一种综合性电主轴可靠性加载试验装置的制作方法

专利2022-05-09  8


本发明涉及一种属于机械设备可靠性测试技术领域的试验装置,更具体地说,本发明涉及一种综合性电主轴可靠性加载试验装置。



背景技术:

近年来机械制造业发展尤为迅速,作为工业母机的数控机床的发展显得更加刻不容缓。作为数控机床的关键零部件的电主轴,其可靠性将直接影响数控机床的精度、稳定性等,纵观国内外电主轴可靠性技术的发展,我国与日本、美国等可靠性技术领先的国家仍存在一定差距,故而推进电主轴的可靠性技术研究对我国机械制造行业的发展具有十分重大的意义。

目前国内对于电主轴可靠性测试已有很多试验装置和试验方法,值得令人注意的是,针对同一电主轴的同一可靠性指标进行可靠性试验时,在不同条件下对电主轴的可靠性测试结果可能会呈现差异,例如在低频、低速的模拟工况下对于电主轴的加载准确度位于误差范围内,然而在高频、高速的模拟工况下对于电主轴的加载准确度可能会超出允许的误差范围。再者,往往就单个电主轴的单一性能指标对其做可靠性试验往往不能体现电主轴的综合性能,比如某一电主轴在高频、高速的模拟工况下的加载准确度位于允许误差范围内,然而在进行电主轴拉刀机构可靠性试验时,电主轴的拉刀力、回转精度等可靠性性能指标超出正常阈值,这样的电主轴仍然是不符合工程实际应用要求的,就目前国内对于电主轴可靠性加载试验装置而言,它们大多是在一定条件下就电主轴的单个性能指标进行可靠性试验,却很少有能够满足在不同条件下对主轴进行多种性能指标的综合性可靠性试验装置。



技术实现要素:

本发明所要解决的技术问题是克服了现有技术存在的不能够在不同条件下对电主轴多种可靠性指标进行试验测试的问题,提供了一种全自动、多工况、多指标的综合性电主轴可靠性加载试验装置。

为解决上述技术问题,本发明是采用如下技术方案实现的:

所述的一种综合性电主轴可靠性加载试验装置包括电主轴移动定位系统、低频低速电主轴可靠性加载试验系统、高频高速电主轴可靠性加载试验系统、电主轴拉刀机构可靠性试验系统与地平铁;

地平铁为一长方体形的板式铸造件,地平铁的顶端设置有相互平行的结构相同的t型槽,地平铁的底端设置有减重槽,位于地平铁顶端的中间处设置有两个长方体形的凹槽;

所述的电主轴移动定位系统通过其中的1号精密滚珠丝杠与2号精密滚珠丝杠安装在地平铁上,低频低速电主轴可靠性加载试验系统安装在1号精密滚珠丝杠与2号精密滚珠丝杠之间的地平铁上,高频高速电主轴可靠性加载试验系统安装在低频低速电主轴可靠性加载试验系统左侧的地平铁上,电主轴拉刀机构可靠性试验系统安装在高频高速电主轴可靠性加载试验系统左侧的地平铁上;电主轴移动定位系统中的电主轴、低频低速电主轴可靠性加载试验系统中的低频低速加载单元、高频高速电主轴可靠性加载试验系统中的高频高速加载单元与电主轴拉刀机构可靠性试验系统中的8个结构相同的拉刀机构模拟刀柄的回转轴线垂直于地平铁。

技术方案中所述的电主轴移动定位系统还包括电主轴模拟刀柄配合装置与移动龙门;1号精密滚珠丝杠与2号精密滚珠丝杠采用t形螺栓对称地安装在地平铁的前后两侧,1号精密滚珠丝杠与2号精密滚珠丝杠的纵向对称面和地平铁的纵向对称面平行;移动龙门采用螺栓并通过其中的前侧支柱、后侧支柱底端的各3块连接板安装在1号精密滚珠丝杠与2号精密滚珠丝杠上,移动龙门的前侧支柱与后侧支柱中的主支柱底端的连接板底端的前侧丝杠螺母座与后侧丝杠螺母座和1号精密滚珠丝杠与2号精密滚珠丝杠上的丝杠螺母配装并采用螺钉连接固定;电主轴模拟刀柄配合装置通过其中的4号精密滚珠丝杠并采用螺栓固定安装在移动龙门的中间横梁上。

技术方案中所述的电主轴模拟刀柄配合装置还包括3号精密滚珠丝杠、打刀缸、竖直导轨安装板、主轴水套、主轴报夹与接合板;其中:3号精密滚珠丝杠与4号精密滚珠丝杠结构相同;

所述的4号精密滚珠丝杠采用螺栓水平地固定安装在移动龙门的中间横梁的中间处,3号精密滚珠丝杠采用螺栓固定在竖直导轨安装板上,3号精密滚珠丝杠中的3号导轨滑块与接合板采用螺钉固定连接,安装有3号精密滚珠丝杠的接合板采用螺栓安装在4号精密滚珠丝杠中的4号导轨滑块上;电主轴装入主轴水套中并采用螺栓固定连接,装有电主轴的主轴水套装入主轴报夹中并采用螺栓固定连接,电主轴的顶端安装有主轴打刀缸,主轴报夹采用螺栓固定连接在竖直导轨安装板左侧壁的下端。

技术方案中所述的移动龙门为采用铸造方式制成的大型门式结构件,移动龙门包括前侧支柱、后侧支柱与中间横梁,前侧支柱、后侧支柱的顶端和中间横梁两端垂直连接成一体呈门式结构件,前侧支柱与后侧支柱结构相同,前侧支柱与后侧支柱皆由主支柱、左辅助支柱与右辅助支柱组成,其中左辅助支柱与右辅助支柱结构相同,左辅助支柱与右辅助支柱对称地布置在主支柱的左右两侧,左辅助支柱与右辅助支柱的顶端和主支柱下端的左、右侧壁连成一体;前侧支柱、后侧支柱的底端分别固定有1组3块连接板,其中左辅助支柱与右辅助支柱底端上的连接板结构相同,每组3块连接板皆为矩形板类结构件,每个连接板上都均匀地设置有4组共16个螺栓孔,每个连接板上的1组螺栓孔和1号精密滚珠丝杠与2号精密滚珠丝杠中的1号导轨滑块与2号导轨滑块上的螺纹孔对正同心,前侧支柱与后侧支柱中的主支柱的连接板的底端中心处固定有和1号精密滚珠丝杠与2号精密滚珠丝杠上的1号丝杠螺母与2号丝杠螺母配装的前侧丝杠螺母座与后侧丝杠螺母座,移动龙门采用螺钉并通过前侧支柱、后侧支柱的底端的各3块连接板和1号精密滚珠丝杠与2号精密滚珠丝杠上的12个结构相同的1号导轨滑块与12个结构相同的2号导轨滑块固定连接。

技术方案中所述的低频低速电主轴可靠性加载试验系统还包括低频低速径向力加载装置、低频低速扭矩加载装置与低频低速轴向力加载装置;所述的低频低速径向力加载装置通过其中的支板固定在地平铁上;低频低速加载单元竖直地安装在低频低速径向力加载装置的前侧,低频低速轴向力加载装置安装在低频低速加载单元的前侧,低频低速扭矩加载装置通过其中的测功机底座安装在低频低速加载单元右侧的地平铁上;低频低速径向力加载装置上的低频低速径向力加载球窝与安装在低频低速加载单元上的低频低速径向力加载球头对正同心,低频低速扭矩加载装置中的测功机安装在测功机底座上,测功机的传动轴与低频低速加载单元上的1号圆锥齿轮采用键连接;低频低速轴向力加载装置通过其中的加载分叉并采用2个结构相同的杠杆拉钉对称地固定在低频低速加载单元的轴承套上。

技术方案中所述的低频低速径向力加载装置包括径向电液伺服加载器、中间力板、2个结构相同的支架、支板、低频低速径向力加载球窝与低频低速径向力加载球头;2个结构相同的支架对称地安装在支板的左右两端,2个结构相同的支架的底端和支板的左右两端之间采用螺栓连接,中间力板安装在2个结构相同的支架的顶端,径向电液伺服加载器安装在中间力板上面,径向电液伺服加载器、中间力板与2个结构相同的支架的顶端依次接触连接,三者之间采用螺栓固定连接;低频低速径向力加载球窝安装在径向电液伺服加载器最右端的力传感器上,低频低速径向力加载球头安装在低频低速加载单元上。

技术方案中所述的低频低速轴向力加载装置包括轴向电液伺服加载器、低频低速轴向力加载球头、低频低速轴向力加载球窝、杠杠支撑座、杠杆、杠杆拉钉与加载分叉;轴向电液伺服加载器竖直地安装在地平铁中间处设置的长方体形的槽内,并采用螺栓固定连接在地平铁上,杠杆支撑座安装在轴向电液伺服加载器左侧的地平铁上并采用螺栓固定连接,杠杆通过其中间处的通孔安装在杠杆支撑座的支撑轴上为转动连接,低频低速轴向力加载球头采用螺纹连接固定在杠杆的最右端,并与固定在轴向电液伺服加载器顶端的低频低速轴向力加载球窝的球面凹槽同心,加载分叉安装在杠杆的最左端,2个结构相同的杠杆拉钉对称地安装在加载分叉上,两者之间为转动连接。

技术方案中所述的低频低速加载单元(202)包括轴承上端盖、轴承套、轴承下端盖、1号轴承、1号垫片、1号锁紧螺母、1号套筒、低频低速模拟刀柄、2号轴承、轴承挡圈、2号垫片、2号锁紧螺母、轴套、1号圆锥齿轮、2号圆锥齿轮与3号轴承;

轴承上端盖、轴承套、轴承下端盖从上至下套装在低频低速模拟刀柄上,2个结构相同的、轴承挡圈、2号垫片与2号锁紧螺母位于轴承上端盖、轴承套与轴承下端盖的里侧,同时从上至下套装在低频低速模拟刀柄上,轴承挡圈位于2个结构相同的2号轴承之间,轴承挡圈的上、下端面分别和2个结构相同的2号轴承的外轴承环的下、上端面接触连接,2号垫片安装在位于下方的2号轴承与2号锁紧螺母之间,2号垫片的上、下端面分别和位于下方的2号轴承内轴承环的底端面、2号锁紧螺母的顶端面接触连接,位于上方的2号轴承内轴承环顶端面与低频低速模拟刀柄上的上方轴肩接触连接,2号锁紧螺母与低频低速模拟刀柄之间为螺纹连接,2个结构相同的2号轴承(202-09)的内轴承环与低频低速模拟刀柄之间为静配合,2个结构相同的2号轴承的外轴承环与轴承套之间为过渡配合,轴承上端盖、轴承下端盖分别和轴承套的顶端与底端采用螺钉固定连接;

1号轴承套装在低频低速模拟刀柄上,1号轴承内轴承环的顶端面与低频低速模拟刀柄中间位置的轴肩接触连接,1号圆锥齿轮套装在低频低速模拟刀柄上,两者之间采用键连接,1号圆锥齿轮的顶端面与低频低速模拟刀柄上的下端位置的轴肩接触连接,轴套安装在1号轴承与1号圆锥齿轮之间,1号圆锥齿轮的下面安装有1号垫片与1号锁紧螺母,三者之间依次为接触连接;2号圆锥齿轮与3号轴承套装在低频低速扭矩加载装置中的测功机的传动轴上,1号套筒套装在2号圆锥齿轮与3号轴承之间的测功机的传动轴上,三者之间依次为接触连接,1号圆锥齿轮与2号圆锥齿轮之间为啮合连接。

