[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

说明书

技术领域

本发明涉及一种测量技术领域的方法及装置，更具体地说，涉及一种高速精密滚珠丝杠副的动刚度研究实验台。

背景技术

滚珠丝杠副是广泛使用于进给系统的关键部件。但伴随滚珠丝杠副速度的不断提高，其振动问题越加突出，严重影响了进给系统的定位精度及精度保持能力，成为数控机床和各种自动化设备高速化和高精度发展的主要障碍。滚珠丝杠副的动刚度对进给系统的动态稳定性和振动幅度有重要影响。根据已有的理论与实验研究可知，滚珠丝杠副径向和轴向的动刚度对滚珠丝杠副振动的影响较为显著。同时，由实验研究可知，径向振动的幅值常常大于轴向方向，滚珠丝杠副前几阶振动的主要形式为径向方向的弯曲变形。因此，滚珠丝杠副径向动刚度的理论研究与实验测量具有重要意义。

现有技术中的滚珠丝杠副刚度的测试装置还只能测量静刚度，如专利公开号为CN103018104A的中国发明专利和专利公开号为CN102944472A的中国发明专利便只能测量静止状态下滚珠丝杠副的刚度值，不能测量高速运转下精密滚珠丝杠副的刚度值。又如专利公开号为CN103217288A的中国发明专利可测量不同转速下滚珠丝杠副某些动态参数，但不能测量滚珠丝杠副的动刚度。因此急需可实现高速运转中的滚珠丝杠副径向动刚度测量的实验台。

另外，除了滚珠丝杠副的转速，滚珠丝杠副中螺母所处的位置也是影响滚珠丝杠副径向动刚度的重要因素。参见图2，通过分析螺母的移动对滚珠丝杠副固有振动的影响可知，随着螺母位置的变化，前三阶固有频率都有所变化，但它们之间没有明确的关系，虽然第一阶固有频率随位置变化先增大后减小，第二阶固有频率逐渐变小，但第三阶已无规律可循。这种变化现象至少可以说明螺母充当了移动支撑的角色，它的变化，意味着整个振动系统结构的变化，故对振动系统的固有振型与频率都有明显影响。因此也急需可实现螺母所处不同位置时滚珠丝杠副径向动刚度测量的实验台。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中不存在测量滚珠丝杠副动刚度的实验台的不足，提供了一种高速滚珠丝杠副的动刚度研究实验台及测量方法，采用本发明的技术方案，可以实现不同转速情况下，螺母所处相同位置处时，滚珠丝杠副动刚度的测量，也可以实现转速固定情况下，螺母所处不同位置处时，滚珠丝杠副动刚度的测量；进而能用于滚珠丝杠副动刚度理论研究的验证，也能为滚珠丝杠副的减振抑噪、可靠性的提高、使用寿命的延长等重要工程问题提供理论依据，更能为开发新型高速、高精及低噪声系列滚珠丝杠副产品提供理论指导。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种高速滚珠丝杠副的动刚度研究实验台，包括工作台、电机安装座、电机、联轴器、螺母座、螺母、径向位移传感器固定块、滑块、导轨和垫块，所述的电机通过电机安装座固定安装在工作台上；所述的工作台上固连有左轴承座和右轴承座；所述的左轴承座和右轴承座之间穿接有丝杠，该丝杠的左端穿过左轴承座后通过联轴器与上述电机相固连，丝杠的右端穿接在右轴承座上；所述的丝杠上靠近左轴承座的一侧上套设有用于安装偏心质量的质量块；所述的丝杠上靠近右轴承座一侧上套设有测量块；所述的测量块的径向方向设有安装在径向位移传感器固定块上的径向位移传感器，且该径向位移传感器与测量块相接触；所述的丝杠与安装在螺母座上的螺母滚动连接；所述的螺母座上套设有连接块；所述的连接块通过滑块与导轨滑动连接，该导轨通过垫块安装在工作台上；所述的滑块上安装有直线光栅尺。

更进一步地，所述的质量块为圆盘状，该质量块上开设有沿周向均匀分布的偏心孔。

更进一步地，所述的测量块为圆盘状。

更进一步地，所述的连接块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。

上述的一种高速精密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的偏心孔内，并测量螺钉的质心偏心距e；

(2)测量质量块距离左轴承座的距离L₁；测量质量块距离被测螺母的距离L₂；测量被测螺母距离右轴承座的距离L₃；

(3)控制电机转动，并记下电机的转速n，通过电机控制丝杠的旋转，丝杠的旋转带动质量块和测量块一并旋转，同时也驱动螺母沿轴向移动，螺母的移动带动滑块在导轨上沿轴向滑动；