重载滚珠丝杠试验仪的设计

　　滚珠丝杠副是机械系统的关键传动部件，近几年来随着市场需求的不断增大，“重载、高速、精密”已经成为滚珠丝杠副发展的主导方向。为了提高重载滚珠丝杠副的性能，研究滚动功能部件在重载下运行时的弹性变形、可靠性和工作寿命，从而便于对产品结构、主要参数、驱动方式以及制造技术( 含材料) 等方面进行剖析，因此设计了重载滚珠丝杠性能试验台。

　　1 系统总体方案

　　重载滚珠丝杠性能检测系统包括 3 个分系统:

　　( 1) 是基于研华1713A/D 采集卡和 IK220 计数卡组成的采集系统，用于采集各个传感器的输出信号，并实现从模拟量向数字量的转换; ( 2) 是基于 1720D/A 输出卡和固高运动控制卡组成的控制系统，用于控制伺服电动机和伺服液压缸实现对重载滚珠丝杠副实际工况的模拟; ( 3) 是数据处理分析软件系统，用于对获取的数据进行处理，并计算出温升、加载力、转速、反向间隙和噪声等参数。其系统总体构成原理图如图1 所示。

　　该试验仪模拟滚珠丝杠在实际使用中的安装环境，在螺母支座下面安装有滚珠直线导轨，用被测的滚珠丝杠副传动，通过联轴器把伺服电动机与丝杠直连，用控制器来控制丝杠转速、方向，拖动工作台左右移动。同时，伺服液压缸在螺母座轴向方向上加载一个恒定的力在螺母支座上，模拟实际使用中螺母座所受的轴向力。通过各种传感器采集温升、加载力、转速、反向间隙和摩擦力矩等数据并由采集卡送入计算机，由计算机软件进行计算处理并直接显示，并且还可以存储数据便于后续的分析与评定。

　　2 试验仪机械部分设计

　　试验仪的机械部分主要用于承载伺服液压缸、伺服电动机、直线导轨和丝杠，其作用是保证测量过程中工作台的移动和加载压力，主要由床身、液压缸支座、压力计支座、螺母支座、轴承支座、联轴器和电动机支座等部分组成( 图2) 。

　　床身是试验仪的重要组成部分，要保证在测量过程中能够承载20 t 的加载力。液压缸支座、轴承支座和电动机支座通过螺栓联接在床身上，这3 个支座的轴心要保证同轴，以防液压杆作用在螺母支座上会产生弯矩。螺母支座安装在直线导轨上，保证能够流畅地滑动，无卡滞现象。丝杠的右端通过套筒和滚动轴承固定在轴承支座上( 图3) ，当要拆卸时，只要把螺母支座移开同时松开联轴器就可以把丝杠从套筒里取出，这样方便丝杠的取出并且避免经常拆卸轴承造成轴承内圈损坏。

　　3 试验仪电路设计

　　该试验仪的电路部分设计包括 2 部分: ( 1) 是由采集卡采集各路传感器的信号并通过计算机串口提供给计算机进行数据处理显示。主要由研华 1713A/D采集卡和 IK220 计数卡组成; ( 2) 是计算机通过固高运动控制卡和 1720D/A 输出卡分别控制伺服电动机和伺服液压缸。