接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺，是由電主軸、連接軸單元、扭矩加載裝置、徑向力電磁加載裝置、軸向力電磁加載裝置和擺臂裝置構(gòu)成。本發(fā)明能夠同時對電主軸加載軸向力、徑向力和扭矩，并可協(xié)同控制這三個加載力的大小模擬不同大小和不同方向的切削力，能夠真實可靠地模擬電主軸在實際工況中的切削力，為電主軸可靠性加速試驗提供實驗基礎(chǔ)。
【專利說明】接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電主軸的可靠性裝置，更確切地說，本發(fā)明涉及一種通過電磁鐵和電力測功機對電主軸進行的混合動態(tài)加載的可靠性試驗臺。
【背景技術(shù)】
[0002]加工中心是一個國家不可或缺的戰(zhàn)略制造裝備，加工中心質(zhì)量的高低直接反映了該國的技術(shù)水平和綜合國力，而一臺加工中心的可靠性直接反映了該機床質(zhì)量好壞，因此對加工中心可靠性研究非常必要的。電主軸是加工中心的一個重要關(guān)鍵功能部件，其可靠性水平與機床整機可靠性水平密切相關(guān)，為了提高整機的可靠性，對電主軸可靠性的深入研究具有重要意義。
[0003]由于現(xiàn)場跟蹤故障數(shù)據(jù)周期長，開展可靠性試驗是提高功能部件可靠性水平的主要技術(shù)途徑，而電主軸可以脫離加工中心單獨運行，具備了在實驗室內(nèi)做試驗的條件，因此建立數(shù)控車接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺具有可行性。通過搭建試驗臺就可以在實驗室內(nèi)模擬加工中心電主軸的實際工況進行連續(xù)的試驗。進行可靠性試驗必須遵循的兩個基本原則:一是不能改變故障模式，二是不能改變故障機理。目前國內(nèi)有一些關(guān)于電主軸可靠性的試驗臺，但它們大多數(shù)功能簡單，只能對電主軸進行空轉(zhuǎn)實驗或簡單的單一方向的加載試驗，且模擬的工作狀況與真實工況差距甚大。為了保證該試驗臺對電主軸實際工況的模擬能力，本發(fā)明同時對電主軸加載軸向力、徑向力和扭矩,并可協(xié)同控制這三個加載力的大小模擬不同大小和不同方向的切削力。本發(fā)明能夠真實可靠地模擬電主軸在實際工況中的切削力，為電主軸可靠性加速試驗提供實驗基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺，本發(fā)明能夠同時對電主軸加載軸向力、徑向力和扭矩，并可協(xié)同控制這三個加載力的大小模擬不同大小和不同方向的切削力，能夠真實可靠地模擬電主軸在實際工況中的切削力。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是采用如下的技術(shù)方案來實現(xiàn)，結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】如下:
[0006]本發(fā)明是由電主軸、電主軸支撐部分、扭矩加載部分、連接軸單元、徑向力電磁加載裝置、軸向力電磁加載裝置和擺臂裝置組成，其中電主軸、連接軸單元和電磁電力測功機三者的軸心線同軸，徑向力電磁加載裝置與連接軸單元的軸心線相互垂直，軸向力電磁加載裝置和連接軸單元的軸心線相互平行；本發(fā)明將電主軸在實際工況中所受的切削力分解為軸向力、徑向力和扭矩三個力，可以單獨控制這三個加載力的大小模擬不同大小和不同方向的切削力。
[0007]所述的電主軸支撐部分是由抱夾裝置、主軸底座、底座支撐塊、螺栓和T形螺母組成，電主軸通過螺栓固連在抱夾裝置上，通過抱夾裝置和主軸底座可以對電主軸左右方向的位置調(diào)整，通過改變底座支撐塊的厚度可以對電主軸高度方向的位置調(diào)整，從而實現(xiàn)電主軸和電磁電力測功機同軸度的調(diào)整，抱夾裝置通過螺栓和T形螺母固定在主軸底座上，主軸底座通過螺栓和T形螺母固定在地平鐵上。
