滾動直線導軌副液壓加載實驗裝置設計說明書

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1、山東建筑大學畢業(yè)說明書 本科畢業(yè)設計說明書 題 目： 滾動直線導軌副液壓加載實驗裝置 院 （部）： 專 業(yè)： 機械工程及自動化 班 級： 姓 名： 學 號： 指導教師： 完成日期： 2013年6月15日 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 1 前 言 1 1.1滾動直線導軌副系統(tǒng)概述 1 1.1.1滾動直線導軌副發(fā)展狀況及趨勢 1 1.1.2滾珠直線導軌副特點及其液壓加載現(xiàn)狀 1 1.1.2.1滾珠直線導軌副特點 1 1.1.2.2

2、液壓加載 3 1.2 課題任務 4 1.2.1課題背景和研究意義 4 1.2.2課題任務 4 2 滾動導軌液壓加載實驗裝置總體方案的設計 5 2.1滾珠直線導軌副液壓加載實驗裝置系統(tǒng)設計 5 2.1.1滾動直線導軌副液壓加載試驗裝置的機械結構設計 5 2.1.2滾動直線導軌副液壓加載試驗裝置的加載結構設計 6 2.1.3滾動直線導軌副液壓加載試驗裝置的控制系統(tǒng)設計 6 2.2電機的選擇 7 2.3液壓缸的選擇 8 2.3.1初選缸徑/桿徑 8 2.3.2選定行程/安裝方式 11 2.3.3端位緩沖的選擇 13 2.3.4油口

3、類型與通徑選擇 13 2.3.5特定工況對條件選擇 13 2.3.6密封件品質的選擇 14 2.3.7其它特性的選擇 15 2.4傳感器的選擇 15 2.4.1力傳感器的選擇 15 2.4.2電阻應變式的原理 16 3 硬件電路設計 17 3.1放大電路的設計 17 3.1.1 CF741的特點 17 3.2模數(shù)轉換電路的設計 18 3.2.1ADC0809 19 結論 21 謝 辭 22 參考文獻 23 附 錄 31 摘 要 滾動直線導軌是在滑塊與導軌之間放入適當

4、的鋼球，使滑塊與導軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低二者之間的運動摩擦阻力，從而獲得： 動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅動信號與機械動作滯后的時間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應速度和靈敏度。驅動功率大幅度下降，只相當于普通機械的十分之一。與V型十字交叉滾子導軌相比，摩擦阻力可下降約40倍。適應高速直線運動，其瞬時速度比滑動導軌提高約10倍。能實現(xiàn)高定位精度和重復定位精度。能實現(xiàn)無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度。 成對使用導軌副時，具有“誤差均化效應”，從而降低基礎件（導軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎件的機械制造成本與難度。滾動直線導軌副是由導軌、滑塊、鋼球、返向器

5、、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當導軌與滑塊作相對運動時，鋼球就沿著導軌上的經過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進入返向孔后再進入滾道，鋼球就這樣周而復始地進行滾動運動。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進入滑塊內部。 本文通過大量的算例分析表明:該滾動直線導軌副液壓加載裝置能對滾動直線導軌的垂直方向上的承載及加載能力進行測試，以滿足不同場合滾動直線導軌副的承載及加載能力的要求。 關鍵詞：滾動直線導軌副；液壓加載；承載和加載能力；測試 Rolling linear gu

6、ide pair of hydraulic loading experiment device ABSTRACT Linear rolling guide is between slide block and the guide rail steel ball that is put in the appropriate,Between the slider and the guide rail sliding friction into rolling friction, greatly reducing the m

7、ovement of the friction resistance between them, thereby gaining: dynamic and static friction force is small, the difference between the servo sex is wonderful,the drive signal and mechanical action lags behind the very short time interval,Is beneficial to improve the response speed of the CNC syste

8、m and sensitivity.In driving power, only equivalent to one over ten of the general machinery.Compared with v-shaped cross roller guide rail, which is about 40 times lower friction resistance. To adapt to high speed linear motion, the instantaneous speed about 10 times greater than that of the slide

9、guide.To achieve high localization accuracy and repeat precision. Can realize zero clearance exercise, enhance the stiffness of the movement of mechanical systems. Use guide in pairs, with "error homogenization effect", reducing basic pieces of guide rail mounting surface) (processing accuracy, r

10、educe the basis of mechanical manufacturing cost and the difficulty.。Rolling linear guide pair is from the guide rail, slider, ball, to return to, cage, end cover and seal baffle, etc. When the guide rail and slide block for relative motion, through hardened steel ball is along the guide rail and t

11、he precision grinding processing of four roller rolling, again at the end of the slider ball device via the return (return to) return to the hole and then into the raceway, Steel ball so repeatedly rolling motion. To return to the dust-proof sealed cover on both ends of the device, which can effecti

12、vely prevent dust, sawdust into the sliding block inside. In this article, through plenty of example analysis show that the linear rolling guide vice hydraulic loading equipment can be perpendicular to the direction of rolling linear guide bearing and load capacity test, in order to meet the differ

13、ent occasions of rolling linear guide pair load and load capacity requirements. Key Words:Linear rolling guide vice;Hydraulic loading;Load and load capacity;test V 1 前 言 1.1 滾動直線導軌副系統(tǒng)概述 1.1.1 滾動直線導軌副發(fā)展狀況及趨勢 滾動直線導軌副作為精密直線導向運動部件,已經越來越多地被各種數(shù)控機械、自動化裝備等所應用。作為滾動部件的一個重要組成部分,滾動直線導軌副不僅能很輕易地