技术方案中所述的高频高速电主轴可靠性加载试验系统还包括高频高速径向均值力加载装置、高频高速径向幅值力加载装置、对拖扭矩加载装置与高频高速轴向力加载装置;所述的高频高速径向均值力加载装置通过其中的均值电缸支撑座并采用螺栓固定在地平铁上,高频高速径向幅值力加载装置安装在高频高速径向力均值加载装置的右侧并通过其中的幅值振动台的底座与地平铁之间螺栓固定连接,高频高速加载单元安装在高频高速径向均值力加载装置与高频高速径向幅值力加载装置之间,高频高速径向均值力加载装置中的1号拉钉固定安装在高频高速加载单元中的轴承套的左侧,高频高速径向幅值力加载装置中的径向幅值力加载球窝与高频高速加载单元右侧的高频高速加载单元受力球头配装并同心对正,高频高速轴向力加载装置安装在高频高速加载单元的正下方,并通过其中的2个结构相同的导向柱支撑座固定安装在地平铁上,高频高速轴向力加载装置的上端通过其中的2个结构相同的轴向受力耳组件和高频高速轴向力加载装置中的轴承套前后侧固定连接;对拖扭矩加载装置位于2个结构相同的导向柱支撑座之间,对拖扭矩加载装置通过对拖电主轴抱夹并采用螺栓与地平铁上的凹槽固定连接,对拖扭矩加载装置顶端的联轴器与高频高速加载单元中的高频高速模拟刀柄下端阶梯轴配合连接。

技术方案中所述的高频高速径向均值力加载装置包括均值电缸、均值电缸支撑座、电缸连接套、测力传感器、加载钢丝绳、1号拉钉与2号拉钉;所述的均值电缸安装在均值电缸支撑座中的支撑平板上,同时均值电缸的右侧采用螺钉固定在均值电缸支撑座中的支撑壁上,均值电缸的伸缩轴的右端插入均值电缸支撑座中支撑壁上端的通孔后与电缸连接套左端螺纹孔配装连接,电缸连接套的右侧的短螺杆与测力传感器左侧的螺纹孔配装连接,测力传感器右端的螺纹孔与2号拉钉左侧的短螺杆配装连接,加载钢丝绳左右两端分别穿过2号拉钉和1号拉钉的中心通孔后固定连接成钢丝绳封闭环。

技术方案中所述的高频高速轴向力加载装置还包括2个结构相同的导向柱支撑座、轴向力传感器、2个结构相同的分叉、推板、螺母、拉杆(305-10)、高频高速轴向力加载电缸、4个结构相同的导向柱固定套、支撑板、2个结构相同的推板导向套、2根结构相同的推板导向柱、2个结构相同的顶轮与2个结构相同的钢销;所述的2个结构相同的导向柱支撑座对称地分布于左右两侧,2根结构相同的推板导向柱采用4个结构相同的导向柱固定套与螺栓对称地安装在2个结构相同的导向柱支撑座上端与中间处的半圆柱形凹槽内,支撑板通过2个结构相同的推板导向套套装在2根结构相同的推板导向柱上,轴向力传感器安装在支撑板顶端面的中心处并采用螺栓固定,推板采用螺钉固定在轴向力传感器顶端的中心处,2个结构相同的加载分叉的底端采用螺栓固定在推板顶端的前后两处,2个结构相同的加载分叉的上端采用2个结构相同的钢销和2个结构相同的顶轮转动连接,2个结构相同的轴向受力耳组件套装在2个结构相同的加载分叉的上端,同时2个结构相同的轴向受力耳组件中的4根结构相同的钢丝绳位于2个结构相同的顶轮的上方与下方;高频高速轴向力加载电缸安装在支撑板的右下角处的下方,拉杆下端与高频高速轴向力加载电缸伸缩轴的输出端螺纹连接,拉杆上端插入支撑板右下角处的螺栓孔中并采用锁紧螺母的锁紧固定。

技术方案中所述的电主轴拉刀机构可靠性试验系统还包括8个配重块、8个结构相同的刀柄安装座、8个结构相同的测力计、齿轮安装座、顶板、2个结构相同的顶板导向套、2根结构相同的顶板导向柱、减速电机、电缸、4个结构相同的导向柱固定套、底座、4根结构相同的支撑板导向柱、支撑板、4个结构相同的导向柱防滑套与转盘;底座采用螺栓固定在地平铁上,4根结构相同的支撑板导向柱的底端安装在底座的四角处,4根结构相同的支撑板导向柱与底座相垂直,4个结构相同的导向柱固定套套装在4根结构相同的支撑板导向柱的下端,4个结构相同的导向柱固定套采用螺栓固定连接在底座上;支撑板通过安装在四角处的导向柱防滑套套装在4根结构相同的支撑板导向柱上;齿轮安装座通过其中的支撑轴安装在支撑板的中心处为转动连接,转盘安装在支撑轴的顶端,两者之间为键连接,8个结构相同的刀柄通过8个结构相同的刀柄安装座安装在转盘上的8个圆形阶梯通孔中,8个配重块套装在8个结构相同的刀柄上,8个结构相同的测力计采用螺纹连接安装在8个结构相同的刀柄底端中心处的螺纹孔中;减速电机安装在支撑盘的下面并采用螺钉与支撑板固定连接,减速机的动力输出轴插入支撑板的小通孔与轴承内环孔中,减速机的动力输出轴与齿轮安装座中的小齿轮之间采用键连接;电缸安装在支撑板中心处正下方的底座上,电缸的伸缩轴与长方形的平板式顶板的中心处固定连接,两只结构相同的顶板导向柱采用螺栓与顶板的前后两端固定连接,两只结构相同的顶板导向柱安装在电缸上的2个结构相同的导向套中为滑动连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是:

1.本发明所述的一种全自动、多工况、多指标的综合性电主轴可靠性加载试验装置全程由自动化设备自动控制,电主轴的精确定位、电主轴的对中、电主轴的换刀、对电主轴的加载等可靠性试验过程均可由自动化设备完成,可极大的缩短主轴调整等实验过程的时间,具有快速响应、加载测量精度高、效率高等优点,同时为数据的准确性、丰富性提供了可靠地支撑;

2.本发明所述的一种全自动、多工况、多指标的综合性电主轴可靠性加载试验装置可建立相当于电主轴试验的生产线,能够就同一电主轴样品的同一性能指标测试其在低频低速、高频高速、对拖加载等不同模拟工况下的可靠性性能参数,故而能够得到电主轴在不同模拟工况下的可靠性性能指标参数,能够弥补目前大多数电主轴可靠性试验装置无法在不同模拟工况下对电主轴的同一指标进行可靠性试验的缺陷;

3.本发明所述的一种全自动、多工况、多指标的综合性电主轴可靠性加载试验装置能够分别在不同条件下模拟不同的工况对电主轴进行多种可靠性性能指标的可靠性试验,如在低频、低速条件下的对电主轴进行加载准确度的可靠性性能指标参数的测试,在高频、高速条件下的对电主轴的加载准确度、对拖回转精度的可靠性性能指标参数的测试,在电主轴拉刀机构可靠性试验条件下对电主轴的拉刀力、平均故障率等可靠性性能指标参数的测试,故而在本发明所述的试验装置下能够获得电主轴的综合性能指标参数;

4.本发明所述的一种全自动、多工况、多指标的综合性电主轴可靠性加载试验装置能够在试验过程中针对电主轴可靠性性能指标获取具有丰富性和耦合性的数据,创造性的为多因素之间的耦合交叉对电主轴可靠性能的影响的研究提供了可靠性数据的获取方法。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明:

图1为本发明所述的一种全自动、多工况、多指标的综合性电主轴可靠性加载试验装置结构组成的轴测投影视图;

图2为本发明所述的一种全自动、多工况、多指标的综合性电主轴可靠性加载试验装置中所采用的电主轴移动定位系统结构组成的轴测投影视图;

图3为本发明所述的电主轴移动定位系统中所采用的电主轴模拟刀柄配合装置结构组成的分解式轴测投影视图;

图4为本发明所述的电主轴移动定位系统中所采用的4号精密滚珠丝杠结构组成的轴测投影视图;

图5为本发明所述的一种全自动、多工况、多指标的综合性电主轴可靠性加载试验装置中所采用的低频低速电主轴可靠性加载试验系统结构组成的轴测投影视图;

图6为本发明所述的低频低速电主轴可靠性加载试验系统的主视图;

图7为本发明所述的低频低速电主轴可靠性加载试验系统中的低频低速加载单元左视图上的剖视图;

图8为本发明所述的低频低速电主轴可靠性加载试验系统中的杠杆支撑座的剖视图;

图9为本发明所述的一种全自动、多工况、多指标的综合性电主轴可靠性加载试验装置中所采用的高频高速电主轴可靠性加载试验系统结构组成的轴测投影视图;

图10为本发明所述的高频高速电主轴可靠性加载试验系统中的高频高速径向力均值加载装置结构组成的轴测投影视图;

图11为本发明所述的高频高速电主轴可靠性加载试验系统中的高频高速加载单元结构组成的主视图

图12为本发明所述的高频高速电主轴可靠性加载试验系统中的高频高速径向力幅值加载装置结构组成的轴测投影视图;

图13为本发明所述的高频高速电主轴可靠性加载试验系统中的对拖扭矩加载装置结构组成的轴测投影视图;

图14为本发明所述的高频高速电主轴可靠性加载试验系统中的高频高速轴向力加载装置结构组成的轴测投影视图;

图15为本发明所述的高频高速电主轴可靠性加载试验系统中的高频高速轴向力加载装置的传力装置结构组成的分解式轴测投影视图;

图16为本发明所述的高频高速电主轴可靠性加载试验系统中的高频高速轴向力加载装置中传力装置的剖视图;

图17为本发明所述的一种全自动、多工况、多指标的综合性电主轴可靠性加载试验装置中所采用的电主轴拉刀机构可靠性试验系统结构组成的轴测投影视图;

图18为本发明所述的电主轴拉刀机构可靠性试验系统中的齿轮安装座结构组成的剖视图;

图19为本发明所述的电主轴拉刀机构可靠性试验系统中的刀柄安装座结构组成的剖视图;

