回转液压静压导轨轴向刚度和径向刚度试验方法及装置

摘要

本发明提供了回转液压静压导轨轴向刚度和径向刚度试验方法及装置，回转导轨座固定在平台上，压板与回转组件固定连接组成回转部件，回转部件依靠液压静压导轨副进行回转运动导向；轴向载荷组件包括垂直布置的法兰套、螺杆、止推轴承、径向轴承、套筒、连接件、力传感器、力传感器及连接盘；径向载荷组件包括水平布置的法兰套、螺杆、止推轴承、径向轴承、套筒、连接件、力传感器、加载件、连接弯板；位移传感器组件的安装支架固定在回转导轨座上，测头对准回转组件。本发明既可以用来获取回转运动液压静压导轨轴向刚度径向刚度数据，也可用来进行回转运动液压静压导轨刚度及油膜切向粘着力影响解析方法的验证实验。

说明书

技术领域

本发明属于导轨刚度试验技术领域，涉及回转运动液压静压导轨轴向刚度和径向刚度试验装置，本发明还涉及回转运动液压静压导轨轴向刚度和径向刚度的试验方法。

背景技术

液压静压导轨分为直线运动液压静压导轨和回转运动液压静压导轨。液压静压导轨承载能力大，抗振能力强，在重型机床、精密机床及其他机械中占有重要地位。液压静压导轨副的结构及载荷直接影响液压静压导轨副中的油膜分布，油膜分布将影响液压导轨副的刚度，从而影响导向精度。因此在进行液压静压导轨副创新设计时，刚度设计非常重要。获取液压静压导轨副刚度的方法，一是完全采用试验的方法获取，试验量非常大，不适合创新开发；二是完全解析方法获取，解析方法及解析结果的可靠性需要用实验进行验证；三是解析与试验结合的方法，对单项的轴向刚度和径向刚度用试验方法获取，以上述单项刚度为基础，采用解析方法求解综合刚度。

发明内容

本发明的目的是提供一种回转运动液压静压导轨轴向刚度和径向刚度试验方法及装置，结构简单，操作容易，获得的试验数据精确。

本发明所采用的技术方案为，一种回转液压静压导轨轴向刚度和径向刚度的试验装置，包括平台、固定在平台上的两根立柱、固定在两根立柱上的横梁、回转部件、轴向载荷组件和径向载荷组件；回转部件由回转组件及固定在回转组件底端的压板组成，回转部件通过液压静压导轨的上轴向油膜、下轴向油膜及径向油膜支承在回转导轨座中，回转导轨座固定在平台上；轴向载荷组件包括法兰套A、螺杆A、套筒A、连接件A、力传感器A和连接盘；法兰套A固定在横梁上，套筒A的上部套在法兰套A下部的套管A内且两者相互配合，套筒A的下端固定有连接件A；螺杆A穿过法兰套A上部的法兰盘A和套筒A上部的端盖A，螺杆A通过螺纹与法兰盘A连接，螺杆A与端盖A之间留有间隙；法兰盘A与端盖A之间的螺杆A上设置有止推轴承A，位于套筒A内的螺杆A上套有径向轴承A；力传感器A由力传感器主体及设置在力传感器主体两端的螺杆C组成，其上端的螺杆C穿过连接件A并伸至套筒A内，且与连接件A之间留有间隙，下端螺杆C的端部螺纹连接在连接盘的中心螺纹孔内，连接盘固定在回转组件的上表面；位于套筒A内的螺杆C通过螺纹连接有圆螺母，圆螺母的外径与套筒A的内孔表面相配合，圆螺母的下端面压在连接件A的上端面上，连接件A的下端面压在力传感器主体的上端面；螺杆A、力传感器A和连接盘的中心线与回转组件的回转轴线位于同一条直线上；径向载荷组件从立柱到回转部件依次设置有法兰套B、套筒B、连接件B、力传感器B、加载件和连接弯板；法兰套B固定在立柱上，套筒B一侧设置的端盖B套在法兰套B的套管B内且两者相互配合，套筒B另一侧的端部固定有连接件B；连接件B还与力传感器B的一侧固定连接，力传感器B另一侧还固定连接加载件；加载件朝向回转部件的方向设置有半球型突起；连接弯板由垂直设置的板A和板B组成，板A横向固定在回转组件上，加载件的半球型突起压在呈纵向设置的板B上；该径向载荷组件还包括螺杆B，螺杆B穿过法兰套B的法兰盘B和套筒B的端盖B，螺杆B通过螺纹与法兰盘B连接，螺杆B与端盖B之间留有间隙；法兰盘B与端盖B之间的螺杆B上设置有止推轴承B，位于套筒B内的螺杆B上套有径向轴承B；螺杆B、力传感器B和加载件的半球型突起的中心线位于同一条直线上，且与径向油膜轴长方向的对称线重合，还与回转组件回转轴线垂直相交；回转导轨座上还设置有位移传感器组件A和位移传感器组件B的安装支架，位移传感器组件A测头沿Y轴方向对准回转组件，位移传感器组件B的测头沿Z轴方向对准回转组件。