14、實現(xiàn)精密直線導向運動,還具有很強的承載能力和可調的剛性;同現(xiàn)有的滑動導軌相比,還具有諸多的優(yōu)良特性。滾動直線導軌副以其獨有的特性．逐漸取代了傳統(tǒng)的滑動直線導軌，在工業(yè)生產中得到了廣泛的應用。目前國內絕大部分的滾動直線導軌副的生產研制還處于便捷型階段，在產品的工藝裝備、品種的多樣化等方面，可能與國外懸殊較大。 滾動直線導軌副的新類型、新功能目前在不斷涌現(xiàn)，并正在向組合化、集成化、高速、低噪音、智能化方向發(fā)展。 1.1.2 滾珠直線導軌副特點及其液壓加載現(xiàn)狀 1.1.2.1 滾珠直線導軌副特點 滾珠直線導軌副是由直線導軌、滾珠、滾珠滑座和相關循環(huán)零件組成的精密直線導向部件。

15、擁有比直線軸承更高的額定負載，同時可以承受一定的扭矩，可在高負載的情況下實現(xiàn)高精度高隨動性的直線運動導向。由于其直線導向精度和機械效率高、可靠性和標準化程度好等特點，被廣泛應用于數(shù)控機床、自動化設備、測量儀器、印刷包裝機械、紡織機械、制藥機械、玻璃機械以及其他需要精密直線導向的領域。 工作時，滑塊沿導軌做往復直線運動，位于導軌軌道面與滑塊軌道面之間的滾珠在保持器的維持下，在滾道內進行連續(xù)的循環(huán)運動，從而實現(xiàn)滑塊與導軌raJ的相對運動。滾動直線導軌副是一種新型的作相對往復直線運動的滾動支承，以導軌和滑塊間的滾珠滾動來避免導軌面與滑塊面的直接接觸，以滾動摩擦代替了滑動摩擦。滾動直線導軌副

16、的摩擦系數(shù)為滑動導軌的護’1左右，這不僅可扭提高滑塊的運動速度、保證滑塊的運動精度，同時還可延長滾動直線導軌副使用的壽命。 a.定位精度高 滾動直線導軌的運動借助鋼球滾動實現(xiàn)，導軌副摩擦阻力小，動靜摩擦阻力差值小，低速時不易產生爬行。重復定位精度高，適合作頻繁啟動或換向的運動部件。可將機床定位精度設定到超微米級。同時根據(jù)需要，適當增加預載荷，確保鋼球不發(fā)生滑動，實現(xiàn)平穩(wěn)運動，減小了運動的沖擊和振動。 b.磨損小 對于滑動導軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產生的運動精度誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產生的直接摩擦是無法避免的

17、，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能小，滾動面的摩擦損耗也相應減少，故能使?jié)L動直線導軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設計及使用維護方面都變的非常容易。 c.適應高速運動且大幅降低驅動功率 采用滾動直線導軌的機床由于摩擦阻力小，可使所需的動力源及動力傳遞機構小型化，使驅動扭矩大大減少，使機床所需電力降低80%，節(jié)能效果明顯?？蓪崿F(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率20~30%。 d.承載能力強 滾動直線導軌副具有較好的承載性能，可以承受不同方向的力和力矩載荷，如承受上下左右方向的力,以及顛簸力矩、搖動力

18、矩和擺動力矩。因此，具有很好的載荷適應性。在設計制造中加以適當?shù)念A加載荷可以增加阻尼，以提高抗振性，同時可以消除高頻振動現(xiàn)象。而滑動導軌在平行接觸面方向可承受的側向負荷較小，易造成機床運行精度不良。 e.組裝容易并具互換性 傳統(tǒng)的滑動導軌必須對導軌面進行刮研，既費事又費時，且一旦機床精度不良，必須再刮研一次。滾動導軌具有互換性，只要更換滑塊或導軌或整個滾動導軌副，機床即可重新獲得高精度。 如前所述，由于滾珠在導軌與滑塊之間的相對運動為滾動，可減少摩擦損失。通常滾動摩擦系數(shù)為滑動摩擦系數(shù)的2%左右，因此采用滾動導軌的傳動機構遠優(yōu)越于傳統(tǒng)滑動導軌。 1.1.2.2 液壓加載 在用液

19、壓加載的裝置當中，它必須要有一個承力的裝置，把它叫做承載架，或者叫做加荷架。它要承受加載器的反力，這個加載器一方面給這個試件加上力，同時它這個反力由加載架來承受，最后來傳遞到試驗臺上去。 a．液壓加載的分類 液壓加載可以通過這么幾種方式來進行，一共有四種：一種叫液壓千斤頂，一種叫單向作用液壓加載器，一種叫雙向作用液壓加載器，還有一種是比較現(xiàn)代化的叫電液伺服加載器。 液壓加載器咱們介紹了四種，一個就是普通的液壓千斤頂，再一個就是單作用的加載器，一個雙向作用加載器和一個電液伺服的作動器。電液伺服的作動器，為什么它不叫加載器呢？因為，這個電液伺服作動器，這個作動器是

20、起自動控制作用的，自動控制里的執(zhí)行元件一般叫做作動器。 但是光有一個加載器實際上還不能實現(xiàn)加載，還要形成一個液壓加載系統(tǒng)，這個液壓加載系統(tǒng)就像開頭咱們講到的它要有油管，有泵等等。 b．液壓加載系統(tǒng) （1）液壓試驗機，在這講的液壓試驗機是液壓的結構試驗機。 （2）普通的液壓加載系統(tǒng)。所謂普通液壓加載系統(tǒng)，就是用前面介紹過的單作用的加載器和雙向作用加載器，再配上油管，配上油泵一些控制閥等等構成液壓系統(tǒng)。 （3）電液伺服加載系統(tǒng)。 1.2 課題任務 1.2.1 課題背景和研究意義 在機械工業(yè)自動化的發(fā)展中，由于快速進給速度和切削進給速度的不斷高速化，以及NC工作機械的

