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1.4 本课题研究内容
本课题要求设计一个滚珠丝杠副综合性能试验台，能测量滚珠丝杠副的摩擦力矩、速度与加速度、DN值、定位精度与重复定位精度、温升与噪声等物理量。通过该试验台的设计，熟悉测控系统的原理和基本结构，掌握传感器的使用方法和测试软件的设计方法，培养综合运用所学的理论知识去解决实际问题的能力，为今后从事实际工程设计打下基础。
在分析滚珠丝杠副综合性能的测试需求基础之上，论文研究内容包括：测试系统总体设计、测试台机械结构设计、测控系统设计和控制软件部分设计等。
2 测试系统总体设计
2.1 系统设计的基本要求和原则
2.1.1 系统设计基本原则[16]
（1）尽可能使用标准化元部件，如传感器、电机、滑动导轨、轴承等，以提高测试系统的稳定性和可靠性。
（2）测试系统易于操作和使用。软件方面要求界面简单、便于操作，硬件及机械方面则要求各硬件的安装和设置简单方便，如传感器的标定、滚珠丝杠副和轴承等零件的拆装。
（3）系统软件界面友好，可操作性强。各功能模块简单明了，操作简单，易学易懂。
（4）功能先进，易于文护。为了适应机械零部件和测试系统的发展和更新换代的需要，设计出的滚珠丝杠副测试系统必须拥有较先进的功能，选用满足现代需求的软件和硬件，确保高速滚珠丝杠副综合性能测试系统的可靠性和先进性。
2.1.2 系统设计基本要求[17]
（1）经济型要求。在设计测试系统时不应盲目追求复杂高级的方案，只要能满足测试功能要求即可。采用尽量简单的方案能使测试系统可靠性高，成本低，操作简便。在考虑经济性时，不应仅限于仪器的制造成本，还应考虑仪器的使用成本，综合考虑其经济效果，从而制定出正确的方案。
（2）精度要求。仪器的精度应根据生产实际中被测对象的精度要求来确定，一般仪器的测量误差取被测件公差的1/3，有时甚至取被测件公差的1/5或1/10。也就是说，某仪器可测几级精度的零件，即该仪器的误差值不得大于被测零件该级公差的1/3，1/5，1/10。在满足高速丝杠测量精度下，无需追求过高精度，否则会使增加不必要的制造成本。
（3）效率要求。
（4）可靠性。
（5）使用寿命。在设计中应注意考虑提高寿命的方法，采用模块化部件，各单元采用技术成熟可靠性高的元件。
2.2 测试系统的功能和技术指标
2.2.1 测试系统功能
测量丝杠长度范围1606～2606mm，直径Φ20～63mm，测量行程≤2240mm，最高直线速度60m/min。测量时最高转速可达5000r/min。可以完成负载状态下的加速度、速度、噪声、温升、定位精度以及丝杠热伸长的在线实时测量。
2.2.2 测试系统技术要求
根据对滚珠丝杠副综合性能参数的测量要求，参考国内外对滚珠丝杠副综合性能的研究和发展现状，制定了如下技术要求：
（1）温升测量，分辨率为0.2℃；
（2）加速度测量，分辨率为500mV/g；
（3）噪声测量，分辨率为0.2dB；
（4）温位移测量，分辨率为0.2µm；
（5） 扭矩测量，分辨率为0.5% F.S；
（6）行程误差、定位精度、重复定位精度测量，分辨率为0.2µm 。
2.3 系统总体构成
根据测试系统设计的基本原则和基本要求，以及滚珠丝杠副的测试技术要求，在对系统进行整体规划的基础上，确定硬件类型，并对系统进行了整体布局，如图2.1所示。
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