滚珠丝杠测量仪方案.doc

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1、滚珠丝杠副是机械系统的关键传动部件。特别是近年来随着数控产品的发展，对滚珠丝杠副的定位精度提岀了更高的要求。滚珠丝杠副在承受T作负载时，滚珠与螺纹滚道的接触点必然产生弹性接触变形【IJ。这些弹性变形对于川来精密传动的滚珠丝杠副来说，将会影响其轴向间隙和轴向刚度，从而影响到传动质量心，J。为了检测滚珠丝杠副承受工作负载时丝杠与螺母之间的变形，我们研制开发了滚珠丝杠副刚度试验台，该系统已经在山东济宁博特精丝杠制造有限公司投入使用，取得了满意的效果。1刚度检测系统方案设计滚珠丝杠副刚度检测系统方案设计如图1所示,螺母

2、固定架和液压缸固定架通过恻钢柱连接纟R成牢固的框架结构，保证加载时，螺母固定架与液压缸固定架之间没有相对位移。环型固定块通过螺栓联结I古I定在螺母固定架上，被检测丝杠通其螺母上的安装孔被螺栓固定在环型固定块上。可沿着T型导轨作轴向移动的丝杠防转装置夹紧被检测丝杠副的丝杠，阻止丝杠转动，但丝杠右端没有轴向约朿，可在载荷作用下有-微小的轴向位移。检测时，液压加载置通过液压头、导杆机构给被测试滚珠丝杠副的丝杠施加一轴向加载力，滚珠丝杠副的螺母固定。丝杠与螺母间的位移市电感式微位移传感器检测。调整液压系统的压力，由上位

3、机同时采集轴向加载力和位移传感器的输出，即可获得丝杠副的刚度变化曲线。11导轨2防转装置3丝杠4螺母固定架5环型固定块6测微头7螺母8磁力表朋9圆钢柱10丝杠小头支撑装置11测力传感器12导杆13液压头14液压缸固定架图1刚度检测系统方案图滚珠丝杠副轴向静态刚度R表示滚珠丝杠副反抗轴向变形的能力，规定为在加载方向上使某一零件产生变形△£%1斗m时所需的力F（IV）：R二啦，&L需要强调的是滚珠丝杠副轴向静态刚度受滚珠与滚道之间的曲率比，接触角、螺旋升角、预紧状态等多种因素的影响，轴向弹性位移与载荷的关系是非线性

4、的，因此滚珠丝杠副的刚度在不同载荷下是不同的8J。根据GB/T17587.4_2008规定,不预紧的滚珠丝杠副轴向接触刚度是外加载荷等于0・3倍的额定动载荷时的轴向接触刚度，预紧的滚珠丝杠副轴向接触刚度是外加载荷等于0.1倍的额定动载荷时的轴向接触刚度HJ。2刚度检测系统硬件电路设计滚珠丝杠副刚度检测系统的硬件主要包括了测力传感器、电感测微仪、信号放大电路、单片机STC89C52以及上位PC机。系统采用屮原测量仪厂生产的DGB-5B型电感测微仪及DGC一8ZP/B（轴向式）测微头检测滚珠丝杠副丝杠与螺母之间的相

5、对位移，测微头的示值变动性为0.21xm,输出电压为0-50mVo采用轮辐式压力称重传感器检测施加给滚珠丝杠副的轴向力，输出电压为0—5V。由于电感测微仪输出电压较低，选用具有高共模抑制能力的仪器放大器AD620对输出信号进行放大处理。该放大器的特点为差动输入，单端输出，电压增益可由一个电阻RG来确定。当RG为49911时，放大倍数设计为100倍，则电感测微仪的输出电压信号经放大后的变化范围为0〜5V,满足系统的要求。如图2所示，电压信号育接进入其差分输人端，减少了干扰信号。测微图2信号放大电路图整个仪器系统采

6、用微机电源供电，为保证各集成电路芯片的正常工作，需提供稳定的±5V双电源。这里采用反相DC-DC变换器TPS6735,得到一5V稳压电源（如图3）。4VTLC2543是TI公司的12位串行模数转换器，使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。具有路模拟输人通道，电源电压4.5—5.5V,A/D转换时间为lOILs,CLOCK的频率最高为4・1MHz。除具有高速A/D转换器外，还具有测试电压选择、输出数据长度(8,12,16bit)控制、输出方式(数据高位在先或低位在先)控制等。TLC2543内部有一个特殊功能

7、寄存器，通过DATAINPUT写入数据，实现对不同功能的选择。在木设计屮输出数据长度选择16位，采用高位(MSB)先方式，系统的驶件原理图如图4所示。,对滚珠丝杠副进行刚度检测时，通过调节液压加载系统溢流阀的溢流压力调整施加给滚珠丝杠副施加的轴向加载力，由于溢流阀的调整压力通过手动调节，加载力并不是匀速增加，因此检测弹性变形的数据不能够按固定时间间隔采集，而应该按固定加载力间隔采集。该测量系统的T作过程为：单片机实时检测压力称重传感器的输出信号，判断加载力的大小是否为需要检测弹性变形的点，仅当加载力的大小满足固

8、定间隔时，微位移传感器检测丝杠与螺母的相对位移，并把加载力和微位移的数据都发送到上位机。检测时，上位机和下位机的稈序流程如图5所示。3系统测量软件设计软件滚珠丝杠副刚度检测系统的上位机是采用VisualBasic6.0编制，基于Windows操作系统，主要分为档案管理、系统设置、数据采集与处理和系统应用帮助四大模块NJo利用Mscomm控件实现检测仪硬件系统的数据通讯，测试条件、工件