21、大量使用和精度的不斷提高，以前廣泛使用的滑動導軌，由于有許多不足之處而急速地被滾動直線導軌代替，因此滾動直線導軌副在機械傳動中得到了日益廣泛的應用。在現(xiàn)在生產的規(guī)模化和集成化，需要對滾動直線導軌加載狀態(tài)的性能指標進行檢測試驗。滾動直線導軌副液壓加載試驗裝置設備主要解決規(guī)?；a條件下，滾動直線導軌產品的可靠性測試和研究用。 隨著國民經濟的持續(xù)快速發(fā)展，尤其是制造業(yè)的迅速發(fā)展，為滾動直線導軌產品提供了巨大的市場空間，中國市場強烈的誘惑力，使得世界都把目光聚焦于中國市場，在改革開放短短的幾十年，中國滾動直線導軌制造業(yè)所形成的龐大生產能力讓世界刮目相看。隨著中國電力工業(yè)、數(shù)據(jù)通信業(yè)、城市軌道交通業(yè)

22、、汽車業(yè)以及造船等行業(yè)規(guī)模的不斷擴大，對滾動直線導軌的需求也將迅速增長，未來直線導軌行業(yè)還有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑＴ跐L動直線導軌生成及正式投入使用之前，需要對滾動直線導軌副的垂直方向上的承載及加載能力進行測試，以滿足不同場合滾動直線導軌副的承載及加載能力的要求。 而本設計——滾動直線導軌副液壓加載試驗裝置可實現(xiàn)這一目標。該裝置采用液壓缸進行加載，在床身中間上方的龍門架上安裝加載裝置液壓缸，加載時液壓缸活塞推動活塞桿向下運動?；钊麠U末端是一長方體塊，直線導軌上方是滑塊，滑塊上方是一與活塞末端等大的長方體塊，但此長方體塊上表面有一球形凸起，以使加載時直線導軌受到是豎直向下的加載力?；瑝K與調力塊之間有壓

23、力傳感器，用來測加載力的大小。本設計是靠滾珠絲杠副帶動工作臺做來回往復運動，從而使工作臺上方的直線導軌各部分都受到加載力。 1.2.2 課題任務 本設計主要進行對滾動直線導軌加載狀態(tài)下的性能指標進行檢測試驗；具體要求如下： 1. 試驗臺的移動速度范圍1-120米/分；最高120米/分。 2. 測試、控制滾動直線導軌的垂直加載力的大小。 3. 加載力最大值為被試驗導軌的額定載荷，最小控制單位10公斤。 4. 被測試滾動直線導軌型號為25、35、45 2 滾動導軌液壓加載實驗裝置總體方案的設計 2.1. 滾珠直線導軌副液壓加載實驗裝置系統(tǒng)設計 2.1.1 滾動直線導軌副液

24、壓加載試驗裝置的機械結構設計 滾動直線導軌副液壓加載試驗裝置由床身支架部分、工作臺部分、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、液壓缸加載裝置系統(tǒng)組成。這幾部分要協(xié)同工作，對床身支架結構部分的設計要解決以下問題： （1）床身支架部分要有足夠的剛度和強度，由溫度變化引起的變形要?。? （2）總體布局要合理，能有效的節(jié)省空間，不能占用太大的面積； （3）床身部分要有足夠的剛度、強度和穩(wěn)定性； （4）傳動系統(tǒng)要求傳動精度、效率、穩(wěn)定性、安全性要高。 在床身中間上方的龍門架上安裝加載裝置液壓缸，加載時液壓缸活塞推動活塞桿向下運動?；钊麠U末端是一長方體塊，直線導軌上方是滑塊，滑塊上方是一與活塞末端等大的長方體塊，

25、但此長方體塊上表面有一球形凸起，以使加載時直線導軌受到是豎直向下的加載力?；瑝K與調力塊之間有壓力傳感器，用來測加載力的大小。本設計是靠滾珠絲杠副帶動工作臺做來回往復運動，從而使工作臺上方的直線導軌各部分都受到加載力。 2.1.2.滾動直線導軌副液壓加載試驗裝置的加載結構設計 滾動直線導軌副液壓加載試驗裝置的加載采用液壓缸加載。液壓缸固定在龍門支架上。 （1）龍門支架要有足夠的剛度、強度。 （2）加載裝置要滿足調節(jié)方便、定位精度高，受溫度變化影響小。 2.1.3.滾動直線導軌副液壓加載試驗裝置的控制系統(tǒng)設計 滾動直線導軌副液壓加載試驗裝置的控制系統(tǒng)是對液壓

26、缸加載裝置、傳動系統(tǒng)進行控制，是整個裝置的核心部分。同時，根據(jù)壓力傳感器的示數(shù)大小和要加載力的大小對液壓缸進行調整，使加載力符合要求滾動直線導軌副承載最大加載力。 （1） 控制系統(tǒng)要有足夠的穩(wěn)定性、快速性、準確性； （2） 采用閉環(huán)控制保證控制精度； （3） 采用軟件和電路補償以獲得較精確的誤差曲線； （4） 對采樣信號進行快速、正確的處理。 2.2 電機的選擇 在本設計中要求電機可以頻繁正反轉，并且可以在1-120米/分內實現(xiàn)無級調速，并且具有一定的承受負載能力。以往我們一

27、般選擇具有調速系統(tǒng)的直流電機或鼠籠式交流異步電機，但是由于這兩種電機的調速系統(tǒng)還要專門選配，因此我們在這里選擇市場上比較流行的開關磁組式電機調速系統(tǒng)（SRD）面簡單介紹一下該電機。 開關磁阻電動機調速系統(tǒng)SRD（SwitchedReluctanceDrive）是繼變頻調速系統(tǒng)、無換向器電動機調速系統(tǒng)之后發(fā)展起來的最新一代交流無級調速系統(tǒng)。它具有結構簡單、堅固、成本低、工作可靠、控制靈活、運行效率高等諸多優(yōu)點，由其構成的傳動系統(tǒng)具有交、直流傳動系統(tǒng)所沒有的優(yōu)點。 本系統(tǒng)中電機的主要作用是帶動滾珠直線導軌旋轉，因此要求功率不大。摩擦力矩即負載轉矩的大小為Tw=26Nm左右，電機轉速 ,