上述试验装置对回转液压静压导轨进行轴向刚度试验的方法为：将螺杆A旋转向下微动，依次通过套筒A、连接件A、力传感器A和连接盘对回转部件施加向下的压力，由力传感器A测出向下的轴向载荷                                                ，由位移传感器组件B测出回转部件与回转导轨座之间的轴向相对位移，从而求出液压静压导轨向下的轴向刚度；将螺杆A旋转向上微动，依次通过套筒A、连接件A、力传感器A和连接盘对回转部件施加向上的拉力，由力传感器A测出向上的轴向载荷，由位移传感器组件B测出回转部件与回转导轨座之间的轴向相对位移，从而求出液压静压导轨向上的轴向刚度。

上述试验装置对回转液压静压导轨进行径向刚度试验的方法为：将螺杆B旋转向回转部件方向微动，依次通过套筒B、连接件B、力传感器B、加载件和连接弯板对回转部件施加压力，由力传感器B测出向回转部件方向的径向载荷F_Y，由位移传感器组件A测出回转部件与回转导轨座之间的径向相对位移U_Y，从而求出静压导轨的径向刚度。

本发明的有益效果是，可以用来获取回转运动液压静压导轨轴向刚度和径向刚度数据，结构简单，操作容易，获得的试验数据精确，对以单项刚度为基础求解综合刚度，试验量大大减小。利用本发明装置还可以对回转运动液压静压导轨刚度及油膜切向粘者力影响的解析方法进行实验验证，为回转运动液压静压导轨刚度的创新设计提供依据。

附图说明

图1是本发明试验装置的结构示意图；

图2是本发明试验装置中轴向载荷组件的结构示意图；

图3是本发明试验装置中径向载荷组件的结构示意图。

图中，1. 回转导轨座，2. 压板，3. 回转组件，4. 立柱，5. 横梁，6.法兰套A，7.螺杆A，8. 止推轴承A，9. 径向轴承A，10. 套筒A，11. 螺母A，12. 防松螺母A，13. 圆螺母，14. 连接件A，15. 力传感器A，16. 防松螺母B，17. 连接盘，18. 法兰套B，19. 螺杆B，20. 止推轴承B，21. 径向轴承B，22. 套筒B，23. 螺母B，24. 定心螺钉，25. 连接件B，26. 力传感器B，27. 垫片，28. 加载件，29. 连接弯板，30. 平台，31. 位移传感器组件A，32. 位移传感器组件B，33.法兰盘A，34.套管A，35.端盖A，36.止口A，37.螺杆C，38.法兰盘B，39.套管B，40.端盖B，41.球型凸起，42.板A，43.板B，44.止口B，45.力传感器主体，a为上轴向油膜，b为径向油膜，c为下轴向油膜。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种回转液压静压导轨轴向刚度和径向刚度的试验装置，包括平台30、固定在平台30上的两根立柱4、固定在两根立柱4上的横梁5、回转部件、轴向载荷组件和径向载荷组件。