图中:1.电主轴移动定位系统,101-a.1号精密滚珠丝杠,101-b.2号精密滚珠丝杠,102.电主轴模拟刀柄配合装置,102-a.3号精密滚珠丝杠,102-b.4号精密滚珠丝杠,102-b-01.4号电机,102-b-02.4号丝杠安装座,102-b-03.4号导轨滑块,102-b-04.4号丝杠螺母,102-b-05.4号丝杠,102-b-06.4号导轨,102-b-07.4号底座,102-b-08.4号光栅尺,102-b-09.4号光栅尺读数头,102-b-10.4号读数头连接板,102-b-11.4号轴承座,102-01.打刀缸,102-02.竖直导轨安装板,102-03主轴水套,102-04.主轴报夹,102-05.电主轴,102-06.接合板,103.移动龙门,2.低频低速电主轴可靠性加载试验系统,201.低频低速径向力加载装置,201-01.径向电液伺服加载器,201-02.中间力板,201-03.支架,201-04.支板,201-05.低频低速径向力加载球窝,201-06.低频低速径向力加载球头,202.低频低速加载单元,202-01.轴承上端盖,202-02.1号轴承套,202-03.轴承下端盖,202-04.1号轴承,202-05.1号垫片,202-06.1号锁紧螺母,202-07.1号套筒,202-08.低频低速模拟刀柄,202-09.2号轴承,202-10.轴承挡圈,202-11.2号垫片,202-12.2号锁紧螺母,202-13.轴套,202-14.1号圆锥齿轮,202-15.2号圆锥齿轮,202-16.3号轴承,203.低频低速扭矩加载装置,203-01.测功机,203-02.测功机底座,204.低频低速轴向力加载装置,204-01.轴向电液伺服加载器,204-02.低频低速轴向力加载球头,204-03.低频低速轴向力加载球窝,204-04.杠杆支撑座,204-04-01.支撑座,204-04-02.4号轴承,204-04-03.固定端盖,204-04-04.3号垫片,204-04-05.支撑轴,204-04-06.3号锁紧螺母,204-04-07.2号套筒,204-05.杠杆,204-06.杠杆拉钉,204-07.加载分叉,3.高频高速电主轴可靠性加载试验系统,301.高频高速径向均值力加载装置,301-01.均值电缸,301-02.均值电缸支撑座,301-03.电缸连接套,301-04.测力传感器,301-05.加载钢丝绳,301-06.1号拉钉,301-07.2号拉钉,302.高频高速加载单元,302-01.2号轴承套,303.高频高速径向幅值力加载装置,303-01.径向幅值力加载球窝,303-02.加载棒,303-03.螺母,303-04.幅值振动台,303-05.幅值传感器,303-06.高频高速加载单元受力球头,304.对拖扭矩加载装置,304-01.对拖电主轴抱夹,304-02.对拖扭矩加载电主轴,304-03.联轴器,304-04.高频高速模拟刀柄,305.高频高速轴向力加载装置,305-01.导向柱支撑座,305-02.轴向力传感器,305-03.轴向受力耳,305-04.拉紧钉,305-05.4号锁紧螺母,305-06.钢丝绳,305-07.加载分叉,305-08.推板,305-09.螺母,305-10.拉杆,305-11.高频高速轴向力加载电缸,305-12.导向柱固定套,305-13.支撑板,305-14.推板导向套,305-15.推板导向柱,305-16.顶轮,305-17.钢销,4.电主轴拉刀机构可靠性试验系统,401.配重块,402.拉刀机构模拟刀柄,403.刀柄安装座,403-01.轴承端盖,403-02.密封圈,403-03.5号轴承,403-04.3号套筒,404.拉刀力测力计,405.齿轮安装座,405-01.支撑轴,405-02.大齿轮锁紧螺母,405-03.4号垫片,405-04.大齿轮,405-05.6号轴承,405-06.小齿轮锁紧螺母,405-07.5号垫片,405-08.小齿轮,405-09.7号轴承,406.顶板,407.顶板导向套,408.顶板导向柱,409.减速电机,410.电缸,411.导向柱固定座,412.底座,413.支撑板导向柱,414.支撑板,415.导向柱防滑套,416.刀柄转盘,5.地平铁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作详细的描述:

本发明是模拟电主轴在不同工况、不同负载的情况下进行可靠性试验而提出的一种全自动、多工况、多指标的综合性电主轴可靠性加载试验装置。

参阅图1,本发明所述的一种全自动、多工况、多指标的综合性电主轴可靠性试验装置包括电主轴移动定位系统1、低频低速电主轴可靠性加载试验系统2、高频高速电主轴可靠性加载试验系统3、电主轴拉刀机构可靠性试验系统4与地平铁5。

所述的地平铁5安装在最底端,电主轴移动定位系统1安装在地平铁5的前后两侧,电主轴拉刀机构可靠性试验系统4安装在地平铁5的最左侧,高频高速电主轴可靠性加载试验系统3安装在主轴拉刀机构可靠性试验系统4的右侧,低频低速电主轴可靠性加载试验系统2安装在高频高速电主轴可靠性加载试验系统3的右侧;电主轴移动定位系统1、低频低速电主轴可靠性加载试验系统2、高频高速电主轴可靠性加载试验系统3和电主轴拉刀机构可靠性试验系统4均与地平铁5的上表面接触并通过螺栓连接固定。

1.地平铁

所述的地平铁5为一长方体形的板式铸造件,地平铁5的顶端设置有相互平行的结构相同的t型槽,地平铁5的底端设置有减重槽,位于地平铁5顶端的中间处设置有两个长方体形的凹槽,用于安装低频低速电主轴可靠性加载试验系统2中的轴向电液伺服加载器204-01和高频高速电主轴可靠性加载试验系统3中的对拖扭矩加载装置304。

2.电主轴移动定位系统

参阅图2,本发明所述的电主轴移动定位系统1包括1号精密滚珠丝杠101-a、2号精密滚珠丝杠101-b、电主轴模拟刀柄配合装置102与移动龙门103;其中:1号精密滚珠丝杠101-a与2号精密滚珠丝杠101-b结构相同;

参阅图2,所述的移动龙门103为采用铸造方式制成的大型门式结构件,移动龙门103包括前侧支柱、后侧支柱与中间横梁,前侧支柱、后侧支柱的顶端和中间横梁两端垂直连接成一体,前侧支柱与后侧支柱结构相同,前侧支柱与后侧支柱皆由主支柱、左辅助支柱与右辅助支柱组成,其中左辅助支柱与右辅助支柱结构相同,左辅助支柱与右辅助支柱对称地布置在主支柱的左右两侧,左辅助支柱与右辅助支柱的顶端和主支柱下端的左、右侧壁连成一体;前侧支柱、后侧支柱的底端分别铸有1组3块连接板,其中左辅助支柱与右辅助支柱底端上的连接板结构相同,每组3块连接板皆为矩形板类结构件,每个连接板上都均匀地设置有4组共16个螺栓孔,每个连接板上的1组螺栓孔和1号精密滚珠丝杠101-a与2号精密滚珠丝杠101-b中的1号导轨滑块与2号导轨滑块上的螺纹孔对正同心,螺栓插入移动龙门103的前侧支柱、后侧支柱的底端的3块连接板上的螺栓孔中将移动龙门103固定在1号精密滚珠丝杠101-a与2号精密滚珠丝杠101-b上;移动龙门103的前侧支柱与后侧支柱中的主支柱的连接板的底端中心处铸有前侧丝杠螺母座与后侧丝杠螺母座,前侧丝杠螺母座与后侧丝杠螺母座和1号精密滚珠丝杠101-a与2号精密滚珠丝杠101-b上的1号丝杠螺母与2号丝杠螺母配装并采用螺钉连接固定从而实现驱动力的传输。

参阅图3,所述的电主轴模拟刀柄配合装置102包括3号精密滚珠丝杠102-a、4号精密滚珠丝杠102-b、打刀缸102-01、竖直导轨安装板102-02、主轴水套102-03、主轴报夹102-04、电主轴102-05与接合板102-06。其中:3号精密滚珠丝杠102-a与4号精密滚珠丝杠102-b结构相同。

所述的打刀缸102-01采用迅拓科技有限公司生产的型号为stj气液增压缸系列打刀缸,打刀缸102-01下侧设置有厚平板,厚平板的四角处设置有螺栓孔,螺栓插入打刀缸102-01下侧厚平板的螺栓孔中将打刀缸102-01固定在电主轴102-05的顶端。打刀缸102-01的主要作用就是带动电主轴102-05内部机构与模拟刀柄的拉钉配合,从而实现电主轴102-05与模拟刀柄的配合。

所述的主轴报夹102-04为一正方体结构件,在正方体结构件的几何中心处设置有通孔,在主轴报夹102-04通孔圆周的底端面上均匀地设置有8个结构相同的螺纹孔,在主轴报夹102-04前后两侧的右端设置有竖条板,两侧的竖条板上分别设置有间距相等的5个螺栓孔,并与竖直导轨安装板102-02左侧面下方设置的螺纹孔同心,螺栓插入主轴报夹102-04前后两侧竖条板上设置的螺栓孔中将主轴报夹102-04固定在竖直导轨安装板102-02的左侧面下方处。

所述的主轴水套102-03为一中空的圆柱壳体结构件,其底端设置有圆环形法兰盘,在圆环形法兰盘的外侧圆周上均匀地设置有8个螺栓孔,并与主轴报夹102-04通孔圆周的底端面上的螺纹孔同心,在法兰盘的内侧圆周均匀地设置有14个螺纹孔,14个螺纹孔与电主轴102-05的法兰盘上设置的螺栓孔同心。主轴水套102-03插入主轴报夹102-04的中心通孔中,主轴水套102-03底端法兰盘的上表面与主轴报夹102-04的底端面相接触,螺栓插入主轴水套102-03底端法兰盘上的外侧圆周的螺栓孔中将主轴水套102-03固定在主轴报夹102-04上。

所述的电主轴102-05为一长轴被试件,其底端设置有圆环形的法兰盘,法兰盘上设置有14个结构相同的螺栓孔,14个结构相同的螺栓孔与主轴水套102-03底端法兰盘上的内侧圆周设置的14个螺纹孔同心,电主轴102-05的底端法兰盘的上表面与主轴水套102-03的底端法兰盘下表面相接触,螺栓插入电主轴102-05底端法兰盘上的螺栓孔中将电主轴102-05固定在主轴水套102-03上。在电主轴的102-05的底端的几何中心设置有锥孔,锥孔内设置有卡爪用来配合安装模拟刀柄。

所述的竖直导轨安装板102-02由下端方板、中间长条板和顶端小平板组成,在下端方板的左端面上设置有螺纹孔并与主轴报夹102-04前后两侧竖条板上的螺栓孔同心,竖直导轨安装板102-02的中间长条板右端面上设置有两排共24个螺纹孔并与3号精密滚珠丝杠102-a的底座上的螺栓孔同心,竖直导轨安装板102-02的顶端小平板的中间处设置有正方形通孔,3号精密滚珠丝杠102-a的电机装入竖直导轨安装板102-02顶端小平板的正方形通孔中并安装在竖直导轨安装板102-02的顶端。

所述的3号精密滚珠丝杠102-a与4号精密滚珠丝杠102-b的结构完全相同。

参阅图4,所述的4号精密滚珠丝杠102-b包括4号电机102-b-01、4号丝杠安装座102-b-02、4个结构相同的4号导轨滑块102-b-03、4号丝杠螺母102-b-04、4号丝杠102-b-05、2个结构相同的4号导轨102-b-06、4号底座102-b-07、4号光栅尺102-b-08、4号光栅尺读数头102-b-09、4号读数头连接板102-b-10与4号轴承座102-b-11;

所述的4号底座102-b-07为一长方体结构件,其中间沿纵向设置有凹槽,在凹槽的前后两侧的槽壁与凹槽的槽底平面的交汇处均匀地设有8个等距离的螺栓孔,在凹槽左端的槽底上设置有4个螺纹孔用来固定安装4号丝杠安装座102-b-02,在凹槽右端的的槽底上设置有长方形凹槽用来安装4号轴承座102-b-11,在4号底座102-b-07前后槽壁的顶端沿纵向分别均匀地设置有9个螺纹孔用来固定4号导轨102-b-06;4号底座102-b-07的底平面与移动龙门103的中间横梁的左端面相接触,螺栓插入4号底座102-b-07凹槽的前后两侧壁与凹槽的槽底平面的交汇处的螺栓孔中将4号底座102-b-07即4号精密滚珠丝杠102-b固定安装在移动龙门103中的中间横梁的左端表面上。