[0008]所述的連接軸單元是由左密封擋板、外六角螺釘、左骨架密封圈、左端蓋、內(nèi)六角螺釘、軸承座、分油盤、套筒、軸承、內(nèi)六角螺釘、O型密封圈、右軸承端蓋、右密封擋板、右骨架密封圈、外六角螺釘、鎖緊螺母、液壓氣動用球漲式堵頭和加載棒組成，其中，所述的兩個軸承安裝在加載棒上，左側(cè)軸承的內(nèi)圈與加載棒的軸肩側(cè)面相接觸，兩個軸承之間安裝分油盤和套筒，兩個軸承和分油盤、套筒的軸線重合，其中所述分油盤是橫截面為梯形的回轉(zhuǎn)體，套筒是橫截面為矩形的回轉(zhuǎn)體，所述的鎖緊螺母是矩形截面的回轉(zhuǎn)體，其通過螺紋與加載棒連接，鎖緊螺母的左端面與右側(cè)的軸承內(nèi)環(huán)右端面接觸，所述的軸承座是回轉(zhuǎn)體，其與軸承的外環(huán)間隙配合，并且通過其內(nèi)孔左端的軸肩與右側(cè)的軸承的外環(huán)接觸實現(xiàn)其軸向位置定位，所述的左端蓋是橫截面為T型的回轉(zhuǎn)體，左端蓋的左側(cè)內(nèi)部有矩形環(huán)槽，用于安裝左骨架密封圈，左端蓋和左骨架密封圈兩者按照間隙配合進行安裝；左端蓋的右端面有矩形環(huán)槽，用以安裝O型密封圈；左端蓋通過其右端凸起回轉(zhuǎn)面與軸承座間隙配合，同時通過內(nèi)六角螺釘與軸承座緊固，所述的左密封擋板為矩形截面的回轉(zhuǎn)體，其通過外六角螺釘與左端蓋緊固，所述的右軸承端蓋是橫截面為十字形的回轉(zhuǎn)體，其左端凸起圓環(huán)的外側(cè)與軸承座間隙配合，其通過內(nèi)六角螺釘與軸承座緊固，右軸承端蓋左端面矩形環(huán)槽用于安裝O型密封圈，右軸承端蓋內(nèi)孔右端環(huán)槽用于安裝右骨架密封圈，所述右密封擋板為長方體，其通過外六角螺釘與右軸承端蓋緊固；右密封擋板中間有圓孔，用于安裝加載棒。
[0009]所述的徑向力電磁加載裝置的原理是電磁鐵同性相互排斥，利用這個排斥力對高速電主軸加載。通過控制兩個電磁鐵的間距和勵磁線圈的電流大小從而控制輸出磁力的大小，本發(fā)明對輸出磁力有三種控制方式，其一，保證兩個電磁鐵的間距不變，讓輸出磁力值隨著勵磁線圈的電流大小改變；其二，保證勵磁線圈的電流大小恒定，讓輸出磁力值隨著兩個電磁鐵的間距大小改變；其三，協(xié)同控制兩個電磁鐵的間距和勵磁線圈的電流，實現(xiàn)對輸出磁力值的控制。
[0010]所述的徑向力電磁加載裝置的后支撐板通過內(nèi)六角螺釘和徑向電磁力裝置底座連接，可以實現(xiàn)疊堆型壓電陶瓷前后方向上的位置調(diào)整，自鎖滑塊支撐座通過螺釘與后支撐板連接，可以實現(xiàn)疊堆型壓電陶瓷高度方向上的位置調(diào)整，自鎖調(diào)整螺母板通過螺釘與后支撐板固連，自鎖滑塊和調(diào)整滑塊傾斜角為。實現(xiàn)自鎖，通過調(diào)節(jié)自鎖調(diào)整螺栓可以實現(xiàn)兩個電磁鐵芯間距的調(diào)整，勵磁線圈位于電磁鐵芯中，上支撐板通過螺釘與第一側(cè)立板和第二側(cè)立板固連，下支撐板通過螺釘與兩個側(cè)立板連接，可以實現(xiàn)上支撐板和下支撐板相對位置的調(diào)整，兩個直線導(dǎo)軌條通過螺釘分別于上下兩個支撐板固連，四個直線導(dǎo)軌滑塊通過螺釘分別于兩個電磁鐵芯固連在一起，隔磁鋁塊和電磁鐵芯通過螺釘連接，壓力傳感器和疊堆型壓電陶瓷與隔磁鋁塊均通過連接螺釘連接，位移傳感器夾具支架和位移傳感器鐵芯支架均通過螺釘與隔磁鋁塊固連，位移傳感器夾具通過螺釘與位移傳感器夾具支架連接，加載桿與壓力傳感器之間為螺紋連接，第一側(cè)立板和第二側(cè)立板通過螺釘與徑向電磁力裝置底座連接，可以實現(xiàn)本發(fā)明高度方向上的調(diào)整，左隔磁板和右隔磁板通過螺釘與第一側(cè)立板和第二側(cè)立板固連。
[0011]所述的徑向力電磁加載裝置采用直線導(dǎo)軌避免了零件之間接觸的磨損，減少了摩擦力；本發(fā)明利用高精度位移傳感器實現(xiàn)對兩鐵芯間距實時反饋，利用壓力傳感器對加載的電磁力實時反饋；本發(fā)明在高度方向和水平方向上均可實現(xiàn)位置調(diào)節(jié)，利用徑向電磁力裝置底座與地平鐵的相對位置可對加載裝置軸線方向上的粗略定位，利用自鎖調(diào)整螺栓可實現(xiàn)兩個電磁鐵芯之間的精確定位，利用疊堆型壓電陶瓷可實現(xiàn)兩個電磁鐵芯間距的精確控制；本發(fā)明的加載桿前端為球形凸面，便于精確確定加載的位置點；本發(fā)明的上下支撐板和左右隔磁板均選擇隔磁材料加工，用以隔離磁場，減少對環(huán)境的影響；本發(fā)明對電磁鐵采用空氣冷卻，在側(cè)立板上下位置加工有兩個空氣冷卻的入口，便于充分冷卻。