回转部件由回转组件3（包括回转运动的传动及转台）及固定在回转组件3底部的压板2组成，回转部件通过液压静压导轨的上轴向油膜a（圆环状）、下轴向油膜c（圆环状）及径向油膜b（圆筒状）支承在回转导轨座1中，而回转导轨座1固定在平台30上。上轴向油膜a、下轴向油膜c及径向油膜b构成液压静压导轨副，对回转组件3的回转运动进行导向，其中依靠轴向油膜进行轴向定位（导向），依靠径向油膜进行径向定位（导向）。

如图1和图2所示，轴向载荷组件包括法兰套A6、螺杆A7、套筒A10、连接件A14、力传感器A15和连接盘17；法兰套A6固定在横梁5上，套筒A10的上部套在法兰套A6下部的套管A34内且两者相配合，套筒A10的下端固定连接有连接件A14；螺杆A7穿过法兰套A6上部的法兰盘A33和套筒A10上部的端盖A35，螺杆A7通过螺纹与法兰盘A33连接，螺杆A7与端盖A35之间留有间隙；法兰盘A33与端盖A35之间的螺杆A7上设置有止推轴承A8，止推轴承A8被压在螺杆A7上的台阶和端盖A35上表面之间，止推轴承A8上端的孔与螺杆A7的轴相配合，下端的孔与螺杆A7的轴之间留有间隙；位于套筒A10内的螺杆A7上还套有径向轴承A9，径向轴承A9的孔与螺杆A7的轴相配合，径向轴承A9的外径与套筒A10的内孔表面相配合；套筒A10的端盖A35内表面与套筒A10内孔内表面之间的连接处设置有止口A36，螺杆A7的下端螺纹连接有螺母A11；径向轴承A9外环的上端面和内环的下端面分别被止口A36和螺母A11压住，止口A36对径向轴承A9进行向上轴向定位，螺母A11对径向轴承A9进行向下轴向定位。力传感器A15由力传感器主体45及设置在力传感器主体45两端的螺杆C37组成，其上端的螺杆C37穿过连接件A14并伸至套筒A10内，且与连接件A14之间留有间隙，下端螺杆C37的端部螺纹连接在连接盘17的中心螺纹孔内，连接盘17固定在回转组件3的上表面；连接件A14的下端面压在力传感器主体45的上端面；位于套筒A10内的螺杆C37上通过螺纹连接有圆螺母13，且圆螺母13的外径与套筒A10的内孔表面相配合，圆螺母13的下端面压在连接件A14的上端面；圆螺母13上侧的螺杆C37上设置有防松螺母A12，将圆螺母13锁紧，连接盘17上侧的螺杆C37上设置有防松螺母B16，将连接盘17锁紧。螺杆A7、力传感器A15和连接盘17的中心线与回转组件3的回转轴线位于同一条直线上。力传感器A15为可进行拉、压的双向力传感器。