28、取0.96，， 則 ， (2-1) , (2-2) 電機采用B3形式安裝，防護等級為IP44封閉式。 在本系統(tǒng)中選擇由北京銳力宏業(yè)科貿中心和中紡機電研究所生產的開關磁阻電動機調速體統(tǒng)H系列的H132A型。 H132A型開關磁阻電動機調速系統(tǒng)的各項指標： 輸入電壓3相AC380/50Hz,額定轉速1500rpm, 功率為5.5Kw,價格（含稅價）為12500元，制動電阻R為36Ω，則額定電流 H132A型開關磁阻電動機調速系統(tǒng)的特性： ■ 高起

29、動轉矩（150%），低起動電流（） ■ 適用于頻繁起停及正反轉 ■ 電動機結構簡單、成本低、適用于高速運行 ■ 可控參數(shù)多，調速性能好 ■ 電動機各相獨立工作，系統(tǒng)可靠性極高 ■ 轉速轉矩大范圍變化時保持高的系統(tǒng)效率 ■ 功率電路簡單可靠 ■ 可通過機和電的統(tǒng)一協(xié)調設計滿足各種特殊使用要求 開關磁組式電機調速系統(tǒng)（SRD）的工作原理： SR電機是一種機電能量轉換裝置。根據(jù)可逆原理，SR電機和傳統(tǒng)電機一樣，它既可將電能轉換為機械能—電動運行，在這方面的理論趨于成熟;也可將機械能轉換為電能—發(fā)電運行，其內部的能量轉換關系不能簡單看成是SR電動機的逆過程。本文將從SR

30、電機電動和發(fā)電運行這兩個角度闡述SR電機的運行原理。 2.3 液壓缸的選擇 【液壓缸選定程序】 2.3.1 、初選缸徑/桿徑 ※ 條件一 已知設備或裝置液壓系統(tǒng)控制回路供給液壓缸的油壓P、流量Q及其工況需要液壓缸對負載輸出力的作用方式（推、拉、既推又拉）和相應力（推力F1、拉力F2、推力F1和拉力F2）的大?。☉紤]負載可能存在的額外阻力）。針對負載輸出力的三種不同作用方式，其缸徑/桿徑的初選方法如下： 初定缸徑D：由條件給定的系統(tǒng)油壓P（注意系統(tǒng)的流道壓力損失），滿足推力F1的要求對缸徑D進行理論計算，參選標準缸徑系列圓整后初定缸徑D； 初定桿徑d：由條件給定的輸出力的作

31、用方式為推力F1的工況，選擇原則要求桿徑在速比1.46~2（速比：液壓缸活塞腔有效作用面積與活塞桿腔有效作用面積之比）之間，具體需結合液壓缸回油背壓、活塞桿的受壓穩(wěn)定性等因素，參照相應的液壓缸系列速比標準進行桿徑d的選擇。 ※ 條件二 已知設備或裝置需要液壓缸對負載輸出力的作用方式大小。但其設備或裝置液壓系統(tǒng)控制回路供給液壓缸的油壓P、流量Q等參數(shù)未知，針對負載輸出力的作用方式，其缸徑/桿徑的初選方法如下： （1）根據(jù)本設備或裝置的行業(yè)規(guī)范或特點，確定液壓系統(tǒng)的額定壓力P；專用設備或裝置液壓系統(tǒng)的額定壓力由具體工況定，一般建議在中低壓或中高壓中進行選擇。 （2）根據(jù)本設備或裝置的作業(yè)特

32、點，明確液壓缸的工作速度要求。 （3）參照“條件一”缸徑/桿徑的初選方法進行選擇。 注：缸徑D、桿徑d可根據(jù)已知的推（拉）力、壓力等級等條件由下表進行初步查取。 不同壓力等級下各種缸徑/桿徑對應理論推（拉）力表 序號 缸徑 （mm） 推力（KN） 桿徑 (mm) 拉力（KN） 壓力等級（MPa） 壓力等級（MPa） 7 14 16 21 25 31.5 7 14 16 21 25 31.5 1 32 6 11 13 17 20 25 18 4 8 9 12 14 17 2 40 7 18 20 26 3

33、1 40 20 7 13 15 20 24 30 22 6 12 14 18 22 28 25 5 11 12 16 19 24 28 4 9 10 13 16 20 3 50 14 27 31 41 49 62 25 10 21 24 31 37 46 28 9 19 22 28 34 42 32 8 16 19 24 29 37 36 7 13 15 20 24 30 4 63 22 44 50 65 78 98 32 16 32 37

34、 49 58 73 35 15 30 34 45 54 68 45 11 21 24 32 38 48 5 80 35 70 80 106 126 158 40 26 53 60 79 94 119 45 24 48 55 72 86 108 55 19 37 42 56 66 83 6 90 45 89 102 134 159 200 45 33 67 76 100 119 150 50 31 62 70 92 110 139 63 23 45 52

35、 68 81 102 7 100 55 110 126 165 196 247 50 41 82 94 124 147 186 55 38 77 88 115 137 173 70 28 56 64 84 100 126 8 110 67 133 152 200 238 299 55 50 100 114 150 178 225 63 45 89 102 134 160 201 80 31 63 72 94 112 141 9 125 86 172 196 258

