一种智能化压力机传动效率监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种智能化压力机传动效率监测系统及方法，包括角速度传感器，用于监测滚柱丝杠的角速度；力传感器，用于监测螺母的负载力；角加速度传感器，用于监测滚柱丝杠的角加速度；控制面板，用于计算滚柱丝杠的瞬时传动效率。将传感器的各监测数值输送至控制面板处，经过控制面板的分析计算，得出智能化压力机的传动效率，并将计算结果显示在面板上，当智能化压力机传动效率低于某设定值时，设备会报警，提示工作人员对传动机构进行维护。本发明专利技术将行星滚柱丝杠应用于压力机设备上，根据行星滚柱丝杠的啮合特点，使得智能化压力机设备具有体积小、精度高、负载力大等优点。负载力大等优点。负载力大等优点。

An intelligent transmission efficiency monitoring system and method of press

【技术实现步骤摘要】
一种智能化压力机传动效率监测系统及方法


[0001]本专利技术属于压力机监控领域，特别是一种智能化压力机传动效率监测系统及方法。

技术介绍

[0002]目前国内外常用的压力机种类有：气动压力机、螺旋压力机、曲柄压力机、液压式压力机等。尽管这些压力机能够达到很大的压力上限，但也存在很多缺点，如：对施加压力大小的控制精度不高、当高压出力很大时，整个压力机的空间尺寸很是庞大、压板的运行速度不高等。在很多情况下，不能满足智能化装备对轻量化、高精度、高效率等的要求。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种智能化压力机传动效率的监测系统及方法，用于实时检测压力机的传动效率。
[0004]实现本专利技术目的的技术解决方案为：
[0005]一种智能化压力机传动效率的监测系统，包括：
[0006]角速度传感器，用于监测滚珠丝杠的角速度
[0007]力传感器，用于监测螺母的负载力F
N
；
[0008]角加速度传感器，用于监测滚珠丝杠的角加速度
[0009]控制面板，用于计算滚珠丝杠的瞬时传动效率：
[0010][0011]其中n
s
为丝杠头数，p
s
为丝杠螺距，M
s
为丝杠轴输入力矩。
[0012]一种智能化压力机传动效率的监测方法，通过下式计算获得：
[0013][0014]其中n
s
为丝杠头数，p
s
为丝杠螺距，M
s
为丝杠轴输入力矩。
[0015]本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：
[0016](1)本专利技术是将行星滚柱丝杠应用于压力机装备上，在相同加载力的情况下，整个设备的体积减少了许多；
[0017](2)压力机应用行星滚柱丝杠这一传动机构后，动作频率、设备效率大幅度提高；
[0018](3)该传动机构是伺服电机作为驱动，对设备的加载力、加载距离等的控制精度高；
[0019](4)当压力机设备传动效率低于某设定值后，设备会发出报警，提醒工作人员对设备传动构件进行维护。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的智能化压力机整体结构示意图。
[0021]图2是本专利技术提供的传动效率实时监测方法中零部件示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图及具体实施例对本专利技术做进一步的介绍。
[0023]结合图1
‑
图2，本专利技术的一种智能化压力机传动效率监测系统及方法，将行星滚柱丝杠应用在智能化压力机上，监测系统包括装备底座1、支撑柱2、压板3、行星滚柱丝杠4、联轴器5、驱动电机6、控制面板7；其中行星滚柱丝杠4，具体包括：支撑8、角速度传感器9、螺母10、力传感器11、丝杠12、支撑13、角加速度传感器14。其中角速度传感器9安装与支撑8的侧面，用于监测丝杠的角速度；力传感器11的有效监测面安装于螺母10的端面，用于监测螺母10的负载力；角加速度传感器14安装于支撑13的侧面，用于监测丝杠的角加速度。
[0024]本专利技术是将行星滚柱丝杠的螺母10通过法兰安装在压板3上，当驱动电机6工作时通过联轴器5带动丝杠12转动，通过行星滚柱丝杠4将丝杠12的旋转运动转化为螺母10的上下直线运动，螺母10带动压板3上下直线运动，实现压力机的功能。
[0025]本专利技术提供的瞬时传动效率实时监测方法的基本原理：驱动电机6通过联轴器5将驱动力矩传递给丝杠12，然后通过角速度传感器9、角加速度传感器14，力传感器11，分别得到丝杠角速度角加速度螺母负载F
N
的数值，并将各数值输送至智能化设备的控制面板7。控制面板7内部有行星滚柱丝杠的瞬时传动效率计算模块，通过软件的计算模块可以得到设备的效率。基本工作流程：设备工作时，通过各传感器，获得行星滚柱丝杠的角速度角加速度螺母负载F
