本發(fā)明涉及一種預緊力可以手動和自動調控的組合式雙螺母滾珠絲杠副，屬于數(shù)控機床的功能部件領域，涉及滾動功能部件的雙螺母滾珠絲杠副。

背景技術：

裝備制造業(yè)的強弱直接反映了一個國家的國民經濟和國防建設發(fā)展水平，而數(shù)控機床是裝備制造業(yè)發(fā)展的基礎，功能部件作為數(shù)控機床三大構成部分之一，其性能是影響機床總體性能和精度的重要因素。滾珠絲杠副作為重要的功能部件具有摩擦小、傳動效率高、傳動精度及剛度高等優(yōu)點，被廣泛用于數(shù)控機床、加工中心進給系統(tǒng)。然而，從中國質量協(xié)會發(fā)起的數(shù)控機床用戶滿意度調查情況可看出，滾珠絲杠工作過程中預緊力和間隙變化是引起數(shù)控機床精度保持性差的主要原因之一。

滾珠絲杠副的預緊力是影響其摩擦力矩及波動量的主要因素，決定了其動態(tài)操作性能及使用壽命，對螺母施加預緊力，可以消除由制造誤差和裝配原因引起的軸向間隙，提高滾珠絲杠副的軸向剛度和定位精度。然而，預緊力過大會增大驅動力矩，加劇滾珠與絲杠之間的疲勞磨損，降低滾珠絲杠副傳動效率，增加溫升，縮短工作壽命。研究顯示雙

螺母預緊法具有更高的定位能力和更好的運動平穩(wěn)性，其軸向接觸剛度優(yōu)于單螺母預緊結構。

傳統(tǒng)的雙螺母預緊方式主要有墊片式、螺紋式、齒差式及彈簧式四種，墊片式預緊通常采用在滾珠絲杠副的兩個螺母之間加墊片，調整墊片的厚度使螺母產生軸向位移，以達到消除間隙和產生預緊力的目的，此預緊結構簡單，剛性高，預緊可靠且不易松弛，在進給系統(tǒng)中常被采用。但絲杠副預緊力一般在生產廠家預先設定，加工過程中不能自動調整，長時間的工作磨損引起預緊力大小的變化，從而降低傳動精度。而預緊力的調整維護需人工實現(xiàn)，這將耗費大量的人力物力。

中國專利文獻CN203656087U公開的《預緊力可精確調整的雙螺母滾珠絲杠副》和CN105965307A公開的《雙螺母滾珠絲杠副預緊力調節(jié)預測量裝置及直線進給系統(tǒng)》可以自動檢測預緊力的變化實現(xiàn)滾珠絲杠副預緊力的精確調整，但不能實現(xiàn)自動實時調整。

CN106017915A公開的《一種精確預緊和加載的滾珠絲杠副精度保持性試驗裝置》采用壓力傳感器檢測兩螺母之間的預緊力，并通過壓電陶瓷致動器的伸縮量來精確控制絲杠螺母預緊力的大小實現(xiàn)預緊力的自動補償，但壓電陶瓷致動器輸出的應變和力相對較小，且其工作電壓較高。

CN1045253A公開的《一種雙螺母滾珠絲杠副自動預緊裝置》采用力傳感器和超磁致伸縮筒體實現(xiàn)雙螺母滾珠絲杠副預緊力的自動調控，但結構設計側重于原理，預緊螺栓難以施加均勻的初始預緊力，氣動散熱效果不佳，滾珠絲杠副未考慮與實際工作臺之間的安裝。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述不足，本發(fā)明提供了一種能夠對預緊力進行實時檢測，實現(xiàn)預緊力手動和自動精確調整的組合式雙螺母滾珠絲杠副。該裝置便于與工作臺安裝，使用靈活，實現(xiàn)了雙螺母間扭矩傳遞，能夠保證預緊力沿螺母周向均勻分布，預緊力調整范圍大且可根據外部負載變化或磨損情況實時調整。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種組合式預緊力可調的雙螺母滾珠絲杠副，是由絲杠、左螺母、左平鍵、左預緊連接盤、力傳感器、環(huán)狀超磁致伸縮致動器、右預緊連接盤、右平鍵和右螺母組成的；

