CN108548670A - 一种行星滚柱丝杠副传动误差测量方法 - Google Patents

一种行星滚柱丝杠副传动误差测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种行星滚柱丝杠副传动误差测量方法，属于传动误差测量技术领域。在空载工况下，将行星滚柱丝杠安装于试验装置，初始化各传感器。通过对电机输入转速指令，带动圆光栅和丝杠同步转动，圆光栅即可测的丝杠的转速与转角。丝杠的旋转带动螺母轴向移动，螺母移动时光栅尺读数头随测量头移动产生轴向位移信号。运用计数法与行星滚柱丝杠传动比计算得行星滚柱丝杠的传动误差；在加载工况下，实验装置比于空载工况时增加了加载装置。液压缸为动力源，对固定在螺母外侧的套筒施加给定的轴向力。其余操作，与空载工况下类似，最后可得在给定轴向力作用下行星滚柱丝杠的传动误差。

Description

一种行星滚柱丝杠副传动误差测量方法
技术领域
本发明涉及传动误差测量方法技术领域，具体涉及一种可用于行星滚柱丝杠在空载和加载工况下传动误差的测量方法。
背景技术
随着机电作动器在军用和民用领域的应用和发展，大推力、高精度、高频响、高效率、长寿命的执行机构成为发展需求，而行星滚柱丝杠以其大推力、能在高速和相对恶劣的环境中使用等特点，广泛应用于全电化的飞机器和武器装备，石油化工、数控机床等领域。
传动精度是评价行星滚柱丝杠传动性能优劣的重要指标之一。伺服***的基本性能指标为快速、准确和稳定，作为机电伺服***中的传动机构，行星滚柱丝杠的传动精度对***的静态和动态性能有较大影响。在开环***中，行星滚柱丝杠精度不足会增大***的稳态误差，直接影响整个***的精度；在闭环控制***中，行星滚柱丝杠的传动精度虽然不会影响***的精度，但会影响***的动态性能，行星滚柱丝杠的传动精度不足会增大***的超调量，延长调整时间，从而影响控制***的快速性和准确性。
影响行星滚柱丝杠传动精度的因素非常复杂，各种误差同时并存，精确计算其数值是非常困难的。行星滚柱丝杠***的传动误差数据可用于验证行星滚柱丝杠传动误差的理论计算及分析的正确性，以及确定行星滚柱丝杠的实际传动精度，所以对于行星滚柱丝杠传动误差的研究分析变的相当重要。
发明内容
因此，针对现有技术的上述问题，本发明提出一种可用于行星滚柱丝杠在空载和加载工况下传递误差的测量方法。
具体的，在空载条件下，所述方法包括：
步骤一：将待测行星滚柱丝杠安装于实验台，对圆光栅、光栅尺进行初始化；
步骤二：通过电机输入转速指令，电机经过机械传动装置带动驱动轴，圆光栅器安装在驱动轴上，由驱动轴带动被测丝杠和圆光栅同步转动，读取信号产生角度基准信号，丝杠转动时带动螺母沿轴向移动，螺母移动时光栅读数头随测量头移动产生轴向位移信号，采用高速计数卡同时采集圆光栅和光栅尺的信号，高速计数卡接收光栅和光栅尺信号后进行高倍电子细分并传输给计算机；
步骤三：利用步骤二所得信号计算丝杠转过的角度，即为输入转角；通过传动比关系将丝杠的转角换算成螺母的理论位移；再通过光栅尺实时测量出螺母在该输入转角下的实际位移；最后，实时对比实际位移与理论位移之差即为行星滚柱丝杠的传动误差。
进一步的，所述方法步骤一中采取一端固定一端自由的安装方式将待测行星滚柱丝杠安装于实验台。
进一步的，所述方法步骤一中还包括：检查测控***参数设置是否正常并确保能够进行正常的测试及控制，正常工作后，对行星滚柱丝杠进行缓慢地跑合，观察测量***是否运转正常，同时确定测量时行星滚柱丝杠运动的起始位置。
在加载工况下，所述方法包括：
步骤一：将待测行星滚柱丝杠安装于实验台，试验台设置加载装置，采用液压加载方式对行星滚柱丝杠进行轴向加载，以液压缸为动力源，通过复合控制器来实现加载力大小的调整，在液压缸输出端连接力传感器，在计算机测控程序中加入力循环控制***，对圆光栅、光栅尺进行初始化；
步骤二：输入载荷指令并通过复合控制器控制液压缸，同时液压缸的输出端的拉压力传感器对复合传感器进行反馈调节，以得到可靠的行星滚柱丝杠轴向输入载荷并通过套筒作用在螺母上，通过电机输入转速指令，圆光栅器安装在驱动轴上，由驱动轴带动被测丝杠和圆光栅同步转动，读取信号产生角度基准信号，丝杠转动时带动螺母沿轴向移动，螺母移动时光栅读数头随测量头移动产生轴向位移信号，采用高速计数卡同时采集圆光栅和光栅尺的信号，高速计数卡接收光栅和光栅尺信号后进行高倍电子细分并传输给计算机；