[0012]利用擺臂裝置解決了軸向力電磁加載裝置和電主軸不同軸的難題。擺臂裝置的壓塊與連接軸單元接觸部分為圓柱凸面，調(diào)節(jié)擺臂裝置底座與地平鐵的相對位置，保證壓塊的圓柱凸面與右軸承端蓋接觸線與連接軸單元的共面，擺臂軸與擺臂裝置底座通過螺紋連接，通過控制擺臂軸的旋合深度保證壓塊的水平對稱面處于連接軸單元的軸線上，用擺臂軸鎖緊螺母鎖緊擺臂軸防止松動，擺臂和壓塊通過螺栓連接，擺臂和帶止動環(huán)的圓錐滾子軸承配合，帶止動環(huán)的圓錐滾子軸承上端裝推力球軸承，通過擺臂上支座調(diào)整螺釘和擺臂上支座調(diào)整螺母調(diào)整擺臂上支座的位置，利用軸承端蓋對帶止動環(huán)的圓錐滾子軸承和推力球軸承預(yù)緊。
[0013]所述的扭矩加載部分是由電力測功機、電力測功機基座、S型拉壓力傳感器、高速膜片聯(lián)軸器、連接軸單元、螺栓和T形螺母組成，電力測功機通過螺栓固定在電力測功機基座上，電力測功機基座通過螺栓和T形螺母固定在地平鐵上，S型拉壓力傳感器一端固定在電力測功機外殼上，另一端固定在電力測功機基座上，實現(xiàn)加載扭矩大小的實時監(jiān)測。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0015]1、加載精度高。對于主軸軸向和徑向上的電磁力，采用高精度的位移傳感器對電磁鐵芯的間距進行在線監(jiān)測，利用高精度壓力傳感器對電磁力進行實時反饋，保證了施加的軸向和徑向的電磁力絕對精確，對于電力測功機的扭矩加載米用了 S型拉壓力傳感器對加載的扭矩值進行了實時反饋；
[0016]2、加載力值大、加載頻率高。由電磁理論可以知道兩個電磁鐵芯產(chǎn)生的電磁斥力與電磁鐵芯和勵磁線圈的電流大小正相關(guān)，本實驗臺試驗臺電磁加載部分正是利用這一理論完成電主軸軸向力和徑向力的加載，通過適當(dāng)控制電磁鐵芯的間距和勵磁線圈的電流變化即可輸出很高力值和頻率的電磁力；
[0017]3、控制方式多樣化。通過控制兩個電磁鐵的間距和勵磁線圈的電流大小從而控制輸出磁力的大小，本實驗臺利用疊堆型壓電陶瓷實現(xiàn)兩個電磁鐵芯間距的精確控制，歸納起來對輸出磁力有三種控制方式，其一，保證兩個電磁鐵的間距不變，讓輸出磁力值隨著勵磁線圈的電流大小改變；其二，保證勵磁線圈的電流大小恒定，讓輸出磁力值隨著兩個電磁鐵的間距大小改變；其三，協(xié)同控制兩個電磁鐵的間距和勵磁線圈的電流，實現(xiàn)對輸出磁力值的控制；
[0018]4、工況模擬性強。本發(fā)明同時對電主軸加載軸向力、徑向力和扭矩，并可協(xié)同控制這三個加載力的大小模擬不同大小和不同方向的切削力；
[0019]5、制造簡單，通用性強。本發(fā)明所述的接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺的各個支撐部分的相對位置均可的調(diào)節(jié)，不但對加工精度要求不高，還能使接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺對不同型號的電主軸進行可靠性試驗,減少了接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺的加工成本，增加了接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺的適用性與靈活性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的立體示意圖。
[0021]圖2為本發(fā)明的連接軸單元的剖視圖。
[0022]圖3為圖2的A向視圖。
[0023]圖4為圖2的B向視圖。
[0024]圖5為本發(fā)明的軸向和徑向的電磁斥力產(chǎn)生的原理圖。
[0025]圖6為本發(fā)明的徑向力電磁加載裝置的剖視圖。
[0026]圖7為本發(fā)明的徑向力電磁加載裝置的立體示意圖。
[0027]圖8為本發(fā)明的徑向力電磁加載裝置的立體分解示意圖。
[0028]圖9為本發(fā)明的擺臂裝置的剖視圖。
[0029]圖10為本發(fā)明的擺臂裝置的立體分解示意圖。
[0030]圖11為本發(fā)明的擺臂裝置的立體示意圖。