所述的絲杠穿過所述的環(huán)狀超磁致伸縮致動器，在環(huán)狀超磁致伸縮致動器的一側安裝與絲杠配合的左螺母，另一側安裝有與絲杠配合的右螺母，所述的左螺母通過左平鍵與左預緊連接盤相連接，左預緊連接盤安裝在環(huán)狀超磁致伸縮致動器上，所述的力傳感器安裝在環(huán)狀超磁致伸縮致動器與左螺母之間；所述的右螺母通過右平鍵與右預緊連接盤相連，所述的右預緊連接盤安裝在環(huán)狀超磁致伸縮致動器上。

進一步的，所述左螺母，包括法蘭和安裝在法蘭上的凸緣；在所述的法蘭圓周均勻分布有螺孔，便于滾珠絲杠副與工作臺之間的安裝；凸緣的圓周上對稱分布兩個鍵槽，所述的左平鍵安裝在該鍵槽內。

進一步的，所述的右螺母與左螺母的結構相同，在絲杠上對稱安裝。

進一步的，所述左預緊連接盤，右預緊盤各自包括盤體，所述的盤體呈階梯狀帶有凸緣，內有筒狀空腔；在所述的盤體的凸緣上設有鍵槽，鍵槽在圓周上呈對稱分布；所述的右平鍵設置在該鍵槽內；在所述的盤體上設有弧形螺孔，弧形螺孔的作用是用于與環(huán)狀超磁致伸縮致動器相連；

進一步的，所述的弧形螺孔的角度為30°，在盤體大圓盤面上呈周向120°分布；

進一步的，在位于盤體筒狀空腔的筒壁上設有圓孔。

進一步的，所述的右預緊連接盤除了沒有盤體筒狀空腔筒壁上的圓孔，與左預緊連接盤其它部分結構相同。

進一步的，所述力傳感器，包括筒體和應變片，筒體為一中間帶有凹槽的圓筒，應變片均勻的貼在筒體凹糟的外壁上，應變片的導線從左預緊連接盤的圓孔內穿出。

進一步的，所述環(huán)狀超磁致伸縮致動器，包括底座、非導磁外殼、盤形磁軛、永磁環(huán)、筒形磁軛、線圈骨架、激勵線圈、環(huán)狀超磁致伸縮材料、輸出桿、碟形彈簧、預緊螺栓、端蓋和軟鐵；

所述的底座的一側設有長套筒，另一側設有短套筒；環(huán)狀超磁致伸縮材料套裝在底座的長套筒上；在環(huán)狀超磁致伸縮材料的兩端各設有一個永磁環(huán)；所述的線圈骨架套裝在環(huán)狀超磁致伸縮材料與永磁環(huán)的外圈，激勵線圈纏繞在線圈骨架上，呈啞鈴狀纏繞以便于增大油冷散熱的面積；

盤形磁軛套在永磁環(huán)上，筒形磁軛位于激勵線圈的外圈，安裝在兩個盤形磁軛之間，環(huán)狀超磁致伸縮材料、永磁環(huán)、盤形磁軛與筒形磁軛形成閉合的磁路；

在位于端蓋側的盤形磁軛的一側安裝有軟鐵；

所述的輸出桿套裝在所述的長套筒上，輸出桿穿過軟鐵與永磁環(huán)端部相接，套在底座的長套筒上；碟形彈簧套在輸出桿上，一端壓在輸出桿的盤形凸起上，另一端裝有預緊螺栓，預緊螺栓安裝在端蓋上，輸出桿、碟形彈簧與預緊螺栓組合形成環(huán)狀超磁致伸縮致動器的預壓裝置；

非導磁外殼通過緊固螺釘安裝在底座與端蓋之間，連接裝置將底座、端蓋、非導磁外殼連接成一體。以便保護內部結構；底座和端蓋上周向呈120°分布有螺孔，以便圓頭螺釘將左預緊連接盤和右預緊連接盤安裝在環(huán)狀超磁致伸縮致動器上。

