本发明提供一种滚珠丝杠传动效率测试系统，能够实现滚珠丝杠的线效率的测量，克服现有技术中仅能测量点效率的不足。该测试系统包括外壳以及设置在外壳内部的丝杠支架、螺母支架、丝杠拨叉和轴向力测量组件；待测试的滚珠丝杠支撑在外壳内部；与丝杠相连的丝杠拨叉用于对丝杠施加扭矩，设置在丝杠拨叉末端的扭矩传感器用于测量丝杠的实际扭矩值；螺母支架与螺母固定连接，螺母支架与外壳内表面滑动配合，使螺母支架能够与螺母一起沿丝杠的轴向移动；轴向力测量组件设置在螺母支架与外壳底面之间，轴向力测量组件用于测量待测试的滚珠丝杠的轴向力。为现滚珠丝杠对大承载传动效率的测量，采用通过多组碟簧组件的配合平均分担轴向力的方案。
1.一种滚珠丝杠传动效率测试系统，其特征在于，包括：外壳以及设置在所述外壳内部的丝杠支架(2)、螺母支架(8)、丝杠拨叉(11)和轴向力测量组件；
待测试的滚珠丝杠支撑在所述外壳内部；与所述丝杠(6)相连的丝杠拨叉(11)用于对所述丝杠(6)施加扭矩，设置在丝杠拨叉(11)末端的扭矩传感器用于测量丝杠(6)的实际扭矩值；
所述螺母支架(8)与所述螺母(7)固定连接，所述螺母支架(8)与所述外壳内表面滑动配合，使所述螺母支架(8)能够与所述螺母(7)一起沿所述丝杠(6)的轴向移动；
所述轴向力测量组件设置在所述螺母支架(8)与所述外壳底面之间，所述轴向力测量组件用于测量待测试的滚珠丝杠的轴向力；
所述轴向力测量组件包括：下转接架(12)、力传感器(13)、弹簧下支架(14)、压缩弹簧(16)、弹簧上支架(17)和上转接架(18)；
所述弹簧上支架(17)和弹簧下支架(14)同轴对接形成筒形结构，且弹簧上支架(17)能够相对弹簧下支架(14)沿其轴向移动；所述压缩弹簧(16)套装在所述弹簧上支架(17)和弹簧下支架(14)对接后形成的筒形结构的外部，所述压缩弹簧(16)的一端与所述弹簧上支架(17)端部的轴肩抵触，另一端与所述弹簧下支架(14)端部的轴肩抵触；
所述弹簧上支架(17)通过上转接架(18)与所述螺母支架(8)固接；所述弹簧下支架(14)与下转接架(12)相对，且接触面之间设置有力传感器(13)；所述下转接架(12)与所述外壳固接；
令待测试的滚珠丝杠的测量行程为L0，则所述压缩弹簧(16)的压缩行程LD≥L0。
2.如权利要求1所述的滚珠丝杠传动效率测试系统，其特征在于：在所述螺母支架(8)与所述外壳底面之间沿周向均匀分布有n个所述轴向力测量组件，n为大于等于2的整数，令第i个轴向力测量组件的测量值为Fi,则待测试的滚珠丝杠的轴向力
3.如权利要求1所述的滚珠丝杠传动效率测试系统，其特征在于：所述弹簧上支架(17)和弹簧下支架(14)均为一端开口，一端设置有轴肩的筒形结构；对接时，所述弹簧上支架(17)和弹簧下支架(14)的开口端相对；所述弹簧上支架(17)和所述弹簧下支架(14)所形成的筒形结构的中部设置有弹簧连杆(15)；所述弹簧连杆(15)的一端与所述弹簧下支架(14)螺纹连接，另一端穿过所述弹簧上支架(17)中心的通孔后通过螺母进行轴向限位，弹簧连杆(15)与弹簧上支架(17)中心的通孔滑动配合；
在所述弹簧上支架(17)和所述弹簧下支架(14)的开口端均沿周向均布有两个以上条形开口槽，由此使得所述弹簧上支架(17)和所述弹簧下支架(14)的开口端沿周向为条形开口槽和条形凸起间隔分布的结构形式；安装时，所述弹簧上支架(17)上条形开口槽的位置与弹簧下支架(14)上条形凸起的位置一一对应，使所述压缩弹簧(16)压缩时，所述弹簧上支架(17)能够相对所述弹簧下支架(14)移动；
