[发明专利]一种高速滚珠丝杠副的动刚度研究实验台及测量方法

权利要求书

1.一种高速滚珠丝杠副的动刚度研究实验台，包括工作台(1)、电机安装座(2)、电机(3)、联轴器(4)、螺母座(9)、螺母(8)、径向位移传感器固定块(17)、滑块(11)、导轨(12)和垫块(13)，其特征在于：所述的电机(3)通过电机安装座(2)固定安装在工作台(1)上；所述的工作台(1)上固连有左轴承座(5)和右轴承座(18)；所述的左轴承座(5)和右轴承座(18)之间穿接有丝杠(7)，该丝杠(7)的左端穿过左轴承座(5)后通过联轴器(4)与上述电机(3)相固连，丝杠(7)的右端穿接在右轴承座(18)上；所述的丝杠(7)上靠近左轴承座(5)的一侧上套设有用于安装偏心质量的质量块(6)；所述的丝杠(7)上靠近右轴承座(18)一侧上套设有测量块(15)；所述的测量块(15)的径向方向设有安装在径向位移传感器固定块(17)上的径向位移传感器(16)，且该径向位移传感器(16)与测量块(15)相接触；所述的丝杠(7)与安装在螺母座(9)上的螺母(8)滚动连接；所述的螺母座(9)上套设有连接块(10)；所述的连接块(10)通过滑块(11)与导轨(12)滑动连接，该导轨(12)通过垫块(13)安装在工作台(1)上；所述的滑块(11)上安装有直线光栅尺(14)。

2.根据权利要求1所述的一种高速滚珠丝杠副的动刚度研究实验台，其特征在于：所述的质量块(6)为圆盘状，该质量块(6)上开设有沿周向均匀分布的偏心孔(61)。

3.根据权利要求2所述的一种高速滚珠丝杠副的动刚度研究实验台，其特征在于：所述的测量块(15)为圆盘状。

4.根据权利要求3所述的一种高速滚珠丝杠副的动刚度研究实验台，其特征在于：所述的连接块(10)包括带缺口的固定块和由缺口的两端向外延伸且水平放置的肩块；所述的两块肩块的下方均固连有滑块(11)。

5.一种采用权利要求1至4中任一项的高速滚珠丝杠副的动刚度测量方法，其步骤为：

(1)用电子称测量所要添加的螺钉的质量m，将螺钉安装在质量块(6)的偏心孔(61)内，并测量螺钉的质心偏心距e；

(2)测量质量块(6)距离左轴承座(5)的距离L₁；测量质量块(6)距离被测螺母(8)的距离L₂；测量被测螺母(8)距离右轴承座(18)的距离L₃；

(3)控制电机(3)转动，并记下电机(3)的转速n，通过电机(3)控制丝杠(7)的旋转，丝杠(7)的旋转带动质量块(6)和测量块(15)一并旋转，同时也驱动螺母(8)沿轴向移动，螺母(8)的移动带动滑块(11)在导轨(12)上沿轴向滑动；

(4)通过直线光栅尺(14)对螺母(8)所处位置进行直接测量，通过径向位移传感器(16)对测量块(15)的激振位移进行测量，并采用电路锁存的方法将直线光栅尺(14)测得的值和径向位移传感器(16)测得的值同步采样，从而可得出螺母(8)滑动了x位移时测量块(15)的激振位移即滚珠丝杠副的激振位移δ_t；

(5)将步骤(3)中记录的转速n代入角频率ω的计算公式：ω＝2πn，可得出丝杠(7)运行的角频率ω；

(6)将步骤(1)、(2)、(4)和(5)内得出的数据代入静扰度δ_st的计算公式：式中E为材料弹性模量，I为材料横截面对弯曲中性轴的惯性矩，可得出静扰度δ_st；

(7)将步骤(6)中计算得出的数据代入动扰度δ_s的计算公式：式中r为运行转速与临界转速之比，可得出丝杠(7)因不平衡力引起的动扰度δ_s；

(8)将步骤(4)中记录的δ_t和步骤(6)中得出的δ_s代入等效位移δ的计算公式：δ＝δ_t-δ_s，可得出等效位移δ；

(9)将步骤(1)和步骤(5)内得出的数据代入由偏心质量产生的同步力Q的计算公式：Q＝meω，可得出所要添加的螺钉质量产生的同步力Q；

(10)将步骤(9)和步骤(8)内得出的数据代入滚珠丝杠副动刚度值K的计算公式：可得出滚珠丝杠副动刚度值K；

(11)设定步骤(5)内的电机转速n为固定值，并通过步骤(4)记录下螺母(8)所处不同位置时滚珠丝杠副的激振位移δ_t，进而可得出固定丝杠(7)转速下，螺母(8)所处不同位置时的滚珠丝杠副动刚度值K；

(12)设定步骤(5)内的电机转速n为不固定值，并通过步骤(4)记录下螺母(8)所处相同位置时滚珠丝杠副的激振位移δ_t，进而可得出不同丝杠(7)转速下，螺母(8)所处相同位置时的滚珠丝杠副动刚度值K。