一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统及测试方法技术方案

本发明专利技术公开了一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统及测试方法，属于滚珠丝杠测试技术领域，解决现有技术中无法对滚珠自转或公转速度以及接触面摩擦系数进行测量的技术问题。它包括机箱、设置于所述机箱内部的驱动机构以及分别与所述机箱连接的加载组件和滚珠运动图像采集组件；所述加载组件包括驱动盘、进给加载模块、设置于所述驱动盘上方的透明加载盘以及与所述透明加载盘连接的扭矩传感器，所述驱动盘的上端面与所述透明加载盘的下端面之间设置有环形滚道，所述环形滚道内放置有滚珠。本发明专利技术滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统及测试方法，能够更好的用于滚珠自转或公转速度以及接触界面摩擦系数的测量工作，结构简单，装配方便。装配方便。装配方便。

【技术实现步骤摘要】
一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统及测试方法


[0001]本专利技术涉及滚珠丝杠测试
，具体涉及一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统及测试方法。

技术介绍

[0002]在滚珠丝杠副中，滚珠在滚道循环中的运动流畅性关系着滚珠丝杠副整体的工作性能。滚珠的打滑会导致界面摩擦力急增，从而产生摩擦生热严重、机构运转卡滞及传动性能下降等诸多问题。
[0003]因此，需要针对滚珠的公转/自转速度及滚珠
‑
滚道接触界面摩擦力的变化规律进行真实原位测试，有利于滚珠丝杠副的精确建模与优化设计。
[0004]此外，滚珠的运动完全由滚珠摩擦与运动的摩擦力驱动，但目前对于滚珠的运动学分析单纯依靠理论建模，无法对滚珠公转/自转速度及接触界面摩擦系数进行测量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统及测试方法，以解决现有技术中无法对滚珠自转或公转速度以及接触面摩擦系数进行测量的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术提供的一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统，包括机箱、设置于所述机箱内部的驱动机构以及分别与所述机箱连接的加载组件和滚珠运动图像采集组件；所述加载组件包括驱动盘、进给加载模块、设置于所述驱动盘上方的透明加载盘以及与所述透明加载盘连接的扭矩传感器，所述驱动盘的上端面与所述透明加载盘的下端面之间设置有环形滚道，所述环形滚道内放置有滚珠；透明加载盘所述扭矩传感器上端通过连接板与所述进给加载模块连接。
[0007]可选的或优选的，所述滚珠运动图像采集组件包括高速摄像机和图像处理模块，所述高速摄像机通过固定杆固定于所述机箱上，且所述固定杆与所述高速摄像机的连接处设置有万向球铰；所述图像处理模块设置于所述机箱内，所述高速摄像机与所述图像处理模块通信连接。
[0008]可选的或优选的，所述驱动机构包括设置于所述机箱内的驱动电机以及传动组件，所述驱动电机的电机轴通过联轴器一与所述传动组件连接。
[0009]可选的或优选的，所述传动组件包括主动轮、从动轮以及连接所述主动轮与所述从动轮的皮带；所述主动轮与所述联轴器一连接，所述从动轮通过主轴与所述驱动盘连接，所述从动轮与所述主轴之间通过联轴器二连接，所述主轴与所述驱动盘之间通过联轴器三连接。
[0010]可选的或优选的，所述进给加载模块包括丝杠以及用于驱动所述丝杠的驱动器；所述连接板上设置有与所述丝杠螺纹连接的螺纹孔。
[0011]一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试方法，包括以下步骤：
S1、将所述透明加载盘与所述驱动盘对正，使得所述透明加载盘与驱动盘的轴线在同一直线上；S2、完成所述滚珠位置和姿态的初始标定；S3、通过所述万向球铰调整所述高速摄像机的位置，使所述高速摄像机能够清楚记录所述滚珠的位置和姿态信息；S4、通过所述进给加载模块，使所述连接板带动所述透明加载盘对所述滚珠施加一稳定载荷；通过驱动电机，使得所述传动组件带动所述驱动盘转动，所述驱动盘通过摩擦力作用驱动所述滚珠在环形滚道内发生滑动、滚动、旋动或由滑动、滚动及旋动组成的复合运动；S5、通过所述扭矩传感器实时记录所述透明加载盘所受扭矩，换算得到所述滚珠上的平均摩擦力；S6、通过所述高速摄像机拍摄所述滚珠在运动过程中姿态位置图像，并通过所述图像处理模块进行存储；S7、通过图像处理方法计算出所述滚珠的速度特征。
[0012]可选的或优选的，S2中所述滚珠位置和姿态初始标定的方法，包括以下步骤：S21、假设所述透明加载盘、驱动盘和所述高速摄像机空间中位置不变，使用笛卡尔坐标系对所述滚珠采集区域进行10
×
10方格标定；S22、在试验用滚珠外表面设置参照标记。
[0013]可选的或优选的，S5中换算所述滚珠上平均摩擦力的方法，包括以下步骤：S51、通过扭矩传感器记录所述透明加载盘所受扭矩，计算所述滚珠与环形滚道之间的摩擦力f，计算过程如下：其中，T
z
为扭矩传感器记录所述透明加载盘所受扭矩，f为滚珠与环形滚道之间的摩擦力，R
g
为环形滚道半径；S52、通过进给加载模块得到加载载荷Q，结合滚珠与环形滚道之间的摩擦力f，计算过程如下：其中，
µ
为单个滚珠的平均摩擦力，Q为进给加载模块中得到的加载载荷。
[0014]可选的或优选的，S7中所述的图像处理方法，包括以下步骤：S71、通过高速摄像机确定滚珠绕环形滚道旋转一圈的时间为，滚珠绕自身轴线旋转一圈的时间为；S72、计算得到滚珠的公转速度ω
