滚珠丝杠副摩擦力矩试验台的设计
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景 1
1.2 滚珠丝杠副特点及其现状 2
1.2.1 滚珠丝杠副特点 2
1.2.2 滚珠丝杠副国内外发展现状 4
1.2.3 滚珠丝杠副摩擦力矩研究的现状及意义 5
1.3本论文的主要研究内容 7
第二章 滚珠丝杠副摩擦力矩影响因素研究 8
2.1 滚珠丝杠副中滚珠的运动与受力分析 8
2.1.1 滚珠的运动分析 8
2.1.2 滚珠的受力分析 9
2.2 滚珠丝杠副摩擦力矩影响因素分析 10
2.2.1 楔紧效应对摩擦力矩的影响 10
2.2.2 螺纹滚道参数误差对摩擦力矩的影响 11
2.2.3 滚珠循环对摩擦力矩的影响 12
2.2.4 摩擦力矩与预紧力、外部负载的关系 16
2.2.5 润滑、密封元件对摩擦力矩的影响 21
2.3 滚珠丝杠副摩擦力矩的计算 24
2.3.1 滚珠在滚道中的接触特性 24
2.3.2 滚珠丝杠副中由预紧力引起的摩擦分析 26
2.4 本章小结 28
第三章 滚珠丝杠摩擦力矩测量仪硬件电路设计 29
3.1 总体设计 29
3.1.1 测量系统总体设计及工作原理 29
3.1.2 硬件电路总体设计 31
3.2 CPU中央处理器 31
3.3 8XC552复位电路设计 32
3.4 单片机外扩电路设计 33
3.5 信号采样输入电路设计 33
3.5.1 传感器选择 33
3.5.2 前置放大电路设计 35
3.5.3 AD采样设计 36
3.6 输入键盘设计 39
3.7 数码管显示电路设计 40
3.8 液晶显示设计 42
3.9 串口通信设计 46
3.10 编码器辨相设计 51
3.11 微型打印设计 52
3.12 限位开关 55
3.13 抗干扰设计 55
3.13.1 干扰的后果 55
3.13.2 测量仪的硬件抗干扰设计 56
3.13.2 测量仪的软件抗干扰设计 57
3.14 本章小结 59
第四章 滚珠丝杠副摩擦力矩测量仪软件系统设计 60
4.1 概述 60
4.2 软件的系统构成 60
4.2.1 系统管理模块设计 60
4.2.2 参数设置模块设计 61
4.2.3 数据采集模块设计 62
4.2.4 打印报告模块设计 64
4.2.5 调用历史数据模块设计 66
4.3 本章小结 67
第五章 滚珠丝杠副摩擦力矩实验结果及分析 68
5.1 谱分析方法的选择 68
5.2 滚珠丝杠副摩擦力矩测量结果分析 69
5.3 本章小结 71
结论与展望 72
参考文献 74
致谢 77
攻读硕士学位期间发表的学术论文 78
摘 要
精密滚珠丝杠副是数控机床的关键功能部件，其制造水平的高低在很大程度上决定了数控机床的精度高低。随着数控机床向高速化、高精度化、复合化与环保化方向发展，对滚珠丝杠副的性能提出了越来越高的要求。
摩擦力矩是滚珠丝杠副的重要性能参数,其变动量对滚珠丝杠副的动态性能有很大影响，因此对摩擦力矩的测量是滚珠丝杠副出厂检测的基本要求。目前工厂中大多采取由操作工靠“手感”来简单判断摩擦力矩的大小范围。现有的测量仪器在功能、精度等方面也存在许多不足之处。为此，我们研制了滚珠丝杠副摩擦力矩测量仪。
研制开发的新型摩擦力矩测量仪包括下位机和上位机两部分。下位机由单片微机作为控制核心，具有实时显示摩擦力矩大小以及在行程范围内的变化曲线、打印检测报告、与上位机通讯等功能。上位机主要功能是按照国家标准要求进行数据处理、保存数据、打印检测报告、文件管理等。下位机可以脱离上位机独立使用，测量仪操作简单，运行可靠。
本文首先从滚珠丝杠副摩擦力矩的产生机理入手，结合其结构特点，分析了滚珠丝杠副摩擦力矩的影响因素，并对滚珠丝杠副摩擦力矩进行了建模分析，然后对测量仪的硬件、软件及其抗干扰设计进行了详尽的阐述，最后对滚珠丝杠副摩擦力矩测量仪的实验数据进行了频谱分析，进一步验证了滚珠丝杠副摩擦力矩影响因素的理论分析结果。
关键词：滚珠丝杠副；摩擦力矩；影响因素；测量仪；80C552
目 录
摘要 I
ABSTRACT II
第一章 绪论 1
1.1 课题的背景 1
1.2 滚珠丝杠副特点及其现状 2
1.2.1 滚珠丝杠副特点 2
1.2.2 滚珠丝杠副国内外发展现状 4
1.2.3 滚珠丝杠副摩擦力矩研究的现状及意义 5
1.3本论文的主要研究内容 7
第二章 滚珠丝杠副摩擦力矩影响因素研究 8
2.1 滚珠丝杠副中滚珠的运动与受力分析 8
2.1.1 滚珠的运动分析 8
2.1.2 滚珠的受力分析 9
2.2 滚珠丝杠副摩擦力矩影响因素分析 10
2.2.1 楔紧效应对摩擦力矩的影响 10
2.2.2 螺纹滚道参数误差对摩擦力矩的影响 11
2.2.3 滚珠循环对摩擦力矩的影响 12
2.2.4 摩擦力矩与预紧力、外部负载的关系 16
2.2.5 润滑、密封元件对摩擦力矩的影响 21
2.3 滚珠丝杠副摩擦力矩的计算 24
2.3.1 滚珠在滚道中的接触特性 24
2.3.2 滚珠丝杠副中由预紧力引起的摩擦分析 26
2.4 本章小结 28
第三章 滚珠丝杠摩擦力矩测量仪硬件电路设计 29
3.1 总体设计 29
3.1.1 测量系统总体设计及工作原理 29
3.1.2 硬件电路总体设计 31
3.2 CPU中央处理器 31
3.3 8XC552复位电路设计 32
3.4 单片机外扩电路设计 33
3.5 信号采样输入电路设计 33
3.5.1 传感器选择 33
3.5.2 前置放大电路设计 35
3.5.3 AD采样设计 36
3.6 输入键盘设计 39
3.7 数码管显示电路设计 40
3.8 液晶显示设计 42
3.9 串口通信设计 46
3.10 编码器辨相设计 51
3.11 微型打印设计 52
3.12 限位开关 55
3.13 抗干扰设计 55
3.13.1 干扰的后果 55
3.13.2 测量仪的硬件抗干扰设计 56
3.13.2 测量仪的软件抗干扰设计 57
3.14 本章小结 59
第四章 滚珠丝杠副摩擦力矩测量仪软件系统设计 60
4.1 概述 60
4.2 软件的系统构成 60
4.2.1 系统管理模块设计 60
4.2.2 参数设置模块设计 61
4.2.3 数据采集模块设计 62
4.2.4 打印报告模块设计 64
4.2.5 调用历史数据模块设计 66
4.3 本章小结 67
第五章 滚珠丝杠副摩擦力矩实验结果及分析 68
5.1 谱分析方法的选择 68
5.2 滚珠丝杠副摩擦力矩测量结果分析 69
5.3 本章小结 71
结论与展望 72
参考文献 74
致谢 77
攻读硕士学位期间发表的学术论文 78
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