所述的組合式預緊力可調的雙螺母滾珠絲杠副的安裝方法，如下：

先將左螺母安裝到絲杠上，再將左預緊連接盤的鍵槽與左螺母的鍵槽對正，裝入上下左平鍵并固定；將力傳感器、環(huán)狀超磁致伸縮致動器依次穿入絲杠，旋轉環(huán)狀超磁致伸縮致動器，調整其底座的螺孔與左預緊連接盤的弧形螺孔到合適的位置，并通過圓頭螺釘將左預緊連接盤與環(huán)狀超磁致伸縮致動器連接；

再將右預緊連接盤穿入絲杠，旋入右螺母，同時觀察力傳感器采集的輸出力信號，當輸出力達到初始預緊要求時，停止右旋轉螺母，調整右預緊連接盤的位置，使右螺母的鍵槽與右預緊連接盤的鍵槽對正，安裝右平鍵，通過圓頭螺釘將右預緊連接盤固定到環(huán)狀超磁致伸縮致動器上，完成初始預緊力的手動設定；工作過程中，若因負載發(fā)生變化或疲勞磨損需改變雙螺母滾珠絲杠副的預緊力時，力傳感器、外部數(shù)據采集系統(tǒng)、數(shù)控電流源以及環(huán)狀超磁致伸縮致動器組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過實時控制環(huán)狀超磁致伸縮致動器激勵線圈內部電流大小改變預緊力，實現(xiàn)預緊力的自動精確在線調整。

本發(fā)明的有益之處是：

(1)裝置的設計考慮了實際工作情況，結構簡單，安裝方便，可行性強。左螺母與右螺母的法蘭分布有螺孔便于工作臺的安裝，左螺母、右螺母與環(huán)狀超磁致伸縮致動器之間通過平鍵與預緊連接盤連接容易實現(xiàn)扭矩傳遞。

(2)雙螺母滾珠絲杠副的預緊力可實現(xiàn)手動和自動精確調整，使調整方式更加靈活。在初始安裝時，環(huán)狀超磁致伸縮致動器不工作，手動旋轉左右兩螺母至兩預緊連接盤的端部，剛好與力傳感器、環(huán)狀超磁致伸縮致動器接觸，此時力傳感器測得的力為零；繼續(xù)旋轉螺母改變鍵槽位置，預緊力逐漸增大，根據力傳感器的測量值通過旋轉帶有弧形螺孔的預緊連接盤，將預緊力準確調整至滾珠絲杠副所需的初始預緊力；在工作過程中，由于負載變化或因為長時間工作磨損需調整預緊力時，通過數(shù)控電源改變環(huán)狀超磁致伸縮致動器激勵線圈的電流可實現(xiàn)預緊力的自動在線調整。

(3)預緊力均勻分布。通過旋轉螺母擠壓力傳感器和環(huán)狀超磁致伸縮致動器輸出桿的圓環(huán)端面施加初始預緊力，工作過程中由環(huán)狀超磁致伸縮致動器的輸出桿施加預緊力，滾珠絲杠副預緊力呈面分布，相對分布式點受力更加均勻，調整相對簡單。

(4)一體化設計使環(huán)狀超磁致伸縮致動器提高了預緊力輸出性能，增加了調整范圍。新型環(huán)狀超磁致伸縮致動器以環(huán)狀超磁致伸縮材料為核心，結構設計考慮能提高其輸出性能的環(huán)狀預壓螺栓與碟簧組合的預壓裝置設計；散熱方式采用油冷，激勵線圈采用啞鈴狀繞線方式，使環(huán)狀超磁致伸縮致動器具有更好的散熱效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

