后支座(21)固定在驱动滚珠丝杠副(2)的驱动螺母座(30)上，所述负载滚珠丝杠副(3)的负载支持侧支座(22)在安装时可与驱动滚珠丝杠副(2)的驱动螺母座(30)同步移动。
4.根据权利要求3所述的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，其特征在于：所述床身(1)左、右两侧固定安装组合支架，组合支架上通过光电传感器支架(36)和光电传感器支架(36)上的底座支架(37)连接用于回零的光电传感器(38)；所述床身(1)四角固定安装缓冲器支架(43)，缓冲器支架(43)上固定连接用于保障试验安全的缓冲器(42)；所述工作台(4)外侧固定安装有温度传感器支架(41)，温度传感器支架(41)上固定连接用于采集温度的红外温度传感器(39)，使红外温度传感器(39)与工作台(4)同步移动。
5.根据权利要求3所述的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，其特征在于：所述床身(1)位于外侧对称设置的凹槽内设置有电缆保护链(5)，电缆保护链(5)分别与床身(1)和工作台(4)连接固定。
6.根据权利要求3所述的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，其特征在于：所述驱动滚珠丝杠副(2)包括驱动固定侧支座(26)、驱动支持侧支座(31)、驱动前支座(24)、安装板(27)、驱动丝杠(28)、驱动交流伺服电机(23)、驱动螺母(29)、驱动螺母座(30)，所述驱动前支座(24)和驱动支持侧支座(31)固定在安装板(27)上，驱动前支座(24)电机端安装有驱动交流伺服电机(23)，驱动前支座(24)丝杠端安装有驱动固定侧支座(26)，驱动固定侧支座(26)和驱动支持侧支座(31)之间连接有驱动丝杠(28)，驱动交流伺服电机(23)和驱动丝杠(28)通过驱动联轴器(25)相连，驱动丝杠(28)上设置有驱动螺母(29)，驱动螺母(29)与驱动螺母座(30)固定连接在一起。
7.根据权利要求4所述的基于电机伺服加载的滚珠丝杠性能测试试验台，其特征在于：所述组合支架由两个支撑支架(34)和一个滑动支架(35)固定连接而成，滑动支架(35)上开有可使光电传感器支架(36)与滑动支架(35)组成移动副的槽口，光电传感器(38)通过底座支架(37)固定在光电传感器支架(36)上，并可使光电传感器(38)纵向调节。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112440155A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-03-05 | 廊坊精雕数控机床制造有限公司 | 一种丝杠反向间隙的预检测装置及检测方法 |
Families Citing this family (20)
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|---|---|---|---|---|
| CN104502097B (zh) * | 2015-01-08 | 2017-01-25 | 山东博特精工股份有限公司 | 滚珠丝杠副电动耦合伺服加载装置 |
| CN106015488B (zh) * | 2016-07-29 | 2018-01-30 | 成都普瑞斯数控机床有限公司 | 滚珠丝杆用移动定位系统 |
| CN106224477B (zh) * | 2016-07-29 | 2018-09-11 | 成都普瑞斯数控机床有限公司 | 双补偿式滚珠丝杠移动系统 |
| CN106441882B (zh) * | 2016-11-26 | 2019-02-12 | 陕西理工学院 | 行星滚柱丝杠副的双向变加载装置及加载方法 |
| CN106840730A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-06-13 | 天津大学 | 一种研究单轴重复定位误差机理的试验平台 |
| CN107101830B (zh) * | 2017-04-30 | 2019-04-16 | 南京理工大学 | 一种电动伺服直线加载测试系统 |
| CN107515117B (zh) * | 2017-09-25 | 2023-12-08 | 山东博特精工股份有限公司 | 丝杠副传动效率精密测量装置及测量方法 |
| CN108152739B (zh) * | 2017-12-27 | 2024-05-10 | 浙江联宜电机有限公司 | 轮椅左右驱动轮电机通用加载负载测试装置 |
| CN108508361A (zh) * | 2018-04-09 | 2018-09-07 | 南京航空航天大学 | 一种直线压电电机机电特性测试系统 |
| CN108426730A (zh) * | 2018-04-16 | 2018-08-21 | 沈阳中之杰流体控制系统有限公司 | 一种直线运动机构的加载测试装置 |