所述弹簧上支架(17)上的条形开口槽与弹簧下支架(14)上的条形凸起的配合长度LK≥LD。
4.如权利要求1或2所述的滚珠丝杠传动效率测试系统，其特征在于：所述螺母支架(8)为具有中心孔的圆板，在该圆板上沿周向布置有与所述轴向力测量组件一一对应的耳片(801)；在壳体(1)的内圆周面上，沿竖直方向设置有与耳片(801)一一对应的滑槽作为导向槽(101)，所述耳片(801)和与之对应的导向槽(101)滑动配合。
5.如权利要求1或2所述的滚珠丝杠传动效率测试系统，其特征在于：待测试的滚珠丝杠中，丝杠(6)的上端通过上径向轴承(9)支撑在外壳上；丝杠(6)的下端通过推力轴承(4)和下径向轴承(5)支撑在丝杠支架(2)上，所述丝杠支架(2)与外壳固接。
6.如权利要求1或2所述的滚珠丝杠传动效率测试系统，其特征在于：所述外壳包括：壳体(1)和顶盖(10)，所述顶盖(10)固定安装在壳体(1)的顶部开口处，所述顶盖(10)和壳体(1)形成该测试系统的支撑结构。
一种滚珠丝杠传动效率测试系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种传动效率测试系统，具体涉及一种滚珠丝杠传动效率测试系统，属于机械工程领域。
背景技术
[0002] 滚珠丝杠是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，其作用是将旋转运动变为直线运动或将直线运动变为旋转运动。在滚珠丝杠中，自由滚动的滚珠将力与运动在丝杠和螺母之间传递，这一传动方式取代了传统螺纹丝杠的丝杠与螺母的直接作用方式，以极小的滚动摩擦代替了传统丝杠的滑动摩擦，大幅提高了传动效率。
[0003] 滚珠丝杠的传动效率是产品的重要指标，通常采用专用的测量系统及测试方法进行测试，图1是现有技术中一种滚珠丝杠传动效率测试原理图，该测试系统由驱动电机、扭矩传感器、限转支座、拉压力传感器、加载油缸、控制系统、数据采集系统以及滚珠丝杠组成。驱动电机用于提供额定扭矩；扭矩传感器用于测试额定扭矩的实际值T；限转支座用于固定螺母，限制螺母转动，并将螺母与加载油缸连成一个固定的整体；拉压力传感器实测螺母沿轴向的载荷F。则试验测试的滚珠丝杠的传动效率为 式中η为传动效率，P为丝杠的导程。
[0004] 当前技术中丝杠效率的测试系统及测试方法存在的主要问题为：
[0005] (1)测试的丝杠效率为丝杠上某一个点效率，测点位置通常受安装工装的局限性，不能调整；
[0006] (2)滚珠丝杠由于丝杠、螺母、滚珠等自身加工偏差，以及装配后的装配误差，导致螺母在丝杠上滑动时各处的效率不是固定值，测试某一个点的效率并不能代表滚珠丝杠的整体效率。
发明内容
[0007] 有鉴于此，本发明提供一种滚珠丝杠传动效率测试系统，能够实现滚珠丝杠的线效率(即在一定行程范围内的传动效率)的测量，克服现有技术中仅能测量点效率的不足；同时能够对滚珠丝杠进行大承载传动效率的测量。
[0008] 所述的滚珠丝杠传动效率测试系统包括：外壳以及设置在所述外壳内部的丝杠支架、螺母支架、丝杠拨叉和轴向力测量组件；
[0009] 待测试的滚珠丝杠包括丝杠和螺母；