附圖1為本發(fā)明組合式預緊力可調的雙螺母滾珠絲杠副的結構示意圖；

附圖2為本發(fā)明中左螺母的結構示意圖；

附圖3為左預緊連接盤的結構示意圖；

附圖4為力傳感器的結構示意圖；

附圖5、圖6為環(huán)狀超磁致伸縮致動器的結構示意圖；

圖中，1、絲杠，2、左螺母，3、左平鍵，4、左預緊連接盤，5、圓頭螺釘，6、力傳感，7、環(huán)狀超磁致伸縮致動，8、右預緊連接盤，9、右平鍵，10、右螺母；21、法蘭，22、螺孔，23、凸緣，24、鍵槽；41、盤體，42、鍵槽，43、弧形螺孔，44、圓孔；61、筒體，62、應變片；71、底座，72、非導磁外殼，73、盤形磁軛，74、永磁環(huán)，75、筒形磁軛，76、線圈骨架，77、激勵線圈，78、環(huán)狀超磁致伸縮材料，79、輸出桿，710、碟形彈簧，711、預緊螺栓，712、端蓋，713、軟鐵，714、緊固螺釘。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術所介紹的，現(xiàn)有技術中絲杠副預緊力一般在生產廠家預先設定，加工過程中不能自動調整，長時間的工作磨損引起預緊力大小的變化，從而降低傳動精度。而預緊力的調整維護需人工實現(xiàn)，這將耗費大量的人力物力不足，即便一些裝置可以自動檢測預緊力的變化實現(xiàn)滾珠絲杠副預緊力的精確調整，但不能實現(xiàn)自動實時調整，為了解決如上的技術問題，本申請?zhí)岢隽艘环N組合式預緊力可調的雙螺母滾珠絲杠副。

本申請的一種典型的實施方式中，如圖1所示，提供了一種如圖1所示，本發(fā)明的一種組合式預緊力可調的雙螺母滾珠絲杠副，主要包括絲杠1、左螺母2、左平鍵3、左預緊連接盤4、圓頭螺釘5、力傳感器6、環(huán)狀超磁致伸縮致動器7、右預緊連接盤8、右平鍵9和右螺母10。絲杠1依次穿過左螺母2、力傳感器6、環(huán)狀超磁致伸縮致動器7和右螺母10，兩個螺母與絲杠1之間通過滾珠實現(xiàn)運動傳遞；左螺母2安裝在絲杠1上，通過左平鍵3與左預緊連接盤4相連接；左平鍵3位于左螺母2與左預緊連接盤4的鍵槽內，其一端通過螺釘固定在左螺母2的鍵槽內，另一端可以在左預緊連接盤4的鍵槽內滑動，以便實現(xiàn)預緊力調整和扭矩傳遞；左預緊連接盤4通過圓頭螺釘5安裝在環(huán)狀超磁致伸縮致動器7上，與左螺母2由左平鍵3相連；環(huán)狀超磁致伸縮致動器7穿入絲杠1，位于左預緊連接盤4與右預緊連接盤8之間；力傳感器6一端安裝在環(huán)狀超磁致伸縮致動器7底座的短套筒上，另一端與左螺母2緊密相連，便于實現(xiàn)滾珠絲杠副預緊力的測量；右預緊連接盤8通過圓頭螺釘5安裝在環(huán)狀超磁致伸縮致動器7上，與右螺母10由右平鍵9相連，其位置與左螺母2對稱；右平鍵9位于右預緊連接盤8與右螺母10的鍵槽內，右平鍵9的一端固定在右螺母10的鍵槽內，另一端可以在右預緊連接盤8的鍵槽內滑動，通過左右兩組平鍵可以實現(xiàn)雙螺母滾珠絲杠副扭矩傳遞；右螺母10與左螺母2對稱安裝。

如圖2所示，左螺母2主要包括法蘭21、螺孔22、凸緣23和鍵槽24；法蘭21圓周均勻分布有6個螺孔，便于雙螺母滾珠絲杠副與實際工作臺之間的安裝，凸緣23的圓周上對稱分布有兩個鍵槽24，鍵槽24內有螺孔以便固定左平鍵3；右螺母10與左螺母2的結構完全相同，在絲杠上對稱安裝，工作時，其中任意一個可以作為主螺母，另外一個作為副螺母，增加了靈活性。

如圖3所示，左預緊連接盤4主要包括盤體41、鍵槽42、弧形螺孔43和圓孔44；盤體41呈階梯狀帶有凸緣，內有筒狀空腔，用于放置力傳感器6的信號線；兩個鍵槽42位于盤體的凸緣上，在圓周上呈對稱分布；3個弧形螺孔43的角度為30°，在盤體大圓盤面上呈周向120°分布，便于實現(xiàn)安裝時初始預緊力的設定；圓孔44位于盤體筒狀空腔的筒壁上，用于力傳感器6與外部數(shù)據采集設備連接；右預緊連接盤8除了沒有盤體筒狀空腔筒壁上的圓孔44，與左預緊連接盤其它部分結構相同。