36、 307 387 55 69 139 158 208 247 312 63 64 128 146 192 229 288 70 59 118 135 177 211 265 90 41 83 95 124 148 186 10 140 108 216 246 323 385 485 63 86 172 196 258 307 387 70 81 162 185 242 289 364 80 73 145 166 218 259 327 100 53 106 121 1

37、58 188 238 序號 缸徑 （mm） 推力（KN） 桿徑 (mm) 拉力（KN） 壓力等級（MPa） 壓力等級（MPa） 7 14 16 21 25 31.5 7 14 16 21 25 31.5 11 150 124 247 283 371 442 557 70 97 194 221 290 346 435 75 93 186 212 278 331 417 85 84 168 192 252 300 378 105 63 126 144 189 225 284

38、12 160 141 281 322 422 503 633 80 106 211 241 317 377 475 90 96 192 220 289 344 433 100 86 172 196 257 306 386 110 74 148 170 223 265 334 13 180 178 356 407 534 636 802 90 134 267 305 401 477 601 100 123 246 281 369 440 554 110 112 223 255

39、 335 399 502 125 92 184 211 277 329 415 14 200 220 440 503 660 785 990 100 165 330 377 495 589 742 110 153 307 351 460 548 690 125 134 268 306 402 479 603 140 112 224 256 336 401 505 15 220 266 532 608 798 950 1197 110 200 399 456 599 713

40、898 125 180 360 412 541 644 811 140 158 317 362 475 565 713 160 125 251 287 376 448 564 16 250 344 687 785 1031 1227 1546 125 258 515 589 773 920 1160 140 236 472 539 708 842 1061 160 203 406 464 609 725 913 180 165 331 378 496 591 745 17 28

41、0 431 862 985 1293 1539 1940 180 253 506 578 759 903 1138 200 211 422 783 633 754 950 18 320 563 1126 1287 1689 2011 2533 200 343 686 784 1029 1225 1544 220 297 594 679 891 1060 1336 2.3.2 、選定行程/安裝方式 根據(jù)設備或裝置系統(tǒng)總體設計的要求，確定安裝方式和行程S，具體確定原則如下： ※ 安裝方式的確定原則： （1）

42、法蘭安裝 適合于液壓缸工作過程中固定式安裝，其作用力與支承中心處于同一軸線的工況；其安裝方式選擇位置有端部、中部或尾部三種，如何選擇取決作用于負載的主要作用力對活塞桿造成壓縮（推）應力、還是拉伸（拉）應力，一般壓縮（推）應力采用尾部、中部法蘭安裝，拉伸（拉）應力采用端部、中部法蘭安裝，確定采用端部、中部或尾部法蘭安裝需同時結合系統(tǒng)總體結構設計要求和長行程壓縮（推）力工況的液壓缸彎曲穩(wěn)定性確定。 （2）鉸支安裝 分為尾部單（雙）耳環(huán)安裝和端部、中部或尾部耳軸安裝，適合于液壓缸工作過程中其作用力使在其中被移動的機器構件沿同一運動平面呈曲線運動路徑的工況；當帶動機器構件進行角度作業(yè)時，其實現(xiàn)轉

43、動力矩的作用力和機器連桿機構的杠桿臂與鉸支安裝所產生的力的角度成比例。 a）尾部單（雙）耳環(huán)安裝 尾部單耳環(huán)安裝是鉸支安裝工況中最常用的一種安裝方式，適合于活塞桿端工作過程中沿同一運動平面呈曲線運動時，活塞桿將沿一個實際運動平面兩側不超過3的路徑工況或結構設計需要的單耳環(huán)安裝工況；此時可以采用尾部和桿端球面軸承安裝，但應注意球面軸承安裝允許承受的壓力載荷。 尾部雙耳環(huán)安裝適合于活塞桿端工作過程中沿同一運動平面呈曲線運動路徑的工況；它可以在同一運動平面任意角度使用，在長行程推力工況必須充分考慮活塞桿由于缸的“折力”作用而引起的側向載荷導致縱彎。 b）端部、中部或尾部耳軸安裝 中部固定耳

44、軸安裝是耳軸安裝最常用的安裝方式，耳軸的位置可以布置成使缸體的重量平衡或在端部與尾部之間的任意位置以適應多種用途的需要。耳軸銷僅針對剪切載荷設計而不應承受彎曲應力，應采用同耳軸一樣長、帶有支承軸承的剛性安裝支承座進行安裝，安裝時支承軸承應盡可能靠近耳軸軸肩端面，以便將彎曲應力降至最小。 c）尾部耳軸安裝與尾部雙耳環(huán)安裝工況相近，選擇方法同上。 d）端部耳軸安裝適合于比尾端或中部位置采用鉸支點的缸更小桿徑的液壓缸，對長行程端部耳軸安裝的缸必須考慮液壓缸懸垂重量的影響。為保證支承軸承的有效承載，建議該種安裝的液壓缸行程控制在缸徑的5倍以內。 （3）腳架安裝 適合于液壓缸工作過程中固定式安裝

45、，其安裝平面與缸的中心軸線不處于同一平面的工況，因此當液壓缸對負載施加作用力時，腳架安裝的缸將產生一個翻轉力矩，如液壓缸沒有很好與它所安裝的構件固定或負載沒有進行合適的導向，則翻轉力矩將對活塞桿產生較大的側向載荷，選擇該類安裝時必須對所安裝的構件進行很好的定位、緊固和對負載進行合適的導向，其安裝方式選擇位置有端部和側面腳架安裝兩種。 ※ 行程的確定原則 （1）行程S=實際最大工作行程Smax+行程富裕量△S； 行程富?！鱏=行程余量△S1+行程余量△S2+行程余量△S3。 （2）行程富裕量△S的確定原則 一般條件下應綜合考慮：系統(tǒng)結構安裝尺寸的制造誤差需要的行程余量△S1、液壓缸實際