[0010] 待测试的滚珠丝杠支撑在所述外壳内部；与所述丝杠相连的丝杠拨叉用于对所述丝杠施加扭矩，设置在丝杠拨叉末端的扭矩传感器用于测量丝杠的实际扭矩值；
[0011] 所述螺母支架与所述螺母固定连接，所述螺母支架与所述外壳内表面滑动配合，使所述螺母支架能够与所述螺母一起沿所述丝杠的轴向移动；
[0012] 所述轴向力测量组件设置在所述螺母支架与所述外壳底面之间，所述轴向力测量组件用于测量待测试的滚珠丝杠的轴向力。
[0013] 作为本发明的一种优选方式：在所述螺母支架与所述外壳底面之间沿周向均匀分布有n个所述轴向力测量组件，n为大于等于2的整数，令第i个轴向力测量组件的测量值为Fi,则待测试的滚珠丝杠的轴向力
[0014] 作为本发明的一种优选方式：所述轴向力测量组件包括：下转接架、力传感器、弹簧下支架、压缩弹簧、弹簧上支架和上转接架；
[0015] 所述弹簧上支架和弹簧下支架同轴对接形成筒形结构，且弹簧上支架能够相对弹簧下支架沿其轴向移动；所述压缩弹簧套装在所述弹簧上支架和弹簧下支架对接后形成的筒形结构的外部，所述压缩弹簧的一端与所述弹簧上支架端部的轴肩抵触，另一端与所述弹簧下支架端部的轴肩抵触；
[0016] 所述弹簧上支架通过上转接架与所述螺母支架固接；所述弹簧下支架与下转接架相对，且接触面之间设置有力传感器；所述下转接架与所述外壳固接；
[0017] 令待测试的滚珠丝杠的测量行程为L0，则所述压缩弹簧的压缩行程LD≥L0。
[0018] 作为本发明的一种优选方式：所述弹簧上支架和弹簧下支架均为一端开口，一端设置有轴肩的筒形结构；对接时，所述弹簧上支架和弹簧下支架的开口端相对；所述弹簧上支架和所述弹簧下支架所形成的筒形结构的中部设置有弹簧连杆，对弹簧上支架相对弹簧下支架的移动起导向作用，所述弹簧连杆的一端与所述弹簧下支架螺纹连接，另一端穿过弹簧上支架中心的通孔后通过螺母进行轴向限位，弹簧连杆与弹簧上支架中心的通孔滑动配合；
[0019] 在所述弹簧上支架和所述弹簧下支架的开口端均沿周向均布有两个以上条形开口槽，由此使得述弹簧上支架和所述弹簧下支架的开口端沿周向为条形开口槽和条形凸起间隔分布的结构形式；安装时，所述弹簧上支架上条形开口槽的位置与弹簧下支架上条形凸起的位置一一对应，使所述压缩弹簧压缩时，所述弹簧上支架能够相对所述弹簧下支架移动；
[0020] 所述碟簧上支架上的条形开口槽与碟簧下支架上的条形凸起的配合长度LK≥LD。
[0021] 有益效果：
[0022] (1)采用本发明的测试系统所测得的滚珠丝杠的传动效率为线效率，测量精度高，克服了现有技术中仅能测量点效率的不足。
[0023] (2)本发明通过多组轴向力测试组件的配合平均分担轴向力，能够实现滚珠丝杠大承载传动效率的测量。
附图说明
[0024] 图1为现有技术中滚珠丝杠传动效率测试系统组成图；
[0025] 图2为本发明滚珠丝杠传动效率测试系统组成图；
[0026] 图3为本发明螺母支架构型图；
[0027] 图4为本发明壳体构型图；
[0028] 图5为本发明测量组件组成图；
[0029] 图6为本发明弹簧上支架构型图；
[0030] 图7为本发明弹簧下支架构型图；
[0031] 其中：1-壳体；2-丝杠支架；3-轴承盖；4-推力轴承；5-下径向轴承；6-丝杠；7-螺母；8-螺母支架；9-上径向轴承；10-顶盖；11-丝杠拨叉；12-下转接架；13-力传感器；14-弹簧下支架；15-弹簧连杆；16-压缩弹簧；17-弹簧上支架；18-上转接架；101-导向槽；801-耳片。