如圖4所示，力傳感器6主要包括筒體61和應變片62，筒體61為一中間帶有凹槽的圓筒，應變片62均勻的貼在筒體凹糟的外壁上，凹槽部分的筒壁較薄，可以提高輸出力的靈敏度，應變片62的信號線由左預緊連接盤4的圓孔44內穿出。

如圖5、圖6所示，環(huán)狀超磁致伸縮致動器7主要包括底座71、非導磁外殼72、盤形磁軛73、永磁環(huán)74、筒形磁軛75、線圈骨架76、激勵線圈77、環(huán)狀超磁致伸縮材料78、輸出桿79、碟形彈簧710、預緊螺栓711、端蓋712、軟鐵713和緊固螺釘714。底座71是兩端帶有長、短套筒的盤形結構；

環(huán)狀超磁致伸縮材料78套裝在底座71的長套筒上；兩永磁環(huán)74位于環(huán)狀超磁致伸縮材料78的兩端，為環(huán)狀超磁致伸縮材料78提供偏置磁場；

線圈骨架76安裝在環(huán)狀超磁致伸縮材料78與永磁環(huán)74的外圍，激勵線圈77纏繞在線圈骨架76上，啞鈴狀纏繞方式形成空腔，增大油冷散熱的面積；盤形磁軛73套在永磁環(huán)74上，筒形磁軛75位于激勵線圈77的外部，安裝在盤形磁軛73上，環(huán)狀超磁致伸縮材料78、永磁環(huán)74、盤形磁軛73與筒形磁軛75形成閉合磁路；

在位于端蓋側的盤形磁軛的一側安裝有軟鐵713；輸出桿79穿過軟鐵713與永磁環(huán)74端部相接，套在底座71的長套筒上；碟形彈簧710套在輸出桿79上，一端壓在輸出桿79的盤形凸起上，另一端裝有預緊螺栓711，預緊螺栓711安裝在端蓋上，輸出桿79、碟形彈簧710與預緊螺栓711組合形成環(huán)狀超磁致伸縮致動器7的預壓裝置，改變預緊螺栓711的位置可為環(huán)狀超磁致伸縮材料78提供不同的預壓應力；非導磁外殼72通過緊固螺釘714安裝在底座71與端蓋712之間，緊固螺釘714通過底座71和端蓋712上的螺紋擰入非導磁外殼72，將底座71、端蓋712與非導磁外殼72連接成一體，以便保護內部結構；底座71和端蓋712上周向呈120°分布有螺孔，以便圓頭螺釘5將左預緊連接盤4和右預緊連接盤10安裝在環(huán)狀超磁致伸縮致動器7上。

該組合式預緊力可調的雙螺母滾珠絲杠副初始安裝時，先將左螺母2安裝到絲杠1上，再將左預緊連接盤4的鍵槽與左螺母2的鍵槽對正，裝入上下左平鍵3并固定；將力傳感器6、環(huán)狀超磁致伸縮致動器7依次穿入絲杠1，旋轉環(huán)狀超磁致伸縮致動器7，調整其底座71的螺孔與左預緊連接盤4的弧形螺孔43到合適的位置，并通過圓頭螺釘5將左預緊連接盤4與環(huán)狀超磁致伸縮致動器7連接；

再將右預緊連接盤8穿入絲杠1，旋入右螺母10，同時觀察力傳感器6采集的輸出力信號，當輸出力達到初始預緊要求時，停止右旋轉螺母10，調整右預緊連接盤8的位置，使右螺母10的鍵槽與右預緊連接盤8的鍵槽對正，安裝右平鍵9，通過圓頭螺釘5將右預緊連接盤8固定到環(huán)狀超磁致伸縮致動器7上，完成初始預緊力的手動設定；工作過程中，若因負載發(fā)生變化或疲勞磨損需改變雙螺母滾珠絲杠副的預緊力時，力傳感器6、外部數(shù)據采集系統(tǒng)、數(shù)控電流源以及環(huán)狀超磁致伸縮致動器7組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，通過實時控制環(huán)狀超磁致伸縮致動器7激勵線圈77內部電流大小改變預緊力，實現(xiàn)預緊力的自動精確在線調整。

上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內。