46、工作時在行程始點可能需要的行程余量△S2和終點可能需要的行程余量△S3（注意液壓缸有緩沖功能要求時：行程富裕量△S的大小對緩沖功能將會產生直接的影響，建議盡可能減小行程富裕量△S）； （3）對長行程（超出本產品樣本各系列允許的最長行程）或特定工況的液壓缸需針對其具體工況（負載特性、安裝方式等）進行液壓缸穩(wěn)定性的校核。（必要時請與本公司技術部垂詢）； （4）對超短行程（超出本產品樣本各系列某些安裝方式許可的最短行程）的液壓缸必要時請與本公司技術部垂詢。 2.3.3 、端位緩沖的選擇 下列工況應考慮選擇兩端位緩沖或一端緩沖： （1）液壓缸活塞全行程運行，其往返動行速度大于100mm/s的

47、工況，應選擇兩端緩沖。 （2）液壓缸活塞單向往（返）速度大于100mm/s且運行至行程端位的工況，應選擇一端或兩端緩沖。 （3）其他特定工況。 2.3.4 、油口類型與通徑選擇 （1）油口類型： 內螺紋式、法蘭式及其他特殊型式，其選擇由系統(tǒng)中連接管路的接管方式確定。 （2）油口通徑選擇原則： 在系統(tǒng)與液壓缸的連接管路中介質流量已知條件下，通過油口的介質流速一般不大于5mm/s，同時注意速比的因素，確定油口通徑。 2.3.5 、特定工況對條件選擇 （1）工作介質： 正常介質為礦物油，其他介質必須注意其對密封系統(tǒng)、各部件材料特性等條件的影響。 （2）環(huán)境或介質溫度： 正常工

48、作介質溫度為-20℃至+80℃，超出該工作溫度必須注意其對密封系統(tǒng)、各部件材料特性及冷卻系統(tǒng)設置等條件的影響。 （3）高運行精度： 對伺服或其他如中高壓以上具有低啟動壓力要求的液壓缸，必須注意其對密封系統(tǒng)、各部件材料特性及細節(jié)設計等條件的影響。 （4）零泄漏： 對具有特定保壓要求的液壓缸，必須注意其對密封系統(tǒng)、各部件材料特性等條件的影響。 （5）工作的壓力、速度，工況如： a) 中低壓系統(tǒng)、活塞往返速度≥70~80mm/s b) 中高壓、高壓系統(tǒng)、活塞往返速度≥100~120mm/s 必須注意對密封系統(tǒng)、各部件材料特性、聯(lián)結結構及配合精度等條件的影響。 （6）高頻振動的工

49、作環(huán)境：必須注意其對各部件材料特性、聯(lián)結結構及細節(jié)設計等因素的影響。 （7）低溫結冰或污染的工作環(huán)境，工況如： 1）高粉塵等環(huán)境； 2）水淋、酸霧或鹽霧等環(huán)境。 必須注意其對密封系統(tǒng)、各部件材料特性、活塞桿的表面處理及產品的防護等條件的影響。 2.3.6 、密封件品質的選擇 情況一、無特定工況、特定品質要求，依本公司標準密封系統(tǒng)采用，必要詳情可與本公司技術部垂詢 情況二、有如前所述的特定工況、無指定品質要求，依本公司特定密封系統(tǒng)采用，必要詳情可與本公司技術部垂詢 情況三、有如前所述的特定工況、有指定品質要求，建議密封系統(tǒng)由本公司專業(yè)工程師推薦采用 情況四、液壓缸的密封系統(tǒng)失效

50、后果嚴重（如影響安全、不易更換、經濟損失大等），建議密封系統(tǒng)由本公司專業(yè)工程師推薦。 情況五、對配套出口的液壓缸密封系統(tǒng)，建議由本公司專業(yè)工程師依據(jù)工況推薦采用互換性好、易采購的知名密封品質。 2.3.7 、其它特性的選擇 （1）排氣閥 根據(jù)液壓缸的工作位置狀態(tài)，其正常設置在兩腔端部腔內空氣最終淤積的最高點位置，空氣排盡后可防止爬行、保護密封，同時可減緩油液的變質。 （2）泄漏油口 在嚴禁油液外泄的工作環(huán)境中，由于液壓缸行程長或某些工況，致使其往返工作過程中油液在防塵圈背后淤積，防止長時間工作后外泄，而必須在油液淤積的位置設置泄漏口。 2.4 傳感器的選擇 2.4.1

51、 力傳感器的選擇 垂直方向上的承載及加載能力是滾動直線導軌副的一項重要性能。因而測定垂直方向上的承載及加載能力具有重要的實際意義。力的測試方法分為兩種：一種是直接比較法，即把待測力與基準量進行比較，這種方法簡單易行，并且可以獲得較高精度，但是卻只適合力的靜態(tài)測量；另一種方法就是用間接比較法，將待測力通過力傳感器轉換為其它物理量，然后進行信號的處理以及模數(shù)轉換，這種尤其適合動態(tài)檢測。滾動直線導軌副的垂直方向上的承載及加載能力檢測就是用后一種方法。 要動態(tài)檢測滾動直線導軌副的垂直方向上的承載及加載能力，選擇傳感器很重要。在傳感器的選用方面必須要靈敏度好，且能滿足我們的測量要求，因而選用了北京瑞

52、利威爾科技發(fā)展有限公司研制的BK-3型測力傳感器。它是一種以電阻應變計為轉換組件的電阻應變式傳感器，由彈性體、電阻應變計、測量電橋組成。在被測力作用下，彈性體產生與其成正比的彈性變形，在彈性體特定部位上粘貼的電阻應變計將應變轉換成與其成正比的電阻變化。 其主要技術指標包括： 靈敏度：1～2mV/V；直線性：0.05%；重復性：0.05% 滯后: 0.05%；工作溫度：-10～+60；允許過負荷：120% 之所以選用測力傳感器，還因為其具有以下特點: ①體積小, 結構對稱, 安裝極為方便，檢測不同規(guī)格的直線導軌, 調整非常簡單。 ②采用單懸臂梁（或復梁結構），具有良好的輸出特性和抗偏