[0031]圖中:1.電力測功機基座；2.S型拉壓力傳感器；3.電力測功機；4.徑向力電磁加載裝置；5.高速膜片聯(lián)軸器；6.連接軸單元；7.擺臂裝置；8.抱夾裝置；9.軸向力電磁加載裝置；10.地平鐵；11.電主軸；12.底座支撐塊；13.主軸底座；14.左密封擋板；15.外六角螺釘；16.左骨架密封圈；17.左端蓋；18.內(nèi)六角螺釘；19.軸承座；20.分油盤；21.套筒；22.軸承；23.內(nèi)六角螺釘；24.0型密封圈；25.右軸承端蓋；26.右密封擋板；27.右骨架密封圈；28.外六角螺釘；29.鎖緊螺母；30.液壓氣動用球漲式堵頭；31.加載棒；32.徑向電磁力裝置底座；33.內(nèi)六角螺釘；34.后支撐板；35.自鎖滑塊支撐座；36.自鎖滑塊；37.調(diào)整滑塊；38.自鎖調(diào)整螺母板；39.自鎖調(diào)整螺栓；40.疊堆型壓電陶瓷；41.左隔磁板；42.位移傳感器夾具支架；43.位移傳感器夾具；44.第一側(cè)立板；45.位移傳感器；46.勵磁線圈；47.位移傳感器鐵芯支架；48.右隔磁板；49.隔磁鋁塊；51.壓力傳感器；52.加載桿；53.電磁鐵芯；54.直線導(dǎo)軌滑塊；55.直線導(dǎo)軌條；56.下支撐板；57.上支撐板；58.第二側(cè)立板；59.壓塊；60.擺臂；61.擺臂上支座；62.軸承端蓋；63.擺臂軸；65.擺臂上支座調(diào)整螺釘；66.擺臂上支座調(diào)整螺母；67.推力球軸承；68.帶止動環(huán)的圓錐滾子軸承；69.擺臂軸鎖緊螺母；70.擺臂裝置底座。
【具體實施方式】
[0032]參閱圖1至圖11所示，本發(fā)明是由電主軸11、電主軸支撐部分、扭矩加載部分、連接軸單元6、徑向力電磁加載裝置4、軸向力電磁加載裝置9和擺臂裝置7組成，其中電主軸
11、連接軸單元6和電磁電力測功機3三者的軸心線同軸，徑向力電磁加載裝置4與連接軸單元6的軸心線相互垂直，軸向力電磁加載裝置9和連接軸單元6的軸心線相互平行；
[0033]所述的電主軸支撐部分是由抱夾裝置8、主軸底座13、底座支撐塊12、螺栓和T形螺母組成，電主軸11通過螺栓固連在抱夾裝置8上，通過抱夾裝置8和主軸底座13可以對電主軸11左右方向的位置調(diào)整，通過改變底座支撐塊12的厚度可以對電主軸11高度方向的位置調(diào)整，從而實現(xiàn)電主軸11和電磁電力測功機3同軸度的調(diào)整，抱夾裝置8通過螺栓和T形螺母固定在主軸底座13上，主軸底座13通過螺栓和T形螺母固定在地平鐵10上。[0034]所述的連接軸單元6是由左密封擋板14、外六角螺釘15、左骨架密封圈16、左端蓋17、內(nèi)六角螺釘18、軸承座19、分油盤20、套筒21、軸承22、內(nèi)六角螺釘23、O型密封圈24、右軸承端蓋25、右密封擋板26、右骨架密封圈27、外六角螺釘28、鎖緊螺母29、液壓氣動用球漲式堵頭30和加載棒31組成，其中，所述的兩個軸承22安裝在加載棒31上，左側(cè)軸承22的內(nèi)圈與加載棒31的軸肩側(cè)面相接觸，兩個軸承22之間安裝分油盤20和套筒21，兩個軸承22和分油盤20、套筒21的軸線重合，其中所述分油盤20是橫截面為梯形的回轉(zhuǎn)體，套筒21是橫截面為矩形的回轉(zhuǎn)體，所述的鎖緊螺母29是矩形截面的回轉(zhuǎn)體，其通過螺紋與加載棒31連接，鎖緊螺母29的左端面與右側(cè)的軸承22內(nèi)環(huán)右端面接觸，所述的軸承座19是回轉(zhuǎn)體，其與軸承22的外環(huán)間隙配合，并且通過其內(nèi)孔左端的軸肩與右側(cè)的軸承22的外環(huán)接觸實現(xiàn)其軸向位置定位，所述的左端蓋17是橫截面為T型的回轉(zhuǎn)體，左端蓋17的左側(cè)內(nèi)部有矩形環(huán)槽，用于安裝左骨架密封圈16，左端蓋17和左骨架密封圈16兩者按照間隙配合進行安裝；左端蓋17的右端面有矩形環(huán)槽，用以安裝O型密封圈24 ;左端蓋17通過其右端凸起回轉(zhuǎn)面與軸承座19間隙配合，同時通過內(nèi)六角螺釘18與軸承座19緊固，所述的左密封擋板14為矩形截面的回轉(zhuǎn)體，其通過外六角螺釘15與左端蓋17緊固，所述的右軸承端蓋25是橫截面為十字形的回轉(zhuǎn)體，其左端凸起圓環(huán)的外側(cè)與軸承座19間隙配合，其通過內(nèi)六角螺釘23與軸承座19緊固，右軸承端蓋25左端面矩形環(huán)槽用于安裝O型密封圈24，右軸承端蓋25內(nèi)孔右端環(huán)槽用于安裝右骨架密封圈27，所述右密封擋板26為長方體，其通過外六角螺釘28與右軸承端蓋25緊固；右密封擋板26中間有圓孔，用于安裝加載棒31。