具体实施方式
[0032] 下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0033] 实施例1：
[0034] 为克服现有技术中仅能测试滚珠丝杠点效率的问题，本实施例提出一种滚珠丝杠大承载线传动效率测试系统。
[0035] 如图2所示，该测试系统包括：壳体1、顶盖10、丝杠支架2、螺母支架8、丝杠拨叉11和轴向力测量组件。
[0036] 顶盖10固定安装在壳体1的顶部开口处，顶盖10和壳体1形成该测试系统的支撑结构，两者共同为其他部件的安装固定提供安装接口。
[0037] 待测试的滚珠丝杠由丝杠6、螺母7、滚珠等零件组成。
[0038] 待测试的滚珠丝杠竖直支撑在壳体1内部，其中滚珠丝杠中丝杠6的上端通过上径向轴承9支撑在顶盖10的中心孔内；丝杠6的下端通过推力轴承4和下径向轴承5支撑在丝杠支架2对应的安装孔内，在安装孔内设置轴承盖3对推力轴承4和下径向轴承5进行轴向限位，从而将待测试的滚珠丝杠支撑在顶盖10和丝杠支架2之间，同时该种支撑方式形成了滚珠丝杠下端固定支撑，上端游动支撑的构型。丝杠支架2底部与壳体1固定连接。本方案中对滚珠丝杠扭矩施加方法和测试方法与现有技术中的加载方法和测试方法一致，即在壳体1底部丝杠6对应的位置设置有安装孔，通过穿过该安装孔与丝杠6相连的丝杠拨叉11对丝杠6进行扭矩的加载，然后通过设置在丝杠拨叉11末端的扭矩传感器测量丝杠6的扭矩。
[0039] 螺母支架8与螺母7固定连接，两者组合体能够沿丝杠6轴向移动。螺母支架8的结构如图3所示，螺母支架8主体为具有中心孔的圆板，在该圆板上布置有耳片801，耳片801用于固定轴向力测量组件；在壳体1的内圆周面上，沿竖直方向设置有与耳片801对应的滑槽作为导向槽101，如图4所示，耳片801和与之对应的导向槽101滑动配合，能够在导向槽101内上下滑动。
[0040] 轴向力测量组件设置在螺母支架8与壳体1底面之间，测量组件包括：下转接架12、力传感器13、弹簧下支架14、弹簧连杆15、压缩弹簧16、弹簧上支架17和上转接架18，如图5所示。其中弹簧上支架17和弹簧下支架14均为一端开口，一端设置有轴肩的筒形结构，其中弹簧上支架17的轴肩端与上转接架18固定连接，上转接架18与螺母支架8上的耳片801固定连接；弹簧下支架14的开口端与弹簧上支架17的开口端同轴相对，轴肩端与下转接架12之间有力传感器13，下转接架12与壳体1固定连接。弹簧上支架17和弹簧下支架14所形成的筒形结构的中部设置有弹簧连杆15，对弹簧上支架17相对弹簧下支架14的移动起导向作用，具体为：弹簧下支架14内底面中心加工有螺纹盲孔，弹簧上支架17内底面中心及上转接架18对应位置加工有通孔，弹簧连杆15的下端与弹簧下支架14中心的螺纹盲孔螺纹连接，上端穿过弹簧上支架17中心的通孔后通过与螺母螺纹连接进行轴向限位，弹簧连杆15与弹簧上支架17中心的通孔滑动配合。压缩弹簧16套装在弹簧上支架17和弹簧下支架14对接后形成的筒形结构的外部，压缩弹簧16的一端与弹簧上支架17的轴肩抵触，另一端与弹簧下支架14的轴肩抵触。压缩弹簧可以为碟簧或其它形式的压缩弹簧，根据所测试丝杠上的受力形式确定。
