[发明专利]实时检测双螺母滚珠丝杠副滚道磨损厚度的装置及方法

权利要求书

1.实时检测双螺母滚珠丝杠副滚道磨损厚度的装置，其特征是，包括放置在螺母A及螺母B之间的相配合且用于为滚珠丝杠螺母副提供并保持预紧力不发生变化的楔形环A及楔形环B，所述楔形环B转动带动安装在螺母B上的磁环相对丝杠轴发生角位移，安装在工作台上的磁性传感器用于测量磁环发生角位移。

2.如权利要求1所述的实时检测双螺母滚珠丝杠副滚道磨损厚度的装置，其特征是，所述安装在螺母B上的磁环与螺母B相配合，所述螺母A与工作台相固定。

3.如权利要求1所述的实时检测双螺母滚珠丝杠副滚道磨损厚度的装置，其特征是，所述楔形环B的一端为互成120度的三个凸块，分别与螺母B一侧的互成120度的凹槽相配合，以确保楔形块B与螺母B不发生相对角位移。

4.如权利要求1所述的实时检测双螺母滚珠丝杠副滚道磨损厚度的装置，其特征是，所述楔形环A的一端为互成120度的三个凸块，分别与螺母A一侧的互成120度的凹槽相配合，以确保楔形块A与螺母A不发生相对角位移。

5.如权利要求1所述的实时检测双螺母滚珠丝杠副滚道磨损厚度的装置，其特征是，所述螺母A及螺母B安装在丝杠上，螺母A、螺母B沿着丝杠轴线放置，而且螺母A、螺母B的螺纹滚道方向、轴线与丝杆螺纹滚道、轴线保持一致,滚珠放置在螺母A、螺母B与丝杠的螺纹形成的滚道中。

6.如权利要求5所述的实时检测双螺母滚珠丝杠副滚道磨损厚度的装置，其特征是，所述楔形环B与楔形环A弹性模量要大于丝杠、螺母A及螺母B和滚珠的弹性模量，而且楔形环B和楔形环A的楔形角大于螺母丝杠的螺旋升角。

7.如权利要求5所述的一种实时检测双螺母滚珠丝杠副滚道磨损厚度的装置，其特征是，当螺母B和螺母A与丝杠之间发生滚道磨损时，所述螺母B和螺母A之间的预紧力有减小的趋势，由于楔形环B和楔形环A和螺母A、螺母B之间存在楔紧效应，楔形环B和楔形环A发生相对角位移，同时保持螺母B和螺母A之间的预紧力不变。

8.如权利要求1所述的实时检测双螺母滚珠丝杠副滚道磨损厚度的装置，其特征是，所述安装在螺母B上的磁环可替换为分别设置在螺母A及螺母B上的第一标签及第二标签，不再使用磁性传感器。

9.基于如权利要求1-8任一所述的实时检测双螺母滚珠丝杠副滚道磨损厚度的装置的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：通过测量螺母B和螺母A之间发生的角位移，求解螺母B相对于丝杠发生的轴向位移量；

步骤二：通过轮廓测量仪测量滚珠丝杠滚道的几何参数，计算滚珠丝杠副的初始接触角；

步骤三：根据滚珠丝杠副内部滚珠受力平衡公式，求解滚珠丝杠副的滚珠的弹性接触角；

步骤四：根据滚珠丝杠副轴向位移和磨损接触角之间的几何关系，计算滚珠丝杠副滚道的磨损接触角；

步骤五：根据滚珠丝杠副滚道法向磨损厚度与磨损接触角之间的几何关系，求解滚珠丝杠滚道和螺母滚道的法向磨损厚度。

10.如权利要求9所述的实时检测双螺母滚珠丝杠副滚道磨损厚度的装置的方法，其特征是，所述步骤一中，根据求出轴向位移量，式中为螺母B相对于丝杠轴发生的角位移，其单位为度，L_d为滚珠丝杠副的导程，单位为mm；

所述步骤二中，求解滚珠丝杠副初始接触角α₀：

${\mathrm{\α}}_0=arccos\left(\frac{(r_s-r_b){\mathrm{cos\α}}_s+(r_n-r_b){\mathrm{cos\α}}_n-S_d/2}{r_n+r_s-2r_b}\right)$

式(1)中r_s为螺母侧滚道半径，单位为mm，r_n为丝杠侧滚道半径，单位为mm，r_b为螺母滚道侧半径，单位为mm，S_d为滚珠丝杠副的径向间隙，单位为mm，α_s为丝杠侧滚道设计接触角，单位为度，α_n为螺母侧滚道设计接触角，单位为度，上式中的参数均为通过轮廓检测仪获得的。