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高速滚珠丝杠副综合性能测试与试验台优化设计研究

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摘要

1 绪论

1.1 滚珠丝杠副工作原理

1.2 高速滚珠丝杠的极限转速

1.2.1 共振限定的极限转速N1

1.2.2 DN值限定的极限转速N2

1.3 滚珠丝杠副性能检测试验台简介

1.4 论文主要工作

2 测试方案总体设计

2.1 测试方案设计要求

2.2 测试方案设计原则

2.3 测试系统设计

2.3.1 机械系统原理

2.3.2 硬件选型

2.3.3 数据采集原理

2.4 测试方法的确定

2.4.1 测试条件

2.4.2 测试规程

3 试验台机械结构设计及关键部件优化设计

3.1 试验台机械机构的确定

3.1.1 试验台传动方案的确定

3.1.2 工作台安装方式的设计

3.1.3 高精度定位方式的设计

3.2 试验台床身结构优化设计

3.2.1 床身设计原则

3.2.2 床身总体设计

3.2.3 床身的优化

3.3 丝杠支撑单元优化设计

3.4 摩擦扭矩测试结构优化设计

3.5 总结

4 控制系统构建

4.1 驱动电机选择

4.2 电机选型计算

4.3 信号反馈方式

4.4 数控系统搭建

5 测试系统设计

5.1 精度测量系统设计

5.1.1 精度测量原理

5.1.2 精度测量传感器

5.2 加速度、振动测量系统设计

5.2.1 加速度、振动测量原理

5.2.2 加速度、振动传感器

5.3 温升测量系统设计

5.3.1 温升测量原理

5.3.2 温升测量传感器

5.4 温位移测量系统设计

5.4.1 温位移测量原理

5.4.2 温位移测量传感器

5.5 噪声测量系统设计

5.5.1 噪声测量原理

5.5.2 噪声测量传感器

5.6 摩擦扭矩测量系统设计

5.6.1 摩擦扭矩测量原理

5.6.2 摩擦扭矩测量传感器

5.7 效率测量系统设计

5.7.1 效率测量原理

5.7.2 效率测量传感器

5.8 测试软件设计

6 试验台误差分析

6.1 阿贝误差原理

6.2 试验台几何精度的保证

6.3 试验台误差计算

6.3.1 导轨误差

6.3.2 支撑单元安装误差

6.3.3 圆磁栅误差

6.3.4 直线光栅误差

6.3.5 误差合成

7 总结与展望

7.1 论文工作总结

7.2 需要改进的方面

致谢

参考文献

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摘要

近年来,随着伺服技术的快速发展,电机技术已经相当成熟,高速驱动已经可以达到很高的水平。基于这个原因,在机床行业提出了快速进给的要求,即需要刀具或工作台等部件以更高的速度与加速度准确运动到位。一般来说,高速进给的速度要达到60m/min,加速度要达到1g。作为传动链的重要一环,滚珠丝杠高速化的研究显得越来越重要。
  本文设计了一套完整的高速滚珠丝杠副综合性能测试系统。该测试系统可以准确测量滚珠丝杠运行过程中的精度、温升、噪声、温位移、效率与摩擦扭矩,其测量所得数据可以作为被测丝杠是否合格的依据,同时可以用来比对不同滚珠丝杠性能的优劣。
  试验台的机械部分采取优化设计,对重要部件提出多种设计方案。对各方案作对比并选用性能最优的为最终方案。使用有限元软件Abaqus对床身进行了模态分析,优化了床身的筋板设计。
  本文对测控系统进行了设计和搭建。数控系统可以可靠地驱动滚珠丝杠副高速运行,测试系统可以准确地采集滚珠丝杠副的运行数据,部分数据经过计算,就可以得到被测丝杠的综合性能参数及摩擦扭矩。这些参数被录入数据库,可供查询与比对。
  论文最后对试验台的测试误差进行了分析。提出了在测试丝杠轴线精度时阿贝误差对测试精度的影响,经过理论分析给出具体的计算公式,并运用该公式验算了本试验台的测量误差在规定的误差范围内,保证试验台测量数据是有效的、可靠的。

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