所述的4号电机102-b-01位于4号精密滚珠丝杠102-b的最左端,4号电机102-b-01采用松下nasa4系列型号为mdma152p1v的大惯量电机,是4号精密滚珠丝杠102-b的总动力源输出。4号电机102-b-01右端长方形板的四角处设置有4个螺栓孔并与4号丝杠安装座102-b-02左端面上设置的4个螺纹孔对正同心,螺栓插入4号电机102-b-01右端长方形板的四角处设置的4个螺栓孔中将4号电机102-b-01固定在4号丝杠安装座102-b-02的左端面上。

所述的4号丝杠安装座102-b-02为铸造而成的壳体结构件,4号丝杠安装座102-b-02在顶端左端处设置有倒有圆角的长方形通孔,在顶端右侧设置有减重槽,在减重槽的槽底上设置有螺栓孔并与4号底座102-b-07上的螺纹孔同心;4号丝杠安装座102-b-02在左端面至右端面的中心处设有圆柱通孔,并与安装在4号丝杠安装座102-b-02内部的联轴器和轴承同心,4号丝杠安装座102-b-02左端面上设有4个螺纹孔并与4号电机102-b-01的右端面的螺栓孔同心。螺栓插入4号丝杠安装座102-b-02在减重槽的槽底面上设置的螺栓孔中将4号丝杠安装座102-b-02固定在4号底座102-b-07凹槽的槽底面上。4号丝杠安装座102-b-02的主要作用是支撑4号丝杠102-b-05,将4号电机102-b-01的输出轴与4号丝杠102-b-05连接实现动力传递。

所述的2根结构相同的4号导轨102-b-06采用hgw系列线性导轨,4号导轨102-b-06上设置有9个螺钉孔且与4号底座102-b-07顶端的前后两侧分别设置的9个螺纹孔同心,2根结构相同的4号导轨102-b-06采用螺钉固定连接在4号底座102-b-07上并关于4号底座102-b-07纵向对称分布,在2个结构相同的4号导轨102-b-06上安装有4只型号为hgh25ca的4号导轨滑块102-b-03并关于4号底座102-b-07对称分布,每个4号导轨滑块102-b-03的左右两侧都设置有2个螺纹孔。

所述的4号丝杠102-b-05选用sfu04010-4型丝杆,4号丝杠102-b-05位于4号底座102-b-07纵向的中间处并套装有4号丝杠螺母102-b-04,4号丝杠102-b-05的左右分别由4号丝杠安装座102-b-02和4号轴承座102-b-11支撑固定。在4号底座102-b-07的前侧壁上安装有4号精密光栅尺102-b-08,4号光栅尺102-b-08采用sino信和旗下型号为ka-300的光栅尺,其具有检测精度高、响应速度快等优点,4号光栅尺102-b-08为一长方形体结构件,在4号精密光栅尺102-b-08的顶端设有t型槽用来安装4号光栅尺读数头102-b-09,4号光栅尺102-b-08的左右两端的前后侧设置有共用槽底的结构相同的2个凹槽,2个凹槽的槽底上沿水平方向设置有通孔,螺钉插入通孔中将4号光栅尺102-b-08固定在4号底座102-b-07前侧壁上。

所述的4号光栅尺读数头102-b-09为一长方体结构件,其下端设有t型爪,在4号光栅尺读数头102-b-09前侧左右两端对称地设置有4个螺纹孔,在4号光栅尺读数头102-b-09的外侧配有2个结构相同的4号读数头连接板102-b-10,其为l型折板,在4号读数头连接板102-b-10下侧折板上设置有2个螺钉孔并与4号光栅尺读数头102-b-09前侧左右两端的螺纹孔同心,在其上侧折板同样设置有螺钉孔并与接合板102-06上的螺纹孔同心。

所述的4号光栅尺读数头102-b-09通过其t型爪与4号精密光栅尺102-b-08顶部的t型槽配装实现4号光栅尺读数头102-b-09在4号精密光栅尺102-b-08左右方向滑动。螺钉插入4号读数头连接板102-b-10下侧折板上的通孔将4号读数头连接板102-b-10固定在4号光栅尺读数头102-b-09前侧,同样的,螺钉插入4号读数头连接板102-b-10上侧折板上的通孔将4号读数头连接板102-b-10与接合板102-06连接固定。

参阅图3,所述的接合板102-06为一铸造的平板结构件,其由前后两个螺母座和中间平板构成,在中间平板的左右两侧对称地分别设置有4组共16个螺栓孔,并分别与4号精密滚珠丝杠102-b和3号精密滚珠丝杠102-a的导轨滑块上的螺纹孔同心。接合板102-06在中间平板的右侧面上方和左侧面后侧均设置有2组共4个螺纹孔并分别与4号精密滚珠丝杠102-b和3号精密滚珠丝杠102-a的读数头连接板上的螺钉孔同心。在接合板102-06的前后两侧设有的两个丝杠螺母座分别和4号精密滚珠丝杠102-b与3精密滚珠丝杠102-a上的丝杠螺母的圆面配合用通过螺钉连接锁紧固定,从而实现动力的传输。螺栓插入接合板102-06上的螺栓孔中将接合板102-06紧紧固定在3号精密滚珠丝杠102-a和4号精密滚珠丝杠102-b之间并实现3号精密滚珠丝杠102-a、接合板102-06和4号精密滚珠丝杠102-b三者之间的紧密互联。

所述的4号精密滚珠丝杠102-b的4号电机102-b-01驱动时,4号丝杠102-b-05带动4号丝杠螺母102-b-04左右移动,4号丝杠螺母102-b-04带动接合板102-06左右移动,接合板102-06带动3号精密滚珠丝杠102-a的左右移动,3号精密滚珠丝杠102-a带动竖直导轨安装板102-02左右移动,竖直导轨安装板102-02带动电主轴102-05左右移动,经过层层动力传递,再配合4号光栅尺102-b-08和后台计算机控制系统,通过精确控制4号精密滚珠丝杠102-b可实现对电主轴102-05在左右方向上的精确移动控制。类似地,通过对3号精密滚珠丝杠102-a的控制,可实现对电主轴102-05在上下方向的精确移动控制。

参阅图2与图3,所述的1号精密滚珠丝杠101-a、2号精密滚珠丝杠101-b和3号精密滚珠丝杠102-a、4号精密滚珠丝杠102-b结构不同之处在于1号精密滚珠丝杠101-a、2号精密滚珠丝杠101-b的导轨和底座均比3号精密滚珠丝杠102-a、4号精密滚珠丝杠102-b的导轨和底座长,并且1号精密滚珠丝杠101-a、2号精密滚珠丝杠101-b上的导轨滑块安装有12个,而3号精密滚珠丝杠102-a、4号精密滚珠丝杠102-b上的导轨滑块只安装有4个。在1号精密滚珠丝杠101-a、2号精密滚珠丝杠101-b的外侧分布着相隔一定间距的3个光栅尺,光栅尺的位置分别与低频低速电主轴可靠性加载试验系统2、高频高速电主轴可靠性加载试验系统3和电主轴拉刀机构可靠性试验系统4中的模拟刀柄所在位置对齐;所述的1号精密滚珠丝杠101-a与2号精密滚珠丝杠101-b平行对称地安装在移动龙门103中的前侧支柱、后侧支柱的底端,1号精密滚珠丝杠101-a与2号精密滚珠丝杠101-b沿纵向对称地安装在地平铁5上表面并采用t形螺栓连接固定在地平铁5上。

所述的1号精密滚珠丝杠101-a和2号精密滚珠丝杠101-b驱动时,经过层层动力传递,1号精密滚珠丝杠101-a和2号精密滚珠丝杠101-b将动力传递给移动龙门103的前后支柱的主支柱,从而带动整个移动龙门103左右移动,从而实现了电主轴移动定位系统1在左右方向上的移动,故而当电主轴移动定位系统1带动电主轴102-05移动和低频低速电主轴可靠性加载试验系统2、高频高速电主轴可靠性加载试验系统3与电主轴拉刀机构可靠性试验系统4中的模拟刀柄配合时,光栅尺读数器能够精确记录移动龙门103带动电主轴102-05在左右方向移动的距离,通过后台计算机控制系统对1号精密滚珠丝杠101-a和2号精密滚珠丝杠102-b的控制下可实现电主轴102-05在左右方向上的精确移动控制。结合3号精密滚珠丝杠102-a与4号精密滚珠丝杠102-b的控制作用,故而在电主轴移动定位系统1的带动下可实现电主轴102-05在上下左右前后全自由度的精确移动控制。

综上所述,所述的地平铁5安装在最底部,电主轴移动定位系统1中的1号精密滚珠丝杠101-a和2号精密滚珠丝杠101-b对称的安装在地平铁5的前后上表面并通过螺栓连接固定,移动龙门103横跨地平铁5并通过螺栓连接安装在1号精密滚珠丝杠101-a和2号精密滚珠丝杠101-b上表面,电主轴模拟刀柄配合装置102安装在移动龙门103中间横梁的中间左侧平面上并通过螺栓连接固定在移动龙门102中间横梁上。

在进行电主轴可靠性加载试验时,所述的电主轴102-05可在1号精密滚珠丝杠101-a与2号精密滚珠丝杠102-b的带动下可实现左右方向上的精确移动,在3号精密滚珠丝杠102-a的带动下可实现上下方向上的精确移动,在4号精密滚珠丝杠102-b的带动下可实现前后方向上的精确移动,故而通过整个电主轴移动定位系统1可带动电主轴102-05实现全自由度的移动和定位,电主轴102-05调整过程中全程由计算机控制系统自动完成,可实现与低频低速电主轴可靠性加载试验系统2、高频高速电主轴可靠性加载试验系统3、电主轴拉刀机构可靠性试验系统4中的模拟刀柄精准配合,这极大地提高了电主轴可靠性试验的试验精度和试验效率,解决了人为调整试验台如对中、换刀等试验准备过程耗费巨大时间、人力的问题。

3.低频低速电主轴可靠性加载试验系统

参阅图5,本发明所述的低频低速电主轴可靠性加载试验系统2包括低频低速径向力加载装置201、低频低速加载单元202、低频低速扭矩加载装置203与低频低速轴向力加载装置204。其中低频低速径向力加载装置201、低频低速扭矩加载装置203和低频低速轴向力加载装置204均采用螺栓与地平铁5固定连接。

参阅图6,所述的低频低速电主轴可靠性加载试验系统2的低频低速径向力加载装置201包括径向电液伺服加载器201-01、中间力板201-02、2个结构相同的支架201-03、支板201-04、低频低速径向力加载球窝201-05与低频低速径向力加载球头201-06。

所述的支板201-04由一长方形平板与2个结构相同的长方形的凸板即安装座组成,2个结构相同的长方形的凸板即安装座左右两端对称地固定安装在长方形平板上,在凸板的前后两端设置有开口的t型凹槽,t型槽内安装有螺栓,安装座用于固定连接安装支架201-03;在2个结构相同的安装座的前后左右的长方形平板上均匀对称地共设置有6个长条形通孔,螺栓插入长方形平板的长条形通孔中将支板201-04紧紧固定在地平铁5上;

所述的2个结构相同的支架201-03位于支板201-04与中间力板201-02之间,支架201-03由长方形的底部平板、前后加强肋板、长方形的前后竖直平板、长方形的中间平板和上方圆形板组成。