b
、以及滚珠的自转速度ω
x
，计算过程如下：其中，ω
b
为滚珠的公转速度，ω
x
为滚珠的自转速度，为滚珠绕环形滚道旋转
一圈的时间，为滚珠绕自身轴线旋转一圈的时间。
[0015]基于上述技术方案，本专利技术实施例至少可以产生如下技术效果：（1）本专利技术提供的一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统及测试方法，通过滚珠运动图像采集系统，采集到滚珠运动图像信息，由此计算得到滚珠的公转/自转速度，有效的解决了现有技术无法测试不同工况下滚珠运动速度特征的准确测量的难题；（2）通过滚珠摩擦与运动摩擦学性能原位等效试验系统，采集到滚动螺旋传动界面原位等效摩擦力，有效的解决了现有技术无法测试不同工况下滚动螺旋传动界面的摩擦力实时测量的难题；（3）通过不同型号滚珠丝杠副而设计驱动盘、透明加载盘及滚珠尺寸，对于不同滚珠丝杠副的测试安装，更为方便、容易操作；（4）能够同时测量接触界面的摩擦力和滚珠的运动速度特征，可以揭示滚珠运动与摩擦的相会作用规律。
附图说明
[0016]图1是本专利技术一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统的结构示意图；图2是本专利技术一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统驱动盘
‑
滚珠
‑
透明加载盘的结构示意图。
[0017]图中：1、万向球铰；2、高速摄像机；3、扭矩传感器；4、透明加载盘；5、驱动盘；6、联轴器三；7、主轴；8、联轴器二；9、机箱；10、传动组件；101、从动轮；102、皮带；103、主动轮；11、联轴器一；12、驱动电机；13、进给加载模块；14、图像处理模块；15、滚珠；16、固定杆。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术实施例中的附图；对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例都属于本专利技术保护的范围。
[0019]请参阅图1至图2，一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统，包括一L型机箱9，机箱9包括一水平放置的水平段和一垂直放置的垂直段，上述机箱9垂直段上部设置有滚珠运动图像采集组件，下部设置有驱动电机12；机箱9水平段内设置有传动组件10，机箱9水平段上端面设置有加载组件，传动组件10用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统，其特征在于，包括机箱（9）、设置于所述机箱（9）内部的驱动机构以及分别与所述机箱（9）连接的加载组件和滚珠运动图像采集组件；所述加载组件包括驱动盘（5）、进给加载模块（13）、设置于所述驱动盘（5）上方的透明加载盘（4）以及与所述透明加载盘（4）连接的扭矩传感器（3），所述驱动盘（5）的上端面与所述透明加载盘（4）的下端面之间设置有环形滚道，所述环形滚道内放置有滚珠（15）；透明加载盘所述扭矩传感器（3）上端通过连接板（17）与所述进给加载模块（13）连接。2.根据权利要求1所述的滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统，其特征在于，所述滚珠运动图像采集组件包括高速摄像机（2）和图像处理模块（14），所述高速摄像机（2）通过固定杆（16）固定于所述机箱（9）上，且所述固定杆（16）与所述高速摄像机（2）的连接处设置有万向球铰（1）；所述图像处理模块（14）设置于所述机箱（9）内，所述高速摄像机（2）与所述图像处理模块（14）通信连接。3.根据权利要求1所述的滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统，其特征在于，所述驱动机构包括设置于所述机箱（9）内的驱动电机（12）以及传动组件（10），所述驱动电机（12）的电机轴通过联轴器一（11）与所述传动组件（10）连接。4.根据权利要求3所述的滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统，其特征在于，所述传动组件（10）包括主动轮（103）、从动轮（101）以及连接所述主动轮（103）与所述从动轮（101）的皮带（102）；所述主动轮（103）与所述联轴器一（11）连接，所述从动轮（101）通过主轴（7）与所述驱动盘（5）连接，所述从动轮（101）与所述主轴（7）之间通过联轴器二（8）连接，所述主轴（7）与所述驱动盘（5）之间通过联轴器三（6）连接。5.根据权利要求1所述的滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统，其特征在于，所述进给加载模块（13）包括丝杠以及用于驱动所述丝杠的驱动器；所述连接板（17）上设置有与所述丝杠螺纹连接的螺纹孔。6.一种滚珠摩擦与运动的原位等效测试方法，其特征在于，基于权利要求1
‑
5中任意一项所述的滚珠摩擦与运动的原位等效测试系统进行测试，包括以下步骤：S1、将所述透明加载盘（4）与所述驱动盘（5）对正，使得所述透明加载盘（4）与驱动盘（5）的轴线在同一直线上；S2、完成所述滚珠（15）位置和姿态的初始标定；S3、通过所述万向球铰（1）调整所述高速摄像机（2）的位置，使所述高速摄像机（2）能够清楚记录所述滚珠（15）的位置和姿态信息；S4、通...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒲伟，张育豪，刘文轩，刘悦沆，苗江海，周广武，周青华，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：