[0035]所述的徑向力電磁加載裝置4根本原理是電磁鐵同性相互排斥，利用這個排斥力對高速電主軸加載。通過控制兩個電磁鐵的間距和勵磁線圈46的電流大小從而控制輸出磁力的大小,本發(fā)明對輸出磁力有三種控制方式,其一,保證兩個電磁鐵的間距不變,讓輸出磁力值隨著勵磁線圈46的電流大小改變；其二,保證勵磁線圈46的電流大小恒定,讓輸出磁力值隨著兩個電磁鐵的間距大小改變；其三，協(xié)同控制兩個電磁鐵的間距和勵磁線圈46的電流,實現(xiàn)對輸出磁力值的控制。
[0036]所述的徑向力電磁加載裝置4的后支撐板34通過內(nèi)六角螺釘33和徑向電磁力裝置底座32連接，可以實現(xiàn)疊堆型壓電陶瓷40前后方向上的位置調(diào)整，自鎖滑塊支撐座35通過螺釘與后支撐板34連接，可以實現(xiàn)疊堆型壓電陶瓷40高度方向上的位置調(diào)整，自鎖調(diào)整螺母板38通過螺釘與后支撐板34固連，自鎖滑塊36和調(diào)整滑塊37傾斜角為5°實現(xiàn)自鎖，通過調(diào)節(jié)自鎖調(diào)整螺栓39可以實現(xiàn)兩個電磁鐵芯53間距的調(diào)整勵磁線圈46位于電磁鐵芯53中，上支撐板57通過螺釘與第一側(cè)立板44和第二側(cè)立板58固連，下支撐板56通過螺釘與兩個側(cè)立板連接，可以實現(xiàn)上支撐板57和下支撐板56相對位置的調(diào)整，兩個直線導(dǎo)軌條55通過螺釘分別于上下兩個支撐板固連，四個直線導(dǎo)軌滑塊54通過螺釘分別于兩個電磁鐵芯53固連在一起，隔磁鋁塊49和電磁鐵芯53通過螺釘連接，壓力傳感器51和疊堆型壓電陶瓷40與隔磁鋁塊49均通過連接螺釘50連接，位移傳感器夾具支架42和位移傳感器鐵芯支架47均通過螺釘與隔磁鋁塊固連，位移傳感器夾具43通過螺釘與位移傳感器夾具支架連接，加載桿52與壓力傳感器之間為螺紋連接，第一側(cè)立板44和第二側(cè)立板58通過螺釘與徑向電磁力裝置底座32連接，可以實現(xiàn)本發(fā)明高度方向上的調(diào)整，左隔磁板41和右隔磁板48通過螺釘與第一側(cè)立板44和第二側(cè)立板58固連。
[0037]所述的徑向力電磁加載裝置4采用直線導(dǎo)軌避免了零件之間接觸的磨損，減少了摩擦力；本發(fā)明利用高精度位移傳感器實現(xiàn)對兩鐵芯間距實時反饋，利用壓力傳感器對加載的電磁力實時反饋；本發(fā)明在高度方向和水平方向上均可實現(xiàn)位置調(diào)節(jié)，利用徑向電磁力裝置底座32與地平鐵10的相對位置可對加載裝置軸線方向上的粗略定位，利用自鎖調(diào)整螺栓39可實現(xiàn)兩個電磁鐵芯53之間的精確定位，利用疊堆型壓電陶瓷40可實現(xiàn)兩個電磁鐵芯間距的精確控制；本發(fā)明的加載桿52前端為球形凸面，便于精確確定加載的位置點；本發(fā)明的上下支撐板和左右隔磁板均選擇隔磁材料加工，用以隔離磁場，減少對環(huán)境的影響；本發(fā)明對電磁鐵采用空氣冷卻，在側(cè)立板上下位置加工有兩個空氣冷卻的入口，便于充分冷卻。
[0038]利用擺臂裝置7解決了軸向力電磁加載裝置9和電主軸11不同軸的難題。擺臂裝置7的壓塊59與連接軸單元6接觸部分為圓柱凸面，調(diào)節(jié)擺臂裝置底座70與地平鐵的相對位置，保證壓塊59的圓柱凸面與右軸承端蓋25接觸線與連接軸單元6的共面，擺臂軸63與擺臂裝置底座70通過螺紋連接，通過控制擺臂軸63的旋合深度保證壓塊59的水平對稱面處于連接軸單元6的軸線上，用擺臂軸鎖緊螺母69鎖緊擺臂軸63防止松動，擺臂60和壓塊59通過螺栓連接，擺臂60和帶止動環(huán)的圓錐滾子軸承68配合，帶止動環(huán)的圓錐滾子軸承68上端裝推力球軸承67，通過擺臂上支座調(diào)整螺釘65和擺臂上支座調(diào)整螺母66調(diào)整擺臂上支座61的位置，利用軸承端蓋62對帶止動環(huán)的圓錐滾子軸承68和推力球軸承67預(yù)緊。
[0039]所述的扭矩加載部分是由電力測功機3、電力測功機基座1、S型拉壓力傳感器2、高速膜片聯(lián)軸器5、連接軸單元6、螺栓和T形螺母組成，電力測功機3通過螺栓固定在電力測功機基座I上，電力測功機基座I通過螺栓和T形螺母固定在地平鐵10上，S型拉壓力傳感器2 —端固定在電力測功機3外殼上,另一端固定在電力測功機基座I上，實現(xiàn)加載扭矩大小的實時監(jiān)測。
[0040]調(diào)節(jié)電主軸和電力測功機的同軸度并固定電主軸位置的過程:
[0041]首先將連接軸單元6刀柄的形式的一端和電主軸11連接，然后通過調(diào)節(jié)電主軸支撐部分相對位置調(diào)節(jié)電主軸和電力測功機的同軸度，所述的電主軸支撐部分由抱夾裝置8、主軸底座13、底座支撐塊12、螺栓和T形螺母組成。電主軸通過螺栓固連在抱夾裝置8上，通過抱夾裝置8和主軸底座13可以對主軸水平方向的位置調(diào)整，通過改變底座支撐塊12的厚度可以對主軸高度方向的位置調(diào)整，從而實現(xiàn)電主軸11和電力測功機3同軸度的調(diào)節(jié)，抱夾裝置8通過螺栓和T形螺母固定在主軸底座13上，主軸底座13通過螺栓和T形螺母固定在地平鐵10上，最后將連接軸單元6的另一端通過高速膜片聯(lián)軸器5和電力測功機3連接，實現(xiàn)扭矩的傳遞。
[0042]裝配徑向力電磁加載裝置和軸向力電磁加載裝置的過程:
[0043]所述的徑向力電磁加載裝置4裝配過程如下:將后支撐板34通過內(nèi)六角螺釘33和徑向電磁力裝置底座32連接，自鎖滑塊支撐座35通過螺釘與后支撐板34連接，并可以對自鎖滑塊36高度方向上的位置調(diào)整，自鎖調(diào)整螺母板38通過螺釘與后支撐板固連，將自鎖調(diào)整螺栓39擰入自鎖調(diào)整螺母板，接著把調(diào)整滑塊37裝在自鎖調(diào)整螺栓的階梯部分，將疊堆型壓電陶瓷40通過螺紋和自鎖滑塊36連接在一起，并將二者裝配到徑向電磁力裝置底座上，自鎖滑塊和調(diào)整滑塊傾斜角加工成5度實現(xiàn)自鎖。四個直線導(dǎo)軌滑塊54通過螺釘分別于兩個電磁鐵芯53固連在一起，將位移傳感器夾具支架42和位移傳感器鐵芯支架47均通過螺釘與隔磁鋁塊49固連，壓力傳感器51和疊堆型壓電陶瓷40與隔磁鋁塊均通過螺紋連接，加載桿52與壓力傳感器之間為螺紋連接，將隔磁鋁塊和電磁鐵芯53通過螺釘連接，并保證位移傳感器夾具支架和位移傳感器鐵芯支架與直線導(dǎo)軌滑塊成90度。兩個直線導(dǎo)軌條55通過螺釘分別于上下兩個支撐板固連，上支撐板57通過螺釘與第一側(cè)立板44和第二側(cè)立板58固連，下支撐板56通過螺釘與兩個側(cè)立板連接，通過調(diào)整下支撐板螺釘?shù)奈恢谜{(diào)節(jié)兩個直線導(dǎo)軌條的相對位置，將兩個電磁鐵芯通過兩個直線導(dǎo)軌裝配在上、下支撐板之間，左隔磁板41和右隔磁板48通過螺釘與第一側(cè)立板和第二側(cè)立板固連，第一側(cè)立板和第二側(cè)立板通過螺釘與徑向電磁力裝置底座連接，調(diào)整后支撐板前后方向上和自鎖滑塊支撐座高度方向上的位置，使疊堆型壓電陶瓷與左隔磁鋁塊同軸，接著將二者通過螺紋連接在一起，位移傳感器夾具43通過螺釘與位移傳感器夾具支架連接，裝配位移傳感器45，將空冷裝置供氣管與第二側(cè)立板的空冷孔接頭連接。由于本實驗臺的軸向力電磁加載裝置9和徑向力電磁加載裝置的結(jié)構(gòu)除了二者與地平鐵底座連接處有差別外，其余部分完全相同，因此軸向力電磁加載裝置的裝配按照上訴步驟即可。
[0044]最后將整個徑向力電磁加載裝置裝到地平鐵上10，通過調(diào)節(jié)徑向電磁力裝置底座與兩個側(cè)立板的上下位置保證徑向力電磁加載裝置與連接軸單元的軸心線高度相同；調(diào)整底座在地平鐵上的位置使加載桿的凸形球面與連接軸單元的軸承座外表面的凹形球面接觸，并保證徑向力電磁加載裝置與連接軸單元的軸心線相互垂直，通過螺栓和T形螺母將其固定在地平鐵上，通過調(diào)節(jié)自鎖調(diào)整螺栓可以實現(xiàn)兩個電磁鐵芯間距的調(diào)整。
[0045]擺臂裝配過程:
[0046]將帶止動環(huán)的圓錐滾子軸承68和推力球軸承67依次裝在擺臂軸63上，然后將擺臂60和帶止動環(huán)的圓錐滾子軸承配合，擺臂軸與擺臂裝置底70座通過螺紋連接，通過控制擺臂軸的旋合深度保證壓塊的水平對稱面處于連接軸單元的軸線上，用擺臂軸鎖緊螺母69鎖緊擺臂軸防止松動，通過擺臂上支座調(diào)整螺釘65和擺臂上支座調(diào)整螺母66調(diào)整擺臂上支座61的位置，利用軸承端蓋62對兩個軸承預(yù)緊，擺臂和壓塊59通過螺栓連接，壓塊與連接軸單元6接觸部分為圓柱凸面，調(diào)節(jié)擺臂裝置底座70與地平鐵的相對位置，保證壓塊的圓柱凸面與右軸承端蓋25接觸線與連接軸單元的共面，通過螺栓和T形螺母將擺臂裝置底座固定在地平鐵10上。
[0047]最后將整個軸向力電磁加載裝置裝到地平鐵上，通過調(diào)節(jié)徑向電磁力裝置底座與兩個側(cè)立板的上下位置保證軸向力電磁加載裝置與連接軸單元的軸心線高度相同；調(diào)整底座在地平鐵上的位置使加載桿的凸形球面與擺臂表面的凹形球面接觸，并保證軸向力電磁加載裝置與連接軸單元的軸心線相互平行，通過螺栓和T形螺母將其固定在地平鐵10上。