如图1和3所示，径向载荷组件从立柱4到回转部件依次设置有法兰套B18、套筒B22、连接件B25、力传感器B26、加载件28和连接弯板29；法兰套B18固定在立柱4上，套筒B22一侧设置的端盖B40套在法兰套B18的套管B39内且两者相互配合，套筒B22另一侧的端部固定有连接件B25；连接件B25还压在力传感器B26一侧的突起面上且两者通过定心螺钉24固定连接，定心螺钉24与连接件B25的内孔配合进行定心；力传感器B26的另一侧与加载件28固定连接，两者之间还设置有垫片27；加载件28朝向回转部件的方向设置有半球型突起41；连接弯板29由垂直设置的板A42和板B43组成，板A42横向固定在回转组件3上，加载件28的半球型突起41压在呈纵向设置的板B43上。该径向载荷组件还包括螺杆B19，螺杆B19穿过法兰套B18的法兰盘B38和套筒B22的端盖B40，螺杆B19通过螺纹与法兰盘B38连接，螺杆B19与端盖B40之间留有间隙；法兰盘B38与端盖B40之间的螺杆B19上设置有止推轴承B20，止推轴承B20被压在螺杆B19上的台阶和端盖B40的外表面之间，止推轴承B20靠近法兰盘B38的孔与螺杆B19的轴相配合，靠近端盖B40的孔与螺杆B19的轴之间留有间隙；位于套筒B22内的螺杆B19上还套有径向轴承B21，径向轴承B21的孔与螺杆B19的轴相配合，径向轴承B21的外径与套筒B22的内孔表面相配合；套筒B22的端盖B40内表面与内孔表面之间的连接处设置有止口B44，位于套筒B22内螺杆B19的端部螺纹连接有螺母B23；径向轴承B21外环靠近端盖B40的端面和内环靠近连接件B25的端面分别被止口B44和螺母B23压住，对径向轴承B22向左向右进行轴向定位。螺杆B19、力传感器B26和加载件28的半球型突起41的中心线位于同一条直线上，且与径向油膜b轴长方向的对称线重合，还与回转组件3回转轴线垂直相交。

回转导轨座1上还设置有位移传感器组件A31和位移传感器组件B32的安装支架，位移传感器组件A31测头沿Y轴方向对准回转组件3，位移传感器组件B32的测头沿Z轴方向对准回转组件3。

在进行轴向刚度试验时径向载荷组件需脱开，也就是转动螺杆B19向背向回转部件的方向退，使加载件28与连接弯板29脱离。其具体利用本发明装置对回转液压静压导轨进行轴向刚度试验方法为：（1）进行液压静压导轨向下（Z轴的负向）轴向刚度试验时，使用轴向载荷组件进行压力加载；将螺杆A7旋转向下微动，依次通过套筒A10、连接件A14、力传感器A15和连接盘17对回转部件施加向下的压力，由力传感器A15测出向下的轴向载荷 ，由位移传感器组件B32（可安装多个，以减小测量误差）测出回转部件与回转导轨座1之间的轴向相对位移，通过公式求出液压静压导轨向下的轴向刚度（载荷产生的零件变形可通过计算求出并从测量值中扣出）；（2）进行液压静压导轨向上（Z轴的正向）轴向刚度试验时，使用轴向载荷组件进行拉力加载；将螺杆A7旋转向上微动，依次通过套筒A10、连接件A14、力传感器A15和连接盘17对回转部件施加向上的拉力，由力传感器A15测出向上的轴向载荷，由位移传感器组件B32测出回转部件与回转导轨座1之间的轴向相对位移，通过公式求出液压静压导轨向上的轴向刚度。

在进行径向刚度试验时轴向载荷组件需脱开，也就是松开连接盘17与回转组件3的连接，转动螺杆A7向上退，使得连接盘17与回转组件3脱离。利用本发明装置对回转液压静压导轨进行径向刚度试验方法为：使用径向载荷组件进行压力加载；将螺杆B19旋转向回转部件的方向微动，依次通过套筒B22、连接件B25、力传感器B26、加载件28和连接弯板29对回转部件施加压力，由力传感器B26测出向回转部件方向的径向载荷F_Y，由位移传感器组件A31（可安装多个，以减小测量误差）测出回转部件与回转导轨座1之间的径向相对位移U_Y，通过公式求出静压导轨的径向刚度（载荷产生的零件变形可通过计算求出并从测量值中扣出）。

本发明装置还可进行径向油膜b的切向粘着力对轴向刚度的影响试验，改变径向油膜b的压力大小，重复进行回转运动液压静压导轨轴向刚度试验，考察径向油膜压力对轴向刚度的影响。还可进行上轴向油膜a和下轴向油膜c的切向粘着力对径向刚度的影响试验，改变上轴向油膜a和下轴向油膜c的压力大小，重复进行回转运动液压静压导轨径向刚度试验，考察轴向油膜压力对径向刚度的影响。