[发明专利]一种滚珠丝杠转动惯量及摩擦力矩的测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量装置，具体涉及一种滚珠丝杠转动惯量及摩擦力矩的测量装置。

背景技术

滚珠丝杠是数控机床的关键功能部件，其质量的优劣直接影响数控机床的整体性能，随着数控机床向高速化、高精度化、复合化与环保化方向发展，用户对滚珠丝杠的性能要求越来越高，需要滚珠丝杠具有导向传动效率高，传动平稳，同步性好，精度保持性好，可靠性高等优点。由于滚珠丝杠的各项性能直接影响数控机床的定位精度和加工质量，因此在加工制造和使用滚珠丝杠过程中应保证其具有优异的性能，同时需要对滚珠丝杠相关性能参数进行高精、高效的可靠测量，以进一步为研究数控机床进给系统的性能提供保证。在滚珠丝杠的性能中，转动惯量和摩擦力矩是较为关键的两个参数。

转动惯量是表征转动物体惯性大小的物理量，是研究、设计、控制转动物体运动规律的重要工程技术参数。在进给系统中，负载转动惯量与电机转轴惯量之比是比较重要的参数，会对系统的动态特性带来一定的影响。目前，转动惯量测量方式有在线测量和离线测量两种，在线测量是指在被测系统或物体处于工作状态下进行测量，离线测量则相反。在线测量常采用的方法主要有瞬时转速法和测功率等，但是这些方法测量精度有限，测量误差相对较大。离线测量主要用于静态测量物体的转动惯量，测量精度相对较高，离线测量方法很多，常用的有三线摆、扭振、落体法等，其中，三线摆法只适用于形状对称、质量小的物体，扭振法测量设备复杂、操作不便，落体法受阻尼影响较大、精度较低。

滚摩擦力矩特性是滚珠丝杠加工质量、设计参数及性能的一项综合机械工作性能指标。珠丝杠的摩擦力产生机理比较复杂，其产生是多种因素综合作用的结果。它不仅与丝杠本身的结构尺寸、几何精度、材料及热处理性能有关，还与工作载荷、装配精度、调整预紧方法、反向器选择、润滑条件及环境参数有关。摩擦力矩的波动直接影响到温度以及振动的变化，测量摩擦力矩的大小，分析找出摩擦力矩波动的原因，是实现精密微量进给和精密高速进给的基础和前提。目前，工厂中大多采取由操作工靠手感来简单判断摩擦力矩的大小。此外，现有的摩擦力矩动态测量仪等仪器在功能、精度等方面也存在许多不足之处，还没有出现用于测量滚珠丝杠摩擦力矩大小的有效测量装置。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够精确测量滚珠丝杠的转动惯量和摩擦力矩的滚珠丝杠转动惯量及摩擦力矩的测量装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种滚珠丝杠转动惯量及摩擦力矩的测量装置，其特征在于，它包括：一底板；两直线导轨，其平行间隔设置在所述底板顶部，每一所述直线导轨上分别设置有两滑块；一滚珠丝杠，其两端通过一固定支撑座和一浮动支撑座转动支撑在位于两所述直线导轨中间的所述底板上，所述滚珠丝杠上连接有一丝杠螺母，所述丝杠螺母上紧固连接一丝杠螺母座；一扭矩传感器，其通过一传感器基座固定在所述底板上，且所述扭矩传感器的一端通过一联轴器连接所述滚珠丝杠支撑在所述固定支撑座的一端；一伺服电机，其通过一电机座固定在所述底板上，且所述伺服电机的输出轴通过一联轴器连接所述扭矩传感器；一移动平台，其底面紧固连接所述丝杠螺母座和位于两所述直线导轨上的所述滑块；以及两摩擦力矩测量机构，其分别设置于所述丝杠螺母座的两侧，每一所述摩擦力矩测量机构包括一紧固连接在所述丝杠螺母座一侧的悬臂，所述悬臂的末端设置有一连接套，所述连接套通过一竖直方向的直线轴承连接一滑动杆的一端，所述滑动杆的另一端连接一压力传感器的顶部，所述滑动杆上套置有一弹簧，所述弹簧的一端抵在所述直线轴承的底部，另一端抵在滑动杆的端部，所述压力压力传感器的底部连接一万向球，所述万向球的底部接触一平行于所述滚珠丝杠的直线平板，所述直线平板紧固连接于所述底板上。

在所述滚珠丝杠支撑在浮动支撑座的一端设置一惯量匹配机构，所述惯量匹配机构包括一与所述滚珠丝杠一端连接的联轴器，所述联轴器的另一端与一连接杆的一端连接，所述连接杆通过一另一浮动支撑座固定在所述底板上，位于所述另一浮动支撑座外侧的所述连接杆上依次套置一端板、若干配重盘和一端盖后由一螺母锁紧。

在所述端板上均匀设置两螺纹孔，在每一所述配重盘上设置两螺纹孔和两沉孔，并且每一所述配重盘上的两所述沉孔通过螺钉与相邻所述配重盘上的两所述螺纹孔连接，与所述端板相邻的所述配重盘上的两所述沉孔通过螺钉与所述端板上的两所述螺纹孔连接。