支架201-03中长方形的底部平板四角处倒有圆角,在支架201-03底部平板中间的左右两侧设置有四角处倒有圆角的长方形减重通孔,在支架201-03底部平板的前后四角处设置有螺栓通孔,在支架201-03底部平板顶端面的前后两侧设置有结构相同的长方形的竖直平板,2个长方形的前后竖直平板之间设置有和2个前后竖直平板相垂直的长方形的中间平板使它们相连且与底部平板垂直连为一体,2个长方形的前后竖直平板还通过前后2个加强肋板与底部平板相连,2个长方形的前后竖直平板的左右两侧均设置有长条形减重孔,且2个长方形的前后竖直平板上方设置有一个圆形板,圆形板上设置有4个螺纹孔并与中间力板201-02上的通孔同心。螺栓插入支架201-03底部平板的前后四角的螺栓孔内并与支板201-04上方凸板的t型槽内的螺栓安装座配合连接,将支架201-03紧紧固定在支板201-04的顶端。

所述的中间力板201-02为一四角处倒有圆角的长方形平板件,其与支架201-03接触的左右两侧均开有通孔且与支架201-03顶部圆板的螺纹孔同心。中间力板201-02的底端面与2个结构相同的支架201-03顶部的圆形平板相互接触。

所述的径向电液伺服加载器201-01包括伺服加载缸、伸缩轴、保护罩、过渡推板和力传感器,径向电液伺服加载器201-01的保护罩为一顶壁和右侧壁没有的长方体形的壳体件,其底壁与中间力板201-02相接触,在保护罩的底壁上设置有螺栓通孔并与中间力板201-02的通孔同心,位于保护罩内部的是径向电液伺服加载器201-01的伺服加载缸,其具有控制性能好、加载器准确等优点,位于径向电液伺服加载器201-01的伺服加载缸右侧的是径向电液伺服加载器201-01的伸缩轴,伸缩轴的右端设置有螺纹孔,伸缩轴由伺服加载缸控制来回伸缩;位于径向电液伺服加载器201-01的伸缩轴右侧的是过渡推板,过渡推板由左右两个长方形推板和连接柱组成,与伸缩轴相接触的左侧推板右表面中间设置有螺栓孔,螺栓插入左侧推板右表面中间设置的螺栓孔将过渡推板的左侧推板固定在伸缩轴的右表面上,在过渡推板的左侧推板的右表面和右侧推板的左表面的前后两侧均设置有螺纹孔,过渡推板的中间连接柱由中间光轴和左右短螺杆组成,过渡推板的中间连接柱的左右短螺杆分别与过渡推板的的左右推板在前后两侧设置的的螺纹孔配合连接,将过渡推板的左右推板紧紧相连,在过渡推板的右侧推板的左表面的中间位置设置有螺钉孔并与其紧邻的力传感器的左表面的几何中心的螺纹孔同心,螺钉插入过渡推板的右侧推板的左表面的中间位置设置的螺钉孔中将力传感器固定在过渡推板的右侧推板的右表面上。径向电液伺服加载器201-01的力传感器外形为一短圆柱,在力传感器的左右侧面中心均设置有螺纹孔,右表面侧的螺纹孔用来安装连接低频低速径向力加载球窝201-05;所述的径向电液伺服加载器201-01安装在中间力板201-02的上表面,螺栓插入径向电液伺服加载器201-01的底部平板的螺栓孔并穿过中间力板201-02的螺栓孔与支架201-03顶部圆板的螺纹孔配合,将径向电液伺服加载器201-01、中间力板201-02和支架201-03三者紧紧连接在一起。

所述的低频低速径向力加载球窝201-05由一个短螺杆和一小正方体组成,螺杆旋入径向电液伺服加载器201-01的力传感器的右侧面中心开有的螺纹孔将低频低速径向力加载球窝201-05紧紧固定在径向电液伺服加载器201-01上,低频低速径向力加载球窝201-05右侧的小正方体与低频低速径向力加载球头201-06接触的一侧设置有球面凹槽,所述的低频低速径向力加载球头201-06也是由一短螺杆和半圆形球头组成,低频低速径向力加载球头201-06的半圆球头与低频低速径向力加载球窝201-05的球面凹槽同心且半径相等,螺杆部分旋入加载单元202的螺纹孔内连接固定。

在进行低频低速电主轴可靠性加载试验时,所述的径向电液伺服加载器201-01驱动伸缩轴并带动低频低速径向力加载球窝201-05慢慢靠近低频低速径向力加载球头201-06,待低频低速径向力加载球窝201-05的球面凹槽接触到低频低速径向力加载球头201-06的半圆形球头时,低频低速径向力加载球窝201-05推动低频低速径向力加载球头201-06并施加力,低频低速径向力加载球头201-06将力传递给低频低速加载单元202,故而实现对低频低速加载单元202的径向力模拟加载。径向电液伺服加载器201-01上的力传感器将力的大小反馈给后台控制系统,通过后台控制系统的控制从而可实现对低频低速加载单元202的精确径向力加载。

参阅图7,本发明所述的低频低速电主轴可靠性加载试验系统的低频低速加载单元202包括轴承上端盖202-01、1号轴承套202-02、轴承下端盖202-03、1号轴承202-04、1号垫片202-05、1号锁紧螺母202-06、1号套筒202-07、低频低速模拟刀柄202-08、2个结构相同的2号轴承202-09、轴承挡圈202-10、2号垫片202-11、2号锁紧螺母202-12、轴套202-13、1号圆锥齿轮202-14、2号圆锥齿轮202-15和3号轴承202-16。

其中:1号轴承202-04、1号垫片202-05、1号锁紧螺母202-06、2号轴承202-09、轴承挡圈202-10、2号垫片202-11、2号锁紧螺母202-12和3号轴承202-16均为标准件。

所述的低频低速模拟刀柄202-08为非标定做的bt40系列数控刀柄,其由下端的阶梯轴、中间锥面刀柄头和顶部拉钉组成,低频低速模拟刀柄202-08的中间锥面刀柄头的顶端设置有螺纹孔并与顶部拉钉采用螺纹连接将拉钉固定在中间锥面刀柄头的顶端。所述的低频低速模拟刀柄202-08安装在低频低速加载单元202内部并由低频低速加载单元202的其他结构零件锁紧固定。在电主轴102-05与低频低速模拟刀柄202-08配合时,在打刀缸102-01的作用下电主轴102-05锥孔内部的卡爪张开紧紧抓住低频低速模拟刀柄202-08的顶部拉钉,电主轴102-05下端的锥孔与低频低速模拟刀柄202-08的中间锥面刀柄头配合,从而实现电主轴102-05与低频低速模拟刀柄202-08的配合。

所述的1号轴承套202-02为一中空的正方体形的结构件,轴承套202-02在左右两侧壁上均设置有与杠杆拉钉204-06配合的螺纹孔,在后侧壁上设置有与低频低速径向力加载球头201-06相配合的螺纹孔,在上下两个端面的四角处均设置有4个螺纹孔并分别与轴承上端盖202-01和轴承下端盖202-03上的螺栓孔同心对正。1号轴承套202-02内部安装有2个结构相同的2号轴承202-09和一个轴承挡圈202-10,2个结构相同的2号轴承202-09位于1号轴承套202-02的上下两端并通过轴承挡圈202-10相隔,上方的2号轴承202-09通过低频低速模拟刀柄202-08的轴肩定位,下侧的轴承通过垫片202-11和锁紧螺母202-12进行定位锁紧。

所述的轴承上端盖202-01和轴承下端盖202-03结构相同,它们均为一正方形平板,在正方形的平板的四角处均设置有倒角和螺钉孔,轴承上端盖202-01和轴承下端盖202-03四角处设置的螺钉孔分别与轴承套202-02上下两个端面的四角处设置的螺纹孔对正同心,螺钉插入轴承上端盖202-01和轴承下端盖202-03四角处设置的螺钉孔中将轴承上端盖202-01和轴承下端盖202-03固定在1号轴承套202-02上。

所述的低频低速加载单元202下端的结构主要是由1号圆锥齿轮202-14和2号圆锥齿轮202-15组成的齿轮传动副,该部分的主要作用就是传递来自测功机203-01的转矩,进而模拟在真实工况下对低频低速模拟刀柄202-08的模拟扭矩加载。1号轴承202-04位于轴承下端盖202-03下方与低频低速模拟刀柄202-08的轴肩接触,并通过轴套202-13与1号圆锥齿轮202-14相隔离,1号圆锥齿轮202-14通过其下方的1号锁紧螺母202-06进行定位锁紧并与低频低速模拟刀柄202-08通过键连接传递扭矩。类似地,3号轴承202-16与测功机203-01的传动轴的轴肩接触定位,通过1号套筒202-07与2号圆锥齿轮202-15相隔,2号圆锥齿轮202-15通过键连接传递来自测功机203-01传动轴的扭矩。

参阅图5和图6,所述的低频低速电主轴可靠性加载试验系统的低频低速扭矩加载装置203主要由测功机203-01与测功机底座203-02组成。

所述的测功机底座203-02的底部为一长方形的底板,沿其纵向的两侧共设置有6个长条形通孔,在底板的上面沿其纵向的中间处安装一个长方体形的壳体,在壳体纵向的两侧各设置有4个加强肋板与底板相连接,测功机底座203-02的底部通过底板与地平铁5相连接,螺栓插入测功机底座203-02底板上的长条形通孔中将测功机底座203-02牢牢固定在地平铁5上。

所述的测功机203-01采用型号为dj4000-xn-dl22的电力测功机,其自身带有轴承座单元可实现自我保护,故而其具有可靠性高、安全等优点。测功机203-01安装在测功机底座203-02的顶端,其左端和中间处的表面为长方体保护罩,保护罩为一u形壳体,在u形壳体保护罩纵向的两侧设置有长条板,两侧的长条板共设有4个长条形通孔,螺栓插入长条形通孔中将测功机203-01紧紧固定在测功机底座203-02上。位于测功机203-01右侧的为测功机发动机,其内部有精密的扭矩传感器和扭矩加载装置,在后台控制系统的控制下可输出精确的扭矩。测功机203-01的传动轴位于靠近低频低速加载单元202的一侧,其与低频低速加载单元202上的2号圆锥齿轮202-15采用键连接传递扭矩。

在进行低频低速电主轴可靠性加载试验时,所述的测功机203-01启动带动传动轴转动,测功机203-01在后台控制系统的控制下,将精确的扭矩通过传动轴传递给2号圆锥齿轮202-15进而施加在低频低速加载单元202上,从而实现了对低频低速加载单元202的精确扭矩加载。

参阅图6和图8,所述的低频低速电主轴可靠性加载试验系统的低频低速轴向力加载装置204包括轴向电液伺服加载器204-01、低频低速轴向力加载球头204-02、低频低速轴向力加载球窝204-03、杠杠支撑座204-04、杠杆204-05、杠杆拉钉204-06和加载分叉204-07。

所述的轴向电液伺服加载器204-01与径向电液伺服加载器201-01结构相似,唯一不同的地方是轴向电液伺服加载器204-01的力传感器是安装在径向电液伺服加载器201-01的过渡推板的上侧推板的下表面并通过螺钉连接固定。轴向电液伺服加载器204-01竖直地安装在地平铁5中间处挖有的长方体槽内,轴向电液伺服加载器204-01的保护罩的底部外表面与地平铁5槽壁的内表面接触贴合,螺栓穿过轴向电液伺服加载器204-01的保护罩的螺栓孔将轴向电液伺服加载器204-01紧紧固定在地平铁5上。所述的低频低速轴向力加载球头204-02通过螺纹连接的方式固定在杠杆204-05的最右端,并与固定在轴向电液伺服加载器204-01顶端的低频低速轴向力加载球窝204-03的球面凹槽同心。