[0048]控制過程:
[0049]本發(fā)明對電主軸加載的軸向力、徑向力和扭矩是協(xié)同控制，通過控制這三個加載力的大小模擬不同大小和不同方向的切削力，對于電力測功機的扭矩加載采用了 S型拉壓力傳感器對加載的扭矩值進行了實時反饋，利用高精度壓力傳感器對兩個方向的電磁力進行實時反饋，保證了施加的力絕對精確，用高精度的位移傳感器對電磁鐵芯的間距進行在線監(jiān)測，利用疊堆型壓電陶瓷實現(xiàn)兩個電磁鐵芯間距的精確控制。
[0050]通過控制兩個電磁鐵的間距和勵磁線圈46的電流大小從而控制輸出磁力的大小，軸向和徑向電磁加載裝置對輸出磁力有三種控制方式，其一，保證兩個電磁鐵的間距不變，讓輸出磁力值隨著勵磁線圈46的電流大小改變；其二,保證勵磁線圈46的電流大小恒定，讓輸出磁力值隨著兩個電磁鐵的間距大小改變；其三，協(xié)同控制兩個電磁鐵的間距和勵磁線圈46的電流,實現(xiàn)對輸出磁力值的控制。
【權(quán)利要求】
1.一種接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺，其特征在于:是由電主軸(11)、電主軸支撐部分、扭矩加載部分、連接軸單元(6)、徑向力電磁加載裝置(4)、軸向力電磁加載裝置(9)和擺臂裝置(7)組成，其中電主軸(11)、連接軸單元(6)和電磁電力測功機(3)三者的軸心線同軸，徑向力電磁加載裝置(4)與連接軸單元(6)的軸心線相互垂直，軸向力電磁加載裝置(9)和連接軸單元(6)的軸心線相互平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺，其特征在于:所述的電主軸支撐部分是由抱夾裝置(8)、主軸底座(13)、底座支撐塊(12)、螺栓和T形螺母組成，電主軸(11)通過螺栓固連在抱夾裝置(8)上，通過抱夾裝置(8)和主軸底座(13)可以對電主軸(11)左右方向的位置調(diào)整，通過改變底座支撐塊(12)的厚度可以對電主軸(11)高度方向的位置調(diào)整，從而實現(xiàn)電主軸(11)和電磁電力測功機⑶同軸度的調(diào)整，抱夾裝置(8)通過螺栓和T形螺母固定在主軸底座(13)上，主軸底座(13)通過螺栓和T形螺母固定在地平鐵(10)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺,其特征在于:所述的連接軸單元(6)是由左密封擋板(14)、外六角螺釘(15)、左骨架密封圈(16)、左端蓋(17)、內(nèi)六角螺釘(18)、軸承座(19)、分油盤(20)、套筒(21)、軸承(22)、內(nèi)六角螺釘(23)、O型密封圈(24)、右軸承端蓋(25)、右密封擋板(26)、右骨架密封圈(27)、外六角螺釘(28)、鎖緊螺母(29)、液壓氣動用球漲式堵頭(30)和加載棒(31)組成，其中，所述的兩個軸承(22)安裝在加載棒(31)上，左側(cè)軸承(22)的內(nèi)圈與加載棒(31)的軸肩側(cè)面相接觸，兩個軸承(22)之間安裝分油盤(20)和套筒(21)，兩個軸承(22)和分油盤(20)、套筒(21)的軸線重合，其中所述分油盤(20)是橫截面為梯形的回轉(zhuǎn)體，套筒(21)是橫截面為矩形的回轉(zhuǎn)體，所述的鎖緊螺母(29)是矩形截面的回轉(zhuǎn)體，其通過螺紋與加載棒(31)連接，鎖緊螺母(29)的左端面與右側(cè)的軸承(22)內(nèi)環(huán)右端面接觸，所述的軸承座(19)是回轉(zhuǎn)體，其與軸承(22)的外環(huán)間隙配合，并且通過其內(nèi)孔左端的軸肩與右側(cè)的軸承(22)的外環(huán)接觸實現(xiàn)其軸向位置定位，所述的左端蓋(17)是橫截面為T型的回轉(zhuǎn)體，左端蓋(17)的左側(cè)內(nèi)部有矩形環(huán)槽，用于安裝左骨架密封圈(16)，左端蓋(17)和左骨架密封圈(16)兩者按照間隙配合進行安裝；左端蓋(17)的右端面有矩形環(huán)槽，用以安裝O型密封圈(24);左端蓋(17)通過其右端凸起回轉(zhuǎn)面與軸承座(19)間隙配合，同時通過內(nèi)六角螺釘(18)與軸承座(19)緊固，所述的左密封擋板(14)為矩形截面的回轉(zhuǎn)體，其通過外六角螺釘(15)與左端蓋(17)緊固，所述的右軸承端蓋(25)是橫截面為十