53、能力，測量精度高，性能穩(wěn)定可靠。 ③傳感器只需一次安裝, 就能滿足整個范圍的測量, 無需因測量范圍不同而更換傳感器。 ④在正、反向測量時, 傳感器受力方向一致, 并且在受力母線上加載時, 不因位置不同或受力軸不同而影響測量結果。 2.4.2 電阻應變式的原理： 對一長為、截面積為、電阻率為的圓形導電材料，它的電阻為 (2-7) 當它受到軸向力拉伸或者壓縮時，上式右邊的三個參數(shù)均發(fā)生變化，因此電阻R也發(fā)生變化，如圖2-10。 圖2-10 導體參數(shù)變化示意圖 利用數(shù)學方法可以求得電阻相對變化量。將式

54、(2-7)兩邊取對數(shù)得 再對上式微分得到 (2-8) 式中，為電阻的相對變化；為材料的軸向線應變；為截面積的相對變化。 由，有 (2-9) 上式中由線應變的定義是徑向應變，用符號表示。由材料的泊松比定律得到： (2-10) 將式(2-9)(2-10)代入(2-7)得： (2-11) 由于采用的傳感器的電阻應變計的材料為半導體，由半導體的“壓阻效應”可

55、以得到： (2-12) 式中E為楊式彈性模量。將式(2-12)代入(2-11)，并寫成增量的形式: (2-13) 由式(2-13)可以知道電阻應變片與軸向線應變成線性關系。 電阻應變片的電阻變化通過測量電橋的處理，轉換成與之成線性關系的電壓輸出。當驅動機構帶動滑板沿直線導軌軸線做直線運動時，由牛頓的經典力學定律可以知道，其驅動力等于滾珠直線導軌副的動摩擦力。驅動力F引起力傳感器傳感組件的變化，最終生成電壓信號輸出 3、 硬件電路設計 3.1、放大電路的設計 由于傳

56、感器檢測元件的輸出電壓是很小的，通常不超過幾十毫伏，這么弱的信號單片機是無法處理的，而且也容易被噪聲干擾而淹沒。因此需要將這個微弱的電壓信號進行放大，前置放大級的作用是把傳感器檢測元件拾取到的信號進行適當?shù)姆糯笳翁幚砗笏徒o單片機的A/D轉換單元。 本系統(tǒng)中選擇常用的集成運算放大器CF741。 CF741管腳采用雙列直插式分配，有八個管腳（圖2－15）：1和5為調零端，2為反向輸入端，3為同向輸入端，4為負電源端，6為輸出端，7為正電源端，8為空端。 圖2－15 CF741管腳封裝 圖2-16 CF741信號防大電路 3.1 .1 CF741

57、的特點 CF741具有以下幾個特點： （1） 不需外部頻率補償： （2） 具有短路保護； （3） 失調電壓調到零的能力； （4） 較寬的共模和差模電壓范圍； （5） 功耗低； （6） 無阻塞現(xiàn)象。 （7） 該器件有兩種工作溫度范圍； 傳感器測量出來的模擬電壓信號經CF741放大，其放大電路如2-16： 該放大電路的放大倍數(shù)A=,輸出的電壓信號仍然為模擬信號為了方便以后的信號處理，所以還要進行模數(shù)轉換。 3.2、模數(shù)轉換電路的設計 在模擬量經過傳感器和放大器后，需要經過A/D轉換才能送進CPU進行處理，目前A/D轉換集成芯片種類很多，我選擇比較常用的ADC0809

58、。 ADC0809是一種具有8路模擬量輸入的8位A/D 轉換器。它采用逐次逼近方式進行A/D轉換的8位A/D轉換器，它內部有地址鎖存器及譯碼器，8通道多路模擬開關，高阻抗斬波穩(wěn)定比較器，控制邏輯，逐次逼近寄存器（SAR），帶數(shù)狀模擬開關的256電阻分壓器和8位輸出緩沖鎖存器。 ADC0809D的引腳及功能： 圖2-17 ADC0809D封裝 ADC0809采用逐次逼近式，轉換原理如圖2-18所示，主要由N位寄存器、N位D/A轉換器、比較器和控制邏輯四個部分組成，其工作原理如下： 當啟動信號啟動后，在時鐘作用下，控制邏輯首先使N位寄存器的最高位DN-1為1，其他位為0，此樹經N

59、位D/A轉換器轉換成模擬量Vc，送到比較器，比較器將Vc與模擬量Vx進行比較，控制邏輯根據(jù)比較結果作出不同處理：若Vx≥Vc，則此位保留不變；表示輸入模擬量Vx比滿量程的一半還大。若Vx≤Vc，則將此位清0，表示輸入的Vx比滿量程的一半還要小。到此，DN-1位處理完成。然后，再將DN-2位置1，將N位寄存器中的數(shù)送D/A轉換器轉換，所得模擬量Vc再與Vx比較，同樣，根據(jù)比較結果決定DN-2保持1還是清0。如此逐位由高到低，直到最后一位D0處理完畢為止，此時，N位寄存器中的數(shù)字量就是擬量Vx對應的數(shù)字量。一個N位A/D轉換器通過N次比較，即可得到轉換結果。 圖2-18 ADC 0809工