参阅图8,所述的位于杠杆204-05中间部位的是杠杆支撑座204-04,该部分主要作用是为支撑杠杆提供支点的作用。所述的杠杆支撑座204-04包括支撑座204-04-01、2个结构相同的4号轴承204-04-02、固定端盖204-04-03、3号垫片204-04-04、支撑轴204-04-05、3号锁紧螺母204-04-06与2个结构相同的2号套筒204-04-07组成。其中:4号轴承204-04-02和3号锁紧螺母204-04-06均为标准件。

所述的支撑轴204-04-05为一光滑圆柱轴,杠杆204-05为一长方体形的钢板,在杠杆204-05最左端的前后两侧分别设置有螺纹孔用来连接加载分叉204-07,在杠杆204-05最右端的上表面设置有螺纹孔用来连接低频低速轴向力加载球头204-02,杠杆204-05中间设置有圆形通孔并套装在支撑轴204-04-05中间处,杠杆204-05两侧对称分布有结构相同的2号套筒204-04-07和4号轴承204-04-02,其中左侧4号轴承204-04-02利用支撑座204-04-01上的槽肩进行定位卡紧,右侧的轴承则通过3号锁紧螺母204-04-06进行定位锁紧,固定端盖204-04-03的内侧端面与支撑轴204-04-05的右端面接触连接并与支撑座204-04-01采用螺钉锁紧固定。

参阅图6,所述的加载分叉204-07安装在杠杆204-05最左端,其结构为u形叉类结构件,前后叉臂均设置有通孔,杠杆拉钉204-06插入加载分叉204-07前后的通孔将加载分叉204-07固定在加载单元202的1号轴承套202-02上,在加载分叉204-07的右端设置有相距和杠杆204-05厚度相等的且关于杠杆204-05对称分布的两个小长方形板,每块小长方形板上设置有2个螺纹孔,杠杆204-05插进两块小长方形板之间,螺钉穿过小长方形板上的通孔将加载分叉204-07与杠杆204-05连接固定。

在进行低频低速电主轴可靠性加载试验时,所述的低频低速轴向力加载装置204中的径向电液伺服加载器204-01驱动带动低频低速轴向力加载球窝204-03往下运动,待低频低速轴向力加载球窝204-03的球面凹槽接触到低频低速轴向力加载球头204-02,低频低速轴向力加载球头204-02受到来自低频低速轴向力加载球窝204-03的压力并将压力传递给杠杆204-05,杠杆204-05通过杠杆支撑座204-04利用杠杆原理作用对加载分叉204-07施加一个向上的力,加载分叉204-07将力传递给杠杆拉钉204-06,杠杆拉钉204-06又将力传递给低频低速加载单元202,故而可模拟实现对低频低速加载单元202的轴向力加载,通过对轴向电液伺服加载器204-01的精确控制可实现对低频低速加载单元202精确的轴向力模拟加载。

综上所述,参阅图5,所述的低频低速径向力加载装置201安装在前侧,并通过驱动径向力电液伺服加载器201-01带动低频低速径向力加载球窝201-05对安装在中间的低频低速加载单元202施加径向力;所述的低频低速轴向力加载装置204安装在后侧并通过加载分叉204-07对低频低速加载单元202施加轴向力;所述的低频低速扭矩加载装置203安装在低频低速加载单元202的右侧并通过圆锥齿轮连接对低频低速加载单元202施加扭矩。

在进行低频低速电主轴可靠性加载试验时,所述的低频低速径向力加载装置201利用径向电液伺服加载器201-01带动低频低速径向力加载球窝201-05作用在低频低速径向力加载球头201-06上实现对低频低速加载单元202的径向力加载,低频低速扭矩加载装置203通过测功机203-01和齿轮传动的扭矩传递实现对低频低速加载单元202的扭矩加载,低频低速轴向力加载装置204通过轴向电液伺服加载器204-01带动低频低速轴向力加载球窝204-03作用在杠杆204-05上的低频低速轴向力加载球头204-02上,杠杆204-05利用杠杠作用原理将力传递给低频低速加载单元202从而实现对低频低速加载单元202的径向力加载,在低频低速径向力加载装置201、低频低速扭矩加载装置203、低频低速轴向力加载装置204的综合作用下可实现对低频低速加载单元202的综合模拟加载,从而模拟了电主轴102-05在多种工况下的综合模拟加载,又因为本实验装置的加载频率、电主轴转速和扭矩加载速度都要低于高频高速电主轴可靠性加载试验系统3,故而又称为低频低速电主轴可靠性加载试验系统。

4.高频高速电主轴可靠性加载试验系统

参阅图9,本发明所述的高频高速电主轴可靠性加载试验系统3包括高频高速径向均值力加载装置301、高频高速加载单元302、高频高速径向幅值力加载装置303、对拖扭矩加载装置304和高频高速轴向力加载装置305。其中高频高速径向均值力加载装置301、高频高速径向幅值力加载装置303和对拖扭矩加载装置304均采用螺栓与地平铁5连接固定。

参阅图10,本发明所述的高频高速电主轴可靠性加载试验系统3的高频高速径向均值力加载装置301包括均值电缸301-01、均值电缸支撑座301-02、电缸连接套301-03、测力传感器301-04、加载钢丝绳301-05、1号拉钉301-06与2号拉钉301-07;其中:1号拉钉301-06与2号拉钉301-07具有完全相同的结构。

所述的均值电缸支撑座301-02为一l形的板类结构件,包括支撑壁、底座、支撑平板与加强肋板;支撑壁、底座与支撑平板皆为矩形板类结构件,支撑壁上端均布有安装均值电缸301-01的螺纹孔,螺纹孔的中心处设置有1个安装均值电缸301-01伸缩轴的通孔,均值电缸301-01的伸缩轴与通孔同心对正,底座上设置有2个长条形通孔,支撑壁与底座的宽度相等,支撑壁的底端与底座的右端垂直地连接成一体,支撑平板位于支撑壁的中间处,支撑平板与底座相平行,支撑平板的右端与支撑壁的左侧壁面固定连接,直角三角形的加强肋板位于支撑平板的下面,加强肋板的2条直角边和支撑平板的底面与支撑壁的左侧壁面固定连接;采用螺栓插入2个长条形通孔中将均值电缸支撑座301-02固定在地平铁5上;

所述的均值电缸301-01采用cl065系列的伺服电缸,其具有精度高、推力大、运行平稳、经久耐用等优点,均值电缸301-01包括上方的传动装置部分和下方的伺服电机装置;均值电缸301-01上方的传动装置右端设置有螺栓孔并与支撑座301-02的支撑壁上端的设置的螺纹孔同心对正,其下侧的伺服电机与支撑座301-02上的支撑平板上表面相接触;采用螺栓插入均值电缸301-01上方的传动装置右端设置的螺栓孔中将均值电缸301-01固定在均值电缸支撑座301-02右侧支撑壁的左侧壁面上。

所述的电缸连接套301-03的左端为横截面为菱形的柱体,并在左端面的中心处设置有螺纹孔,螺纹孔与均值电缸301-01上方的传动装置的伸缩轴同心,电缸连接套301-03的右端设置有短螺杆,并与测力传感器301-04左端面的螺纹孔同心,均值电缸301-01上方的传动装置的伸缩轴的右端设置有螺纹,其插入均值电缸支撑座301-02中支撑壁上端的通孔后与电缸连接套301-03左端设置的螺纹孔配合连接,电缸连接套301-03右端设置的短螺杆与测力传感器301-04左端的螺纹孔配合连接。

所述的测力传感器301-04采用型号为cz-cw11-5kn的传感器,测力传感器301-04为一小长方体结构件,其左右端面几何中心处均设置有螺纹孔,所述的1号拉钉301-06右端为一短螺杆左端为一小正方体,小正方体的设置有上下方向的通孔,测力传感器301-04右端的螺纹孔与2号拉钉301-07左端的短螺杆采用螺纹连接固定;加载钢丝绳301-05两端分别插入1号拉钉与2号拉钉的中心通孔中并伸出后固定连接形成钢丝绳封闭环。

在进行高频高速电主轴可靠性加载试验时,所述的均值电缸301-01驱动伸缩轴沿着钢丝绳轴向方向拉动,钢丝绳被拉紧并将力传递给高频高速加载单元302,测力传感器301-04将加载力反馈给后台计算机控制系统并由计算机进行精确控制均值电缸301-01所施加的力的大小,从而实现对高频高速加载单元302的模拟均值径向力的精确加载。

参阅图11,本发明所述的高频高速电主轴可靠性加载试验系统3的高频高速加载单元302与低频低速电主轴可靠性加载试验系统2的低频低速加载单元202的1号圆锥齿轮202-14以上的结构完全相同,略有不同的是高频高速加载单元302的2号轴承套302-01在前后两侧额外设置有凹槽,在凹槽的上下两侧设置有螺纹孔,其主要用途是与高频高速电主轴可靠性加载试验系统3的高频高速加载单元302的轴向受力耳305-03相配合连接。

参阅图12,所述的径向幅值力加载装置303包括径向幅值力加载球窝303-01、加载棒303-02、螺母303-03、幅值振动台303-04和幅值传感器303-05;其中:螺母303-03为标准件。

所述的幅值振动台303-04选用苏州东菱振动试验仪器有限公司生产的型号为es-2-150的电动振动试验系统,其最大负载可达70kg,加载频率可达4000hz。幅值振动台303-04包括底座、振动装置和支撑柱;

幅值振动台303-04的底座由一块正方形底板和前后两块相同的侧壁组成,底座的正方形底板与前后侧壁相互垂直连成一体,底座的正方体底板下表面与地平铁上表面接触且正方形底板的右侧设置有长条形通孔,螺栓插入长条形通孔将幅值振动台303-04的底座固定在地平铁5上表面上。底座的前后两侧的侧壁的上方均开有倒角,并在前后侧壁设置有高度一致且同心的圆形通孔,在通孔的周围均匀地设置有4个螺纹孔。

幅值振动台303-04的振动装置为一圆柱壳体结构件,在振动装置的左端面设置有螺纹孔并与幅值传感器303-05的螺栓孔同心对正,在圆柱壳体前后两端的中间设置有与支撑柱半径相同的通孔,在幅值振动台303-04的振动装置的圆柱壳体的右端设置有一过渡圆锥表面,并在此过渡圆锥表面设置有方向朝上的圆形通气孔。

所述的幅值振动台303-04的支撑柱中间为一长条圆柱,在圆柱的前后两端设置有圆盘固定板,圆盘固定板上设置有4个螺栓孔并与底座的前后侧壁上的螺纹孔对正同心;幅值振动台303-04的支撑柱的中间长条圆柱插入幅值振动台303-04底座前后侧壁上的通孔和幅值振动台303-04振动装置的前后两侧的通孔,并通过幅值振动台303-04的支撑柱的圆盘固定板将幅值振动台303-04的底座、振动装置和支撑柱紧密连接固定为一体。

所述的幅值传感器303-05采用型号为lz-jx1的轮辐传感器变送器,其具有灵敏度高、动态响应快等优点。幅值传感器303-05为一与圆盘类结构件,其上沿圆周方向均匀地设置有螺栓孔,螺栓插入螺纹孔中将幅值传感器303-05固定在幅值振动台上303-04左端的中心处。

所述的加载棒303-02的为一阶梯式长条轴,过渡处设置有圆角,其左端面的中心处设置有螺纹孔,最右端为设置有外螺纹的短螺杆,短螺杆插入螺母303-03的中心孔中与幅值传感器303-05左端的螺纹孔配合固定连接。