字形的回轉(zhuǎn)體，其左端凸起圓環(huán)的外側(cè)與軸承座(19)間隙配合，其通過內(nèi)六角螺釘(23)與軸承座(19)緊固，右軸承端蓋(25)左端面矩形環(huán)槽用于安裝O型密封圈(24)，右軸承端蓋(25)內(nèi)孔右端環(huán)槽用于安裝右骨架密封圈(27)，所述右密封擋板(26)為長方體，其通過外六角螺釘(28)與右軸承端蓋(25)緊固；右密封擋板(26)中間有圓孔，用于安裝加載棒(31)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺，其特征在于:所述徑向力電磁加載裝置(4)的后支撐板(34)通過內(nèi)六角螺釘(33)和徑向電磁力裝置底座(32)連接，可以實現(xiàn)疊堆型壓電陶瓷(40)前后方向上的位置調(diào)整，自鎖滑塊支撐座(35)通過螺釘與后支撐板(34)連接，可以實現(xiàn)疊堆型壓電陶瓷(40)高度方向上的位置調(diào)整，自鎖調(diào)整螺母板(38)通過螺釘與后支撐板(34)固連，自鎖滑塊(36)和調(diào)整滑塊(37)傾斜角為5°實現(xiàn)自鎖，通過調(diào)節(jié)自鎖調(diào)整螺栓(39)可以實現(xiàn)兩個電磁鐵芯(53)間距的調(diào)整勵磁線圈(46)位于電磁鐵芯(53)中，上支撐板(57)通過螺釘與第一側(cè)立板(44)和第二側(cè)立板(58)固連，下支撐板(56)通過螺釘與兩個側(cè)立板連接，可以實現(xiàn)上支撐板(57)和下支撐板(56)相對位置的調(diào)整，兩個直線導(dǎo)軌條(55)通過螺釘分別于上下兩個支撐板固連，四個直線導(dǎo)軌滑塊(54)通過螺釘分別于兩個電磁鐵芯(53)固連在一起，隔磁鋁塊(49)和電磁鐵芯(53)通過螺釘連接，壓力傳感器(51)和疊堆型壓電陶瓷(40)與隔磁鋁塊(49)均通過連接螺釘(50)連接，位移傳感器夾具支架(42)和位移傳感器鐵芯支架(47)均通過螺釘與隔磁鋁塊固連，位移傳感器夾具(43)通過螺釘與位移傳感器夾具支架連接，加載桿(52)與壓力傳感器之間為螺紋連接，第一側(cè)立板(44)和第二側(cè)立板(58)通過螺釘與徑向電磁力裝置底座(32)連接，可以實現(xiàn)高度方向上的調(diào)整，左隔磁板(41)和右隔磁板(48)通過螺釘與第一側(cè)立板(44)和第二側(cè)立板(58)固連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺，其特征在于:所述擺臂裝置(7)的壓塊(59)與連接軸單元(6)接觸部分為圓柱凸面，調(diào)節(jié)擺臂裝置底座(70)與地平鐵的相對位置，保證壓塊(59)的圓柱凸面與右軸承端蓋(25)接觸線與連接軸單元(6)的共面，擺臂軸(63)與擺臂裝置底座(70)通過螺紋連接，通過控制擺臂軸(63)的旋合深度保證壓塊(59)的水平對稱面處于連接軸單元(6)的軸線上，用擺臂軸鎖緊螺母 (69)鎖緊擺臂軸(63)防止松動，擺臂(60)和壓塊(59)通過螺栓連接，擺臂(60)和帶止動環(huán)的圓錐滾子軸承(68)配合，帶止動環(huán)的圓錐滾子軸承(68)上端裝推力球軸承(67)，通過擺臂上支座調(diào)整螺釘(65)和擺臂上支座調(diào)整螺母(66)調(diào)整擺臂上支座(61)的位置，利用軸承端蓋(62)對帶止動環(huán)的圓錐滾子軸承(68)和推力球軸承(67)預(yù)緊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種接觸式混合加載的電主軸可靠性試驗臺，其特征在于:所述的扭矩加載部分是由電力測功機(3)、電力測功機基座(1)、S型拉壓力傳感器(2)、高速膜片聯(lián)軸器(5)、連接軸單元(6)、螺栓和T形螺母組成，電力測功機(3)通過螺栓固定在電力測功機基座(1)上，電力測功機基座(1)通過螺栓和T形螺母固定在地平鐵(10)上，S型拉壓力傳感器(2) —端固定在電力測功機(3)外殼上，另一端固定在電力測功機基座(1)上，實現(xiàn)加載扭矩大小的實時監(jiān)測。
【文檔編號】G01M13/00GK104006957SQ201410270865
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】陳菲, 楊兆軍, 王松, 楊川貴, 譚壯, 杜大偉, 黎剛剛, 楊超, 朱光 申請人:吉林大學(xué)