步骤三：利用步骤二所得信号计算丝杠转过的角度，即为输入转角；通过传动比关系将丝杠的转角换算成螺母的理论位移；再通过光栅尺实时测量出螺母在该输入转角下的实际位移；最后，实时对比实际位移与理论位移之差即为行星滚柱丝杠的传动误差。
当施加轴向载荷时，在固定端处行星滚柱丝杠的运动更稳定。所以在靠近丝杠固定端的行程段处进行数据采集，以提高测量的准确性。
进一步的，所述方法步骤一中采取一端固定一端自由的安装方式将待测行星滚柱丝杠安装于实验台。
进一步的，所述方法步骤一中还包括：检查测控***参数设置是否正常并确保能够进行正常的测试及控制，正常工作后，对行星滚柱丝杠进行缓慢地跑合，观察测量***是否运转正常，同时确定测量时行星滚柱丝杠运动的起始位置。
本发明的技术效果为，本发明提出一种行星滚柱丝杠副传动误差测量方法，在空载和加载两种工况下，实现了行星滚柱丝杠副传动误差的精确测量，相比于现有技术的测量方法，本发明的测量方法更加快速准确。
附图说明：
图1为实施例1空载工况下传动误差测量***原理图。
图2为实施例2加载工况下传动误差测量***原理图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行说明：
实施例1
行星滚柱丝杠传动误差的测量方法，包括以下步骤：
空载工况下传动误差的测量：
第一步：如图1所示，为在同一实验装置下对不同长度、不同直径行星滚柱丝杠传动精度的测量，在该测量方法中采取一端固定一端自由的安装方式将待测行星滚柱丝杠安装于实验台，对圆光栅2、光栅尺4进行初始化，检查测控***参数设置是否正常确保能够进行正常的测试及控制。对行星滚柱丝杠3进行缓慢的跑合，观察实验***是否运转正常，同时确定行星滚柱丝杠3往复运动的起始位置。
第二步：测量***正常工作后，通过电机1输入转速指令。电机经过机械传动装置带动驱动轴，圆光栅2安装在驱动轴上，测量时由驱动轴带动被测丝杠301和圆光栅2同步转动，读取信号产生角度基准信号。丝杠301转动时带动螺母302沿轴向运动，螺母302移动时光栅读数头随测量头移动产生轴向位移信号。为测量传动误差准确值，***必须保证角度基准位移信号与轴向位移信号同步采集，因此采用了高速计数卡5同时采集圆光栅2和光栅尺4的信号，记数卡接收圆光栅2和光栅尺4信号后进行高倍电子细分，获得高精度数据并传输到计算机6中进行分析计算。
第三步：根据计数法测量原理，将所得脉冲信号转换为丝杠转过的角度，即为输入转角；其次，通过传动比关系将丝杠的转角换算成螺母的理论位移；再通过光栅尺实时测量出螺母在该输入转角下的实际位移；最后，实时对比实际位移与理论位移之差即为行星滚柱丝杠的传动误差。丝杠每转一周圆光栅产生N个角脉冲信号，当丝杠转过M个角脉冲信号后，即转过M/N转，则丝杠在该时间段内转过的角度为2πM/N。根据行星滚柱丝杠的传动原理，丝杠每转一周，螺母轴向移动的距离即为丝杠的导程LS。当丝杠301转过M个角脉冲时，螺母302的理论为St＝2πMLS/N。再通过光栅尺4实时测量出螺母302在该输入转角下的实际位移Sp；最后，实时对比实际位移St与理论位移Sp之差即为行星滚柱丝杠的传动误差Δ＝St-Sp。
实施例2
如图2所示，加载工况下的实验装置相比于空载工况时增加了加载装置7。采用液压加载方式对行星滚柱丝杠3进行轴向加载，以液压缸703为动力源，通过复合控制器704来实现加载力大小的调整。并在液压缸输出端连接力传感器701，并且在测控程序中加入力反馈调节702，减小对数据采集***的干扰。
当施加轴向载荷时，在固定端处行星滚柱丝杠3的运动更稳定。所以在靠近丝杠301固定端的行程段处进行数据采集，以提高测量的准确性。
第一步：同空载工况下的第一步。
第二步：输入载荷指705令并通过复合控制器704控制液压缸703，同时液压缸的输出端的拉压力传感器701可对复合控制器704通过力反馈调节702进行调节，以得到可靠的行星滚柱丝杠轴向输入载荷并通过套筒303作用在螺母302上。将螺母302端缓慢加载到初始加载力，待液压力701稳定后给伺服电机1工作转速指令，其余操作同空载工况下的第二步。
第三步：同空载工况下的第三步。最后所得实际位移St与理论位移Sp之差即为在加载工况下测量时第二步中轴向载荷作用下的传动误差Δ＝St-Sp。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护。