[0041] 为匹配压缩弹簧16的压缩行程，在弹簧上支架17和弹簧下支架14的开口端均沿周向均布有四个条形开口槽，由此使得弹簧上支架17和弹簧下支架14的开口端沿周向为条形开口槽和条形凸起间隔分布的结构形式；安装时，弹簧上支架17上条形凸起的位置与弹簧下支架14上条形开口槽的位置一一对应，从而使压缩弹簧16压缩时，弹簧上支架17相对弹簧下支架14向下移动，配合压缩弹簧16的压缩。
[0042] 当通过丝杠拨叉11对丝杠6施加扭矩时，螺母7沿着丝杠6的轴向移动，带动螺母支架8沿着壳体1上的导向槽移动，压缩测量组件中的压缩弹簧16，进而通过测量组件中的力传感器13测量螺母7的轴向力。
[0043] 采用上述系统对滚珠丝杠的传动效率进行测试的方法为：
[0044] 测量滚珠丝杠的效率测试通常是在丝杠的额定载荷下开展的，根据滚珠丝杠传动效率公式， 需测量滚珠丝杠中丝杠的扭矩T与螺母的轴向力F。丝杠的扭矩T由扭矩传感器测得，螺母的轴向力F由轴向力测量组件上的力传感器测得，通过该系统测得的传动效率为滚珠丝杠在运动行程范围内的线效率。
[0045] 实施例2：
[0046] 在上述实施例1的基础上，为实现滚珠丝杠在大承载条件下的传动效率的测试，在螺母支架8与壳体1底面之间设置有多组轴向力测量组件，令轴向力测量组件的个数为n。
[0047] 由此在螺母支架8上沿周向均匀布置有n耳片801，每个耳片801对应一个轴向力测量组件；在壳体1的内圆周面上，沿竖直方向设置有与耳片801一一对应的滑槽作为导向槽101，耳片801和与之对应的导向槽101滑动配合，能够在导向槽101内上下滑动。
[0048] 轴向力测量组件的个数与螺母支架8上设置的耳片801的个数相同，且一一对应。由于每个测量组件上都有力的测量值，令第i个测量组件上的力传感器的测量值为Fi,则螺母的轴向力的 n为该测试系统中测量组件的个数，i＝1…n。
[0049] 轴向力测量组件沿周向均匀分布，分布数量根据滚珠丝杠上轴向承载力大小确定，当载荷较大时可适当增加轴向力测量组件的分布数量，优选为3组或4组。以三支点滚珠丝杠传动效率测试系统为例：即螺母支架8与壳体1之间的测量组件沿圆周方向均布三组，对应螺母支架8上在圆周方向均布三个耳片801，壳体1上在圆周方向均布三个导向槽101。
[0050] 在对轴向力测量组件进行设计时，由于需要在丝杠的额定力矩T0下测量行程为L0的线传动效率，将额定力矩T0对应的轴向力F0分为三份，则每个测量组件上承受的轴向力为设计时每组压缩弹簧的压缩行程LD应≥L0，且弹簧上支架17上的条形凹槽与弹簧下支架14上的条形凸起的配合长度LK应≥LD(即弹簧上支架17相对弹簧下支架14的位移LK应≥LD)。
[0051] 每个轴向力测量组件在设计时按照轴向力 行程LD设计，压缩弹簧的数量与压缩弹簧的安装形式为本领域的常规技术，可参照《GB/T 1972-2005碟形弹簧》的设计实施。当轴向载荷F较大时可以通过增加支点的个数(即测量组件的个数)来降低每组压缩弹簧组件的设计力值。
[0052] 同时轴向力测量组件中压缩弹簧的压缩行程与被测试滚珠丝杠的线行程有关，可通过改变压缩弹簧的组合形式和压缩弹簧的刚度适应不同线行程的滚珠丝杠测试件。
[0053] 综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