N
的数值，将检测结果反馈到控制面板7中，从而可以得到行星滚柱丝杠的瞬时传动效率，即设备在考虑传动机构时的效率。设备工作过程中，因传动机构零部件磨损、负载变化太大、润滑长时间工作失效等等原因而造成设备的效率降低，当效率低于某设定值时，报警装置报警将会报警提醒相关人员。一方面可以提高设备的安全性，另一方面能够提醒工作人员及时维护设备，从测面提高了智能化设备的使用寿命。
[0026]下面是基于拉格朗日方程，推导行星滚柱丝杠的运动微分方程，从而计算传动效率的基本推导步骤(各符号含义参照符号表)：
[0027]我们知道一般完整系统的拉格朗日方程可表述为
[0028][0029]其中，q
j
为系统质点广义坐标位置；为质点广义速度；T为系统动能；Q
j
为系统质点所受广义力或广义力矩，t表示时间。
[0030]控制面板7设有：
[0031]总动能计算单元，用于计算滚柱丝杠运动过程中的总动能；
[0032]第一力矩计算单元，用于计算滚柱丝杠所受的广义力矩；
[0033]第二力矩计算单元，用于计算滚柱丝杠内部滚柱所受的广义力矩；
[0034]丝杠轴输入力矩计算单元，用于根据丝杠轴输入力矩与上述传感器监测的参数的关系，计算出丝杠轴输入力矩；
[0035]瞬时传动效率计算单元，用于根据上述传动效率计算公式，计算滚柱丝杠的瞬时传动效率。
[0036]总动能计算单元根据对行星滚柱丝杠的啮合特点，可以计算出行星滚柱丝杠运动过程中的总动能T可表示为
[0037][0038]第一力矩计算单元，计算丝杠所受的广义力矩可表示为
[0039][0040]第二力矩计算单元，计算行星滚柱丝杠内部结构间滚柱所受的广义力矩可表示为
[0041][0042]丝杠轴输入力矩计算单元计算丝杠轴输入力矩过程如下：
[0043]根据式(2)，可以计算出
[0044][0045][0046][0047][0048]将式(3)～(8)代入到式(1)中，整理可得
[0049][0050][0051]可将式(9)、(10)简化为
[0052][0053]其中，
[0054][0055][0056][0057][0058][0059]瞬时传动效率计算单元计算滚珠丝杠的瞬时传动效率：
[0060]因为系统任意时刻传动效率等于输出功率与输入功率之比，故行星滚柱丝杠在任意时刻的传动效率η可表示为
[0061][0062]例：已知某行星滚柱丝杠的基本结构参数如下：
[0063]行星滚柱丝杠的基本结构尺寸参数表
[0064][0065][0066]将各结构尺寸数值代入式(11)中，即可得到该行星滚柱丝杠的运动微分方程，如下
[0067][0068]设备运行时，通过传感器可以获得角加速度角速度螺母负载F
N
的数据，将其代入式(11)中，即可计算出输入力矩M
s
将输入M
s...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能化压力机传动效率的监测系统，其特征在于，包括：角速度传感器，用于监测滚柱丝杠的角速度力传感器，用于监测螺母的负载力F
N
：角加速度传感器，用于监测滚柱丝杠的角加速度控制面板，用于计算行星滚柱丝杠的瞬时传动效率：其中n
s
为丝杠头数，p
s
为丝杠螺距，M
s
为丝杠轴输入力矩。2.根据权利要求1所述的智能化压力机传动效率的监测系统，其特征在于，所述控制面板设有：总动能计算单元，用于计算滚柱丝杠运动过程中的总动能；第一力矩计算单元，用于计算滚柱丝杠所受的广义力矩；第二力矩计算单元，用于计算滚柱丝杠内部滚柱所受的广义力矩；丝杠轴输入力矩计算单元，用于根据丝杠轴输入力矩与上述传感器监测的参数的关系，计算出丝杠轴输入力矩；瞬时传动效率计算单元，用于根据上述传动效率计算公式，计算滚柱丝杠的瞬时传动效率。3.根据权利要求2所述的智能化压力机传动效率的监测系统，其特征在于，总动能计算单元计算滚柱丝杠运动过程中的总动能为：元计算滚柱丝杠运动过程中的总动能为：其中p
s
为丝杠螺距，m
n
为等效螺母质量，n
r
为滚柱头数，m
r
为滚柱质量，m
b
保持架质量，J
s
为丝杠转动惯量，r
r
为滚柱节圆半径，r
s
为丝杠节圆半径，J
b
为保持架转动惯量，n
s
为丝杠头数，J
r
滚柱轴线转动惯量，滚柱公转角速度。4.根据权利要求2所述的智能化压力机传动效率的监测系统，其特征在于，第一力矩计算单元计算滚柱丝杠所受的广义力矩为：其中M
s
为丝杠轴输入力矩，n
r
为滚柱头数，μ为丝杠与滚柱接触面摩擦系数，r
s
为丝杠节圆半径，p
s
为丝杠螺距，r
r
为滚柱节圆半径。5.根据权利要求2所述的智能化压力机传动效率的监测系统，其特征在于，第二力矩计算单元计算滚柱丝杠内...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文龙，范元勋，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：