Claims (6)

1.一种行星滚柱丝杠副传动误差测量方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一：将待测行星滚柱丝杠安装于实验台，对圆光栅、光栅尺进行初始化；
步骤二：通过电机输入转速指令，电机经过机械传动装置带动驱动轴，圆光栅器安装在驱动轴上，由驱动轴带动被测丝杠和圆光栅同步转动，读取信号产生角度基准信号，丝杠转动时带动螺母沿轴向移动，螺母移动时光栅读数头随测量头移动产生轴向位移信号，采用高速计数卡同时采集圆光栅和光栅尺的信号，高速计数卡接收光栅和光栅尺信号后进行高倍电子细分并传输给计算机；
步骤三：利用步骤二所得信号计算丝杠转过的角度，即为输入转角；通过传动比关系将丝杠的转角换算成螺母的理论位移；再通过光栅尺实时测量出螺母在该输入转角下的实际位移；最后，实时对比实际位移与理论位移之差即为行星滚柱丝杠的传动误差。
2.如权利要求1所述的行星滚柱丝杠副传动误差测量方法，其特征在于，所述方法步骤一中采取一端固定一端自由的安装方式将待测行星滚柱丝杠安装于实验台。
3.如权利要求2所述的行星滚柱丝杠副传动误差测量方法，其特征在于，所述方法步骤一中还包括：检查测控***参数设置是否正常并确保能够进行正常的测试及控制，正常工作后，对行星滚柱丝杠进行缓慢地跑合，观察测量***是否运转正常，同时确定测量时行星滚柱丝杠运动的起始位置。
4.一种行星滚柱丝杠副传动误差测量方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一：将待测行星滚柱丝杠安装于实验台，试验台设置加载装置，采用液压加载方式对行星滚柱丝杠进行轴向加载，以液压缸为动力源，通过复合控制器来实现加载力大小的调整，在液压缸输出端连接力传感器，在计算机测控程序中加入力循环控制***，对圆光栅、光栅尺进行初始化；
步骤二：输入载荷指令并通过复合控制器控制液压缸，同时液压缸的输出端的拉压力传感器对复合传感器进行反馈调节，以得到可靠的行星滚柱丝杠轴向输入载荷并通过套筒作用在螺母上，通过电机输入转速指令，圆光栅器安装在驱动轴上，由驱动轴带动被测丝杠和圆光栅同步转动，读取信号产生角度基准信号，丝杠转动时带动螺母沿轴向移动，螺母移动时光栅读数头随测量头移动产生轴向位移信号，采用高速计数卡同时采集圆光栅和光栅尺的信号，高速计数卡接收光栅和光栅尺信号后进行高倍电子细分并传输给计算机；
步骤三：利用步骤二所得信号计算丝杠转过的角度，即为输入转角；通过传动比关系将丝杠的转角换算成螺母的理论位移；再通过光栅尺实时测量出螺母在该输入转角下的实际位移；最后，实时对比实际位移与理论位移之差即为行星滚柱丝杠的传动误差。
5.如权利要求4所述的行星滚柱丝杠副传动误差测量方法，其特征在于，所述方法步骤一中采取一端固定一端自由的安装方式将待测行星滚柱丝杠安装于实验台。
6.如权利要求5所述的行星滚柱丝杠副传动误差测量方法，其特征在于，所述方法步骤一中还包括：检查测控***参数设置是否正常并确保能够进行正常的测试及控制，正常工作后，对行星滚柱丝杠进行缓慢地跑合，观察测量***是否运转正常，同时确定测量时行星滚柱丝杠运动的起始位置。
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