| CN109000903B (zh) * | 2018-05-31 | 2020-03-31 | 东北大学 | 滚动直线导轨及滚珠丝杠系统可靠性试验加载装置及方法 |
| CN109060102B (zh) * | 2018-08-22 | 2024-04-16 | 河南理工大学 | 模拟负载状态下的超声钻削振幅检测装置 |
| CN109969762A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-07-05 | 刘哲森 | 一种单轨分离式凸轮滑台 |
| CN110207982A (zh) * | 2019-05-29 | 2019-09-06 | 南京理工大学 | 微小型滚珠丝杠副极限载荷可靠性试验装置 |
| CN110672318A (zh) * | 2019-09-20 | 2020-01-10 | 南京理工大学 | 基于动力驱动系统的滚珠丝杠副传动效率测量装置及方法 |
| CN111515755B (zh) * | 2020-04-08 | 2021-06-01 | 江苏大学 | 一种导轨性能测试系统 |
| CN112067272A (zh) * | 2020-09-15 | 2020-12-11 | 浙江万兆汽车零部件有限公司 | 一种驱动器静音检测设备 |
| CN113532852B (zh) * | 2021-07-20 | 2023-06-27 | 上海人本精密机械有限公司 | 精密滚珠丝杠高低温耐久和性能试验机 |
| CN113732784B (zh) * | 2021-08-23 | 2022-05-10 | 深圳华数机器人有限公司 | 数控机床的伺服电机的选型匹配方法 |
| CN117053654B (zh) * | 2023-10-12 | 2023-12-12 | 航天江南集团有限公司 | 一种无人机伺服机构的加载装置 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011122906A (ja) * | 2009-12-10 | 2011-06-23 | Jtekt Corp | ボールねじのトルク測定方法および装置 |
| CN202075120U (zh) * | 2011-04-01 | 2011-12-14 | 北京精密天工滚珠丝杠股份有限公司 | 滚珠丝杠副负载可调寿命试验机 |
| CN103499436A (zh) * | 2013-09-06 | 2014-01-08 | 西安交通大学 | 滚动直线导轨副综合性能对比测试的实验台 |
| CN103808508A (zh) * | 2014-02-18 | 2014-05-21 | 山东建筑大学 | 双层双丝杠式滚珠丝杠副寿命对比试验台 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003294581A (ja) * | 2002-03-29 | 2003-10-15 | Meiji Univ | ボールねじの疲労試験装置 |
-
2014
- 2014-10-08 CN CN201410524053.3A patent/CN104266837B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011122906A (ja) * | 2009-12-10 | 2011-06-23 | Jtekt Corp | ボールねじのトルク測定方法および装置 |
| CN202075120U (zh) * | 2011-04-01 | 2011-12-14 | 北京精密天工滚珠丝杠股份有限公司 | 滚珠丝杠副负载可调寿命试验机 |
| CN103499436A (zh) * | 2013-09-06 | 2014-01-08 | 西安交通大学 | 滚动直线导轨副综合性能对比测试的实验台 |
| CN103808508A (zh) * | 2014-02-18 | 2014-05-21 | 山东建筑大学 | 双层双丝杠式滚珠丝杠副寿命对比试验台 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 一种直线滚动导轨综合测试仪的研制;陶正苏 等;《现代计量测试》;19951231(第3期);第16-19页 * |
| 滚珠丝杠副运动精度测试系统的设计;唐旭华 等;《机电一体化》;20100228;图1 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112440155A (zh) * | 2020-12-21 | 2021-03-05 | 廊坊精雕数控机床制造有限公司 | 一种丝杠反向间隙的预检测装置及检测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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