60、作原理 3.2.1 ADC0809 ADC0809的主要技術指標： （1） 分辨率 8位 （2） 不可調誤差≤1LSB （3） 轉換時間 100μs （4） 溫度范圍 --40 （5） 功耗 15mW （6） 單一電源 +5V ADC0809與8051的接口電路如圖2-19 ADC0809的通道地址A B C分別由8051的地址總線低3位P0.0~P0.2提供；ADC0809的通道地址鎖存信號ALE和啟動信號START共同由8051的P2.7與“或”邏輯控制，當信號和P2.7都為低電平是，ALE為1有效，將通道地址ABC鎖存并譯碼，同時START信號有效，A/D啟

61、動轉換開始。ADC0809的輸出允許信號OE在P2.7和“”信號同時低電平有效，輸出轉換后的數(shù)字量。轉換結束信號EOC經反向接8051的中斷請求信號。ADC0809D 的時鐘信號 CLK由8051的ALE經分頻后提供。8051的ALE每個機器周期出現(xiàn)兩次，是時鐘周期的6分頻，若8051的主頻為6MHz，則ALE為1MHz,再經二分頻后為500KHz,作為ADC0809的CLK。 圖2-19 ADC0809與8051的接口電路 由圖2-19可知，ADC0809 的8個模擬量通道地址為7FF8H~7FFFH,依次對應IN0~IN7。當51上向述80某端口寫入時，便可以啟動相

62、應的模擬量A/D轉換開始；轉換結束后，CPU可以從同樣的端口讀出數(shù)字量。 結論 經過近三個月的設計工作，本次畢業(yè)設計主要完成了以下任務： 1． 完成了滾動直線導軌副液壓加載實驗裝置的整體設計，主要是液壓加載部分的機械設計，分析表明該液壓加載結構完全可以滿足任務書中的要求，能夠很好的對滾動直線導軌的垂直方向上的承載及加載能力進行測試。 2． 選用的開關磁阻式調速電機很方便的進行速度的調整。 3． 合理選用的傳感器可以很精確的測量滾珠直線導軌副的垂直方向上的承載能力，基本上上可以達到精度的要求。并且通過實時顯示，可以很清楚的觀察到在系統(tǒng)運行過程中承載能力的大小情況。 4． 完

63、成了機械部分和控制以及電氣部分的結合。用單片機記接近開關產生的高電平個數(shù)來控制電機的制動，用接近開關控制電機的正反轉，從而實現(xiàn)對直線導軌的多次跑合。 5． 繪制了滾珠直線導軌副液壓加載裝置的整體布局圖、裝配圖以及電氣控制原理圖和部分主要零件圖，完成了任務書中要求的圖紙的數(shù)量。 通過本次畢業(yè)設計，對我四年所學的知識進行了有效地串聯(lián)，使我更能夠整體的分析和計算某些問題；在查閱資料與繪圖方面，我也找到了跟迅速更精確的方法，能夠更好的處理和完成一些難點；同時我初步學習了傳感器的選擇方法，對單片機知識有了更進一步的理解，對液壓加載方法也有了一定的認識，我也更了解了機械與電氣能夠怎樣有機的結合，使

64、其成為一個有機的整體。這次畢業(yè)設計讓我更能夠細心的完成一項工作，對我將來走向工作崗位有很大的幫助。 致 謝 本文是在尊敬的導師宋現(xiàn)春教授的精心指導和細心關懷下完成的。 在本文的方案提出、修改，系統(tǒng)設計的整個過程中，自始至終都得到了宋老師的精心指導。宋老師淵博的知識、嚴謹?shù)膶W風、高度的責任感給我留下了深深的印象，并將使我銘記終生也必將激勵作者在今后的學習和工作中不斷進取，奮勇向前！在論文結束之際，本人謹向宋老師致以衷心的感謝！感謝宋老師在這幾個月對我精心的指導和照顧！我才能在規(guī)定的時間內圓滿的完成了此次畢業(yè)設計。 在論文的整個完成過程中，機電教研室的所有老師給予了

65、我無私的幫助和熱情的鼓舞。正是在他們的幫助下，才使我順利的將課題完成，在此表示衷心的感謝！ 另外在整個設計和資料搜集過程中還得到了很多同學和朋友的幫助，在此一并表示感謝。 在本文結束之際，四年的大學生生活也即將宣布結束，在我四年的大學生活里，山東建筑大學機電學院的老師們給予了我無私的教導，選擇了機電學院是我今生最大的榮幸，在老師們的幫助下，我學到了很多東西，不僅僅是在學習方面，我也學會了怎樣做人、怎樣與人相處，讓我受益匪淺。我十分感謝我所有的老師！謝謝你們！你們辛苦了！ 最后，我還要特別感謝我的家人，是他們無私的關愛和支持，才使我在求學的道路上努力向前，不屈不撓！

66、 參考文獻 1． 賈伯年,俞樸. 傳感器技術.南京. 東南大學出版社.2000.7 2． 張慰兮. 微型計算機(MCS-51)原理、接口與應用.南京.南京大學出版社.1998 3． 劉燦軍．實用傳感器．北京．國防工業(yè)出版社．2004.6 4． 馬淑華，王鳳文，張美金.單片機原理與接口技術.北京.北京郵電大學出版社.2005 5． 李科杰.現(xiàn)代傳感器技術. 北京.電子工業(yè)出版社.2005 6． 黃倏調,趙松年.機電一體化技術基礎及應用.北京.機械工業(yè)出版社.2005.6 7． 鄧星鐘.機電傳動控制(第三版).武漢.華中科技大學出版社.2001.6 8． 張毅剛.單片機原理及應用.北京.高等教育出版社.2003.8 10. 何希才.傳感器及應用電路. 北京.電子工業(yè)出版社.2001.2 11. 馮辛安,黃玉美,杜君文.機械制造裝備設計.北京.機械工業(yè)出版社.1998.10 12. 孟立凡,鄭賓.傳感器原理及應用.北京.國防工業(yè)出版社.2005.1 13. 趙繼文,何玉彬.傳感器與應用電路.北京.科學出版社.2002.1