所述的径向幅值力加载球窝303-01与低频低速径向力加载球窝201-06结构完全相同,径向幅值力加载球窝303-01的右侧短螺杆与加载棒303-02左端的螺纹孔配装而固定连接。

在进行高频高速电主轴可靠性加载试验时,所述的幅值振动台303-04启动,加载棒303-02和径向幅值力加载球窝303-01在幅值振动台303-04的带动下对高频高速加载单元302上的高频高速加载单元受力球头303-06施加幅值力,从而实现对高频高速加载单元302径向幅值力加载。因为幅值振动台303-04可对高频高速加载单元302施加上千赫兹的动态幅值加载力,故而可实现对高频高速加载单元302的高频率加载。

参阅图13,本发明所述的对拖扭矩加载装置304包括对拖电主轴抱夹304-01、对拖扭矩加载电主轴304-02、联轴器304-03和高频高速模拟刀柄304-04。其中:联轴器304-03为标准件。

所述的对拖电主轴报夹304-01为中间设置有通孔的长方体结构件,在其顶端面的通孔周围均匀地设置有螺纹孔,主轴报夹304-01左右侧壁面与前端面的交汇处倒有圆角,在主轴报夹304-01的左右两侧设置有长条平板,在长条平板上设置有间隔距离相等的4个螺栓孔,螺栓插入螺栓孔将主轴报夹304-01紧紧固定在地平铁5上。

所述的对拖扭矩加载电主轴304-02与电主轴102-05具有相同的结构,对拖扭矩加载电主轴304-02的法兰盘上的螺栓孔与对拖电主轴报夹304-01顶端面的上的螺纹孔对正同心,螺栓插入对拖扭矩加载电主轴304-02法兰盘上的螺栓孔内将对拖扭矩加载电主轴304-02固定在对拖电主轴报夹304-01上。对拖扭矩加载电主轴304-02的顶端面中心处设置有锥孔用来配合安装高频高速模拟刀柄304-04。

所述的高频高速模拟刀柄304-04的结构与低频低速模拟刀柄202-08的结构完全相同,高频高速模拟刀柄304-04下端的拉钉和圆锥面刀柄头与对拖扭矩加载电主轴304-02顶端面的锥孔内的卡爪配合连接固定,高频高速模拟刀柄304-04上端通过联轴器304-03锁紧与高频高速加载单元302连接传递转矩。

在进行高频高速电主轴可靠性加载试验时,对拖扭矩加载电主轴304-02启动旋转,通过对对拖扭矩加载电主轴304-02的额定输出扭矩控制,实现对高频高速加载单元302的精确扭矩加载。在试验过程中,可利用激光位移传感器测得高频高速模拟刀柄304-04的轴心运动轨迹等体现对拖扭矩加载电主轴304-02对中性能的指标,从而在不同径向力对对拖扭矩加载电主轴304-02的对中性能的影响的研究提供了数据获取方法。

参阅图14至图16,本发明所述的高频高速轴向力加载装置305包括2个结构相同的导向柱支撑座305-01、轴向力传感器305-02、2个结构相同的轴向受力耳组件、2个结构相同的加载分叉305-07、推板305-08、螺母305-09、拉杆305-10、高频高速轴向力加载电缸305-11、4个结构相同的导向柱固定套305-12、支撑板305-13、2个结构相同的推板导向套305-14、2根结构相同的推板导向柱305-15、2个结构相同的顶轮305-16与2个结构相同的钢销305-17;其中:2个结构相同的轴向受力耳组件包括2个结构相同的轴向受力耳305-03、8个结构相同的拉紧套305-04、8个结构相同的4号锁紧螺母305-04、4根结构相同的钢丝绳305-06;螺母305-09和4号螺母305-04为标准件。

所述的对称分布于两侧的导向柱支撑座305-01上下为中空结构,其结构类似于6字形支架,在导向柱支撑座305-01底端平板上设置有2个长条形通孔,螺栓插入长条形通孔中将导向柱支撑座305-01固定在地平铁5上,在导向柱支撑座305-01上端和中间处的支板的前端处均设置有半圆柱形凹槽,在凹槽两侧设置有4个螺纹孔。

所述的支撑板305-13整体结构类似于菱形厚平板件,支撑板305-13的左右两端和中间处均设置有通孔,并在每个通孔的周围均匀地设置有螺纹孔,在支撑板305-13的右下角处还设置有1个通孔,在支撑板305-13的四周边角处均设置有圆角;所述的推板导向套305-14的顶端设置有圆环形法兰盘,法兰盘上均匀地设置有螺栓孔,推板导向套305-14的下端为圆柱体,圆环形法兰盘与下端为圆柱体连成一体,圆环形法兰盘与下端为圆柱体的回转轴线共线,推板导向套305-14的中心处设置有中心通孔,中心通孔半径与推板导向柱305-14的横截面半径相同;两个结构相同的推板导向套305-14装入支撑板305-13左右两端的通孔中,推板导向套305-14顶端法兰盘的底端面与支撑板304-13接触并采用螺栓连接固定在支撑板304-13上。

所述的推板导向柱305-15为一长圆柱形直杆轴件,推板导向柱305-15插入推板导向套305-14和支撑板305-13左右两端设置的通孔中并安装于支撑座305-01的半圆柱形凹槽内;所述的导向柱固定套305-12由中间半圆壳体和左右两侧的短板组成,短板上设置有螺栓孔,中间半圆壳体的内半圆孔的半径与推板导向柱305-15两端的半径相等,导向柱固定套305-12的半圆壳体内表面与推板导向柱305-14接触连接,螺栓插入导向柱固定套305-12左右两侧的螺栓孔中将推板导向柱305-14固定在导向柱支撑座305-01上。

所述的高频高速轴向力加载电缸305-11竖直安装在支撑板305-13的右下角的下方,高频高速轴向力加载电缸305-11的伸缩轴上端设置有螺纹;所述的拉杆305-10为一阶梯轴,在靠近高频高速轴向力加载电缸305-11的下端设置有螺纹孔并与高频高速轴向力加载电缸305-11的伸缩轴配合连接固定,拉杆305-10轴肩上端为一短螺杆结构,拉杆305-10的轴肩与支撑板305-13底端面接触,轴肩上端螺杆插入支撑板305-13右下角处的通孔中并通过锁紧螺母305-09锁紧固定。

所述的位于支撑板305-13上面的轴向力传感器305-02为一圆环结构件,其中间设置有通孔并与推板305-08中间的通孔同心,在轴向力传感器305-02中间通孔周围均匀地设置有螺栓孔,均匀布置的螺栓孔与支撑板305-13中间通孔周围的螺纹孔对正同心,螺栓插入轴向力传感器305-02上的通孔中将轴向力传感器305-02固定在支撑板305-13上。

所述的推板305-08为一菱形的平板结构件,其中间设置有中间通孔,在推板305-08纵向的前后两端分别设置有4个螺纹孔并与加载分叉305-07底部平板上的螺栓孔对正同心,在推板305-08中间通孔的周围均匀地还设置有螺栓孔并与轴向力传感器305-02中间通孔周围的螺纹孔对正同心,螺栓插入推板305-08中间通孔周围的螺栓孔中将推板305-08固定在轴向力传感器305-02的顶端。

所述的2个结构相同的加载分叉305-07由底部平板、中间支撑柱与上端分叉组成。加载分叉305-07底端的底部平板为长方形平板,底部平板的四角处设置有4个螺栓孔,长方形平板上的螺栓孔与推板305-08前后两端的螺纹孔对正同心,加载分叉305-07的上端分叉由两个前后叉壁和底板组成,两个前后叉壁的顶端倒有圆角并设置有同轴线的通孔,两个前后叉壁的底端和底板两端垂直对称地相连接,上端分叉通过其中的底板的底端面与中间支撑柱的顶端面垂直连接成一体,底部平板,中间支撑柱的底端与底部平板上表面的中心处垂直连接成一体;加载分叉305-07安装在推板30-08的顶端,螺栓插入加载分叉305-07底部平板上的螺栓孔中将2个结构相同的加载分叉305-07固定在推板305-08的前后顶端处。

所述的顶轮305-16为一个带有中心通孔的周边设置有环形圆弧形凹槽的圆形的轮子,其中间设置的通孔与加载分叉305-07的上端分叉的前后叉壁上的通孔同心与同直径,钢销305-17插入加载分叉305-07前后两侧叉壁上的通孔和顶轮305-16的中心通孔中将顶轮305-16安装在加载分叉307-07上端分叉的前后叉壁中间。

所述的2个结构相同的轴向受力耳305-03由外侧的安装套和内侧固定板组成,其对称地安装在加载分叉305-07的顶端;轴向受力耳305-03的外侧安装套前后端均为一长方形平板,后侧长方形平板的中间设置有通孔,前后侧平板与左右侧壁相交过渡处倒有圆角,安装套的左右侧壁为8字形侧壁,上下均设置有螺纹孔;轴向受力耳305-03的内侧固定板为一长方形平板,并在其上下两端均设置有螺栓孔且与高频高速加载单元302的轴承套302-01前后端设置的螺纹孔对正同心,在轴向受力耳305-03的固定板的前侧中间设置有凹槽且凹槽的宽度与轴向受力耳305-03的安装套的前侧平板上下宽度相同;轴向受力耳305-03的固定板的凹槽卡在安装套前侧长方形平板上并与安装套前侧长方形平板内侧壁相接触。2个结构相同的轴向受力耳305-03的外侧安装套的靠近高频高速加载单元302的长方形平板安装在高频高速加载单元302的轴承套302-01的前后凹槽内,且2个结构相同的轴向受力耳305-03的内侧固定板与高频高速加载单元302的轴承套302-01的前后表面贴合接触,螺栓插入2个结构相同的轴向受力耳305-03的内侧固定板上下两端设置的螺栓孔内将2个结构相同的轴向受力耳305-03紧紧固定在高频高速加载单元302上。

所述的拉紧套305-04类似于螺栓,左侧为头部右侧为螺杆,拉紧套305-04在左右方向的中心处设置有通孔,拉紧套305-03穿过螺母的中心孔并与轴向受力耳305-03左右8字形侧壁的螺纹孔配合连接固定;

所述的钢丝绳305-06穿过拉紧套305-04、左侧的螺母305-05、轴向受力耳305-03外侧的安装套的8字型侧壁的上下通孔形成一个封闭环并拉紧固定在轴向受力耳305-03上。钢丝绳305-06的形成的封闭环的下侧穿过顶轮305-16与加载分叉305-07之间的空隙即顶轮305-16安装在钢丝绳305-06封闭环之间。

在进行高频高速电主轴可靠性加载试验时,高频高速轴向力加载电缸305-11驱动并推动支撑板305-13往上运动,支撑板305-13带动推板305-08往上运动,推板305-08带动加载分叉305-07往上运动,加载分叉305-07又带动顶轮305-16运动,当顶轮305-16接触到钢丝绳305-06时,钢丝绳305-06慢慢被拉紧,拉紧后的钢丝绳305-06施加给轴向受力耳305-03一个向上力的作用,轴向受力耳305-03又将力传递给高频高速加载单元302,从而实现了对高频高速加载单元302的轴向力模拟加载。

综上所述,参阅图9,所述的高频高速径向均值力加载装置301安装在低频低速加载单元302的左侧并通过1号拉钉301-06与高频高速加载单元302连接接触并施加径向均值力;所述的高频高速径向幅值力加载装置303安装在高频高速加载单元302的右侧并通过径向幅值力加载球窝303-01与高频高速加载单元302连接接触并施加径向幅值力;所述的高频高速轴向力加载装置305安装在高频高速加载单元302的正下方、对拖扭矩加载装置304的上方,并通过轴向受力耳305-03与高频高速加载单元302连接接触并施加轴向力;所述的对拖扭矩加载装置304安装在高频高速轴向力加载装置305的正下方并通过联轴器304-03与高频高速加载单元302连接接触并施加扭矩;

在进行高频高速电主轴可靠性加载试验时,高频高速径向均值力加载装置301通过拉动钢丝绳301-05进而拉动1号拉钉301-06实现对高频高速加载单元302进行径向均值力加载,高频高速径向幅值力加载装置303中的幅值振动台303-04通过柔性加载棒303-02上的径向幅值力加载球窝303-01作用在高频高速加载单元加载球头303-06上,实现对高频高速加载单元302的径向幅值力加载,对拖扭矩加载装置304通过对对拖扭矩加载电主轴304-02的额定输出扭矩控制实现对高频高速加载单元302的扭矩加载,高频高速轴向力加载装置305通过高频高速轴向力加载电缸305-11推动支撑板305-13进而推动顶轮305-16运动接触钢丝绳305-06给予轴向受力耳305-03一个轴向力的作用,进而传递给高频高速加载单元302实现对高频高速加载单元302的轴向力加载。故在高频高速径向均值力加载装置301、高频高速径向幅值力加载装置303、对拖扭矩加载装置304和高频高速轴向力加载装置305的联合作用下,可实现对高频高速加载单元302综合模拟加载,进而可真实的模拟电主轴在多工况下受到不同力的静态与动态相结合的高频高速综合模拟加载。

5.电主轴拉刀机构可靠性试验系统

参阅图17,本发明所述的电主轴拉刀机构可靠性试验系统4包括8个配重块401、8个结构相同的拉刀机构模拟刀柄402、8个结构相同的刀柄安装座403、8个结构相同的拉刀力测力计404、齿轮安装座405、顶板406、2个结构相同的顶板导向套407、2根结构相同的顶板导向柱408、减速电机409、电缸410、4个结构相同的导向柱固定套411、底座412、4根结构相同的支撑板导向柱413、支撑板414、4个结构相同的导向柱防滑套415与转盘416;其中:刀柄安装座403包括轴承端盖403-01、密封圈403-02、5号轴承403-03、3号套筒403-04;齿轮安装座405包括传动轴405-01、大齿轮锁紧螺母405-02、4号垫片405-03、大齿轮405-04、6号轴承405-05、小齿轮锁紧螺母405-06、5号垫片405-07、小齿轮405-08和7号轴承405-09;密封圈403-02、5号轴承403-03、3号套筒403-04、大齿轮锁紧螺母405-02、4号垫片405-03、6号轴承405-05、小齿轮锁紧螺母405-06和5号垫片405-07均为标准件。

所述的底座412为一正方形的平板件,底座412左右两侧对称地设置有结构相同的外侧敞开的凹槽,凹槽的槽底上分别设置有1个长条形通孔,螺栓插入长条形通孔中将底座412即通过底座412将电主轴拉刀机构可靠性试验系统4固定在地平铁5上,在底座412的4个角处设置有4个结构相同的圆形凹槽,凹槽的直径大小与支撑板导向柱413横截面直径相同,在每个凹槽的周围处均匀地设置有4个结构相同的螺纹孔;

所述的导向柱固定座411为一圆环形结构件,在导向柱固定座411上均匀地设置有4个结构相同的螺栓孔并与底座412凹槽周围的4个结构相同的螺纹孔对正同心,圆环的中间通孔半径与支撑板导向柱413的横截面半径相同;

所述的支撑板导向柱413为一长圆柱形的等横截面的直杆结构件,4个结构相同的支撑板导向柱413安装在底座412上的凹槽中,导向柱固定座411套在导向柱411上并与底座412凹槽附近的螺纹孔对正同心,螺栓插入导向柱固定座411的螺栓孔中将导向柱固定座411和支撑板导向柱413固定在底座412上。

所述的位于电缸410上方的支撑板414也为一正方形的平板件,支撑板414四角处设置有通孔,支撑板414四角处通孔周围的上下端面均匀地设置有螺纹孔,该螺纹孔和防滑套415上的螺栓孔对正同心,支撑板414上的4个通孔和底座412上的4个圆形凹槽对正,4个支撑板导向柱413插入支撑板414上的4个结构相同的通孔并由上下两个防滑套415套装固定;所述的防滑套415为一圆环结构件,防滑套415沿圆周方向均匀地设置有螺栓孔,其安装在支撑板414的上下端面处并采用螺栓与支撑板414连接固定。

参阅图18,所述的齿轮安装座405位于支撑板414上,其主要作用就是通过齿轮传动带动刀柄转盘416转动,齿轮安装座405包括支撑轴405-01、大齿轮锁紧螺母405-02、2个结构相同的4号垫片405-03、大齿轮405-04、6号轴承405-05、小齿轮锁紧螺母405-06、2个结构相同的5号垫片405-07、小齿轮405-08和7号轴承405-09。

所述的支撑轴405-01为一阶梯轴,其安装于支撑板414的几何中心处,其上端和下端均设置有键槽;支撑板414的中心部位设置有圆形阶梯槽,6号轴承405-05安装在凹槽内,大齿轮405-04安装在6号轴承405-05上方的支撑轴405-01上,并通过支撑轴405-01上的轴肩进行定位,大齿轮405-04与支撑轴405-01之间采用键连接,大齿轮405-04上下两侧均套装有4号垫片405-03,4号垫片405-03的上面套装有大齿轮锁紧螺母405-02进行定位和锁紧,与大齿轮405-04相啮合连接的小齿轮405-08位于右侧,小齿轮405-08的上面套装有5号垫片405-07和小齿轮锁紧螺母405-06实现定位和锁紧,小齿轮405-08的下面套装有另一个5号垫片405-07和7号轴承405-09;减速机409位于支撑盘414的下面并通过螺钉与支撑板414连接固定,减速机409的动力输出轴插入支撑板414的小通孔与7号轴承405-09内环孔中,减速机409的动力输出轴与小齿轮405-08之间采用键连接实现动力传递。

刀柄转盘416为一圆盘形平板结构件,刀柄转盘416的底端中心处设置有盲孔与键槽,刀柄转盘416套装在支撑轴405-01上并采用键连接。当减速机409驱动时,小齿轮405-08带动大齿轮405-04转动,大齿轮405-04带动刀柄转盘416转动,刀柄转盘416带动拉刀机构模拟刀柄402转动,故而通过对减速机409的控制可实现对拉刀机构模拟刀柄402的换刀操作。刀柄转盘416的顶端沿圆周均匀对称地设置有8个圆形阶梯通孔,每个圆形阶梯通孔都安装有刀柄安装座403,每一个刀柄安装座403都安装有结构相同的拉刀机构模拟刀柄402,拉刀机构模拟刀柄402上配有重量不同的配重块401,所述的配重块401为一圆环结构件,圆环结构件的外侧中心设置有螺钉孔,螺钉插入螺钉孔将配重块401固定在拉刀机构模拟刀柄402上,不同的配重块401的上下圆环高度不一,故而重量不一,从而可模拟不同拉刀进行电主轴拉刀机构可靠性试验,从而增添了电主轴拉刀构可靠性试验对象的丰富性和数据的多样性。

参阅图19,本发明所述的刀柄安装座403包括拉刀机构模拟刀柄402、支撑板416、轴承端盖403-01、密封圈403-02、5号轴承403-03、3号套筒403-04和螺母403-05。

所述的拉刀机构模拟刀柄402与低频低速模拟刀柄202-08具有大致相同的的结构,稍有不同的是拉刀机构模拟刀柄402在下侧阶梯轴的上部和底部均设置有螺纹孔用来配合连接配重块401和拉刀力测力计404。

所述的5号轴承403-03安装在刀柄转盘416上的圆形阶梯通孔内,其上方安装有3号套筒403-04、密封圈403-02和轴承端盖403-01,其中轴承端盖403-01的底端面与5号轴承403-03的外圈的上端面接触连接,轴承端盖403-01上的法兰盘的底端面与刀柄转盘416接触并通过螺钉连接固定。位于拉刀机构模拟刀柄402下端的是拉刀力测力计404,其上端为一短螺杆,拉刀机构模拟刀柄402底端中心处设置有螺纹孔,拉刀力测力计404的套装有螺母403-05的短螺杆与拉刀机构模拟刀柄402底端中心处的螺纹孔连接固定。在进行电主轴拉刀机构可靠性试验时,测力计能够实时记录拉刀力的大小并反馈给后台计算机控制系统进行存储等数据处理。

所述的位于支撑板414下方的电缸410采用型号为rkc80l-s50-m0折返导向架伺服电缸,其具有加载平稳、负载大等优点,电缸410是推动支撑板414上下移动的主要动力源,安装在电缸410顶端的顶板406为一长方形的平板,其顶端面与支撑板414的底端面相接触,长方形的平板中间设置有圆形凹槽与电缸410的伸缩轴相配合,在长方形的前后两侧均设置有螺栓孔并与导向柱上侧的螺纹孔同心;位于顶板406的前后两端设置有两只结构相同的顶板导向柱408,顶板导向柱408的顶端均设置有螺纹孔,螺栓插入顶板前后两端的螺栓孔将顶板导向柱408固定在顶板406上。所述的顶板导向套407结构与推板导向套305-14结构相同,其安装在顶板406下方的电缸410顶端的平板上,并通过螺栓连接固定。

在进行电主轴拉刀机构可靠性试验时,电缸410启动带动顶板406往上运动,支撑板414在顶板406的推动下沿着支撑板导向柱413方向运动,支撑板414带动整个刀柄转盘416往上运动,通过对电缸410的控制从而可实现对拉刀机构模拟刀柄402竖直方向的移动的精确控制。

综上所述,本发明所述的电主轴拉刀机构可靠性试验系统中的电缸410启动带动顶板406推动支撑盘414沿着竖直方向移动至适当位置,电主轴移动定位系统1带动主轴抱夹装置102中的电主轴102-05相互配合进行拉刀试验,待采集完一个拉刀机构模拟刀柄402的周期拉刀试验数据后,电主轴102-05在电主轴移动定位系统1带动下与拉刀机构模拟刀柄402脱离,这时减速机409驱动进行换刀操作,减速机409驱动带动小齿轮405-08转动,小齿轮405-08带动大齿轮405-04转动,大齿轮405-04带动刀柄转盘416转动,刀柄转盘416带动拉刀机构模拟刀柄402转动完成换刀操作,换刀操作完成后,电主轴102-05在电主轴移动定位系统1的带动下重新与新的刀柄配合进行电主轴拉刀机构可靠性试验,以上过程重复进行直至所有刀柄的相关实验数据采集完毕,待实验完成后电缸410再次启动,将支撑板414送至初始位置,实验结束。通过对多个模拟刀柄进行拉刀实验,可获得丰富的数据,为之后的电主轴可靠性检测分析提供数据支撑。

本发明中所述的实施例是为了便于该领域技术人员能够理解和应用本发明,本发明只是一种优化的实例,或者说是一种较佳的具体技术方案。如果相关的技术人员在坚持本发明基本技术方案的情况下,做出不需要经过创造性劳动的等效结构变化或各种修改都在本发明的保护范围内。

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