高速滚珠丝杠试验台设计方案

高速滚珠丝杠试验台设计方案

一、试验台总体组成

如下图所示，采用交流伺服电机直联滚珠丝杠的驱动方式，试验台主要技术参数为：

1．滚珠丝杠：4030，有效行程大于700毫米；

2．启动加速度不小于2.0G;加速时间60毫秒;

3．交流伺服电机:(待定)

试验台总体组成示意图

二、 信号采集处理系统

1．

加速度测量

加速度传感器拟选用朗斯（LANCE ）公司生产的压电式加速度传感器，其外形如图1所示。LC01系列内装IC 压电加速度传感器是内装微型IC 放大器的压电加速度传感器，它将传统的压电加速度传感器与电荷放大器集于一体，能直接与记录和显示仪器连接，简化了测试系统，提高了测试精度和可靠性。广泛用于核爆炸、航空航天、铁路、桥梁、建筑、车船、机械、水利、电力、石油、地质、环保、地震等领域。其突出特点如下：1.低阻抗输出，抗干扰，噪声小。2.性能价格比高，安装方便，尤其适用于多点测量。3.稳定可靠、抗潮湿、抗粉尘、抗有害气体。LC0106型测量精度为0.00002G,量程为5G,灵敏度为1500MV/G.

内装IC （ICP ）压电加速度传感器需要恒流源供电，典型值为24V DC 、4mA ，而不是电子仪器通常具备的恒压源供电。其输出的与振动加速度成正比的交流信号是叠加在一输出偏压上（8-12V ），而不是通常意义上的以地为参考点。由于上述两大特点，内装IC （ICP ）压电加速度传感器很难为用户直接使用（专为其设计的数采器除外）。LC0201信号调理器就是专为本公司LC01系列内装IC 压电加速度传感器进行信号调理而设计。其外形小巧，质优价廉。也可与国内外同类ICP 加速度传感器配套使用。其主要性能特点如下：1. 向内装IC （ICP ）压电加速度传感器提供24VDC 、4mA 恒流供电。2. 将内装IC （ICP ）压电加速度传感器输出的与振动加速度成正比的叠加在输出偏压上交流信号，通过CR 隔直电路隔掉输出偏压，变成通常意义上的以地为参考点的交流信号.

2.温度测量

温度传感器采用PT100薄片式,定做在一环形垫片上,该垫片安装在螺母断面,可以较好地反映螺母的温度.智能行温度仪表采用单片微机控制,带有标准RS232串口通讯,可以实时向微机传送测量数据.拟设计测量量程为0-100度,测量分辨率为0.01度,测量精度为0.1度.

3.位移测量

位移测量拟采用电感式微位移传感器,量程为5MM,分辨率为0.1微米,综合测量精度小于0.5微米.

4.高速多路USB 接口数据采集板

测

试加速度方向

加速度和位移传感器输出信号经放大处理后均为0-5V模拟信号,进修数据分析和处理前需首先进行数模转换.考虑微机为笔记本,普通插槽式采集板不适合,所以采用最新式带USB接口的独立式采集板,该板和微机只通过标准USB接口相联,非常简单方便.考虑试验时加速时间只有60MS,所以采样速度应相当快(大于100KHZ).

三、软件处理系统主要功能

系统采用VB高级语言，WINDOWS系统下运行。主要包括如下功能：

1．各性能参速测量的初始化：包括采样速度、采样长度等设计；

2．实时记录显示各测量参数的变化曲线；

3．分析计算有关测量数据，现成标准的打印报告单；

4．打印输出有关检测结果和数据。

四、关于驱动电机及控制系统。

根据试验台的设计参数，当工作台在60MS内加速到72M/MIN时,按直联丝杠的螺距为30MM计算,此时电机达到的转速为2400转/分.按照工作台重量为100公斤,滚动导轨摩擦系数为0.02,滚珠丝杠传动效率按90%计算,运动阻力F=100*9.8*0.02/0.9=21N

1.关于等效转动惯量计算:

移动件M=100公斤,等效到电机轴的等效转动惯量为:J1=M*(V/N)2/(4*3.142)=

100*(72/2400)2/(4*3.142)=0.0023kg.m2

滚珠丝杠及联轴器总的转动惯量一般可以按0.001kg.m2考虑,这样总等效转动惯量为J=0.0033kg.m2

按照一般电机惯量匹配原则,即电机惯量J M应大于J小于4J,即在0.004和0.015之间.

2.等效力矩的计算:

加速力矩T A=2*3.14*N*J/(60*T)=2*3.14*2400*0.0033/(60*0.06)=14N.M

移动件的等效力矩T M=F*(V/N)/(2*3.14)=21*(72/2400)/(2*3.14)=0.1N.M

所以主要负载在加速度力矩.

3、交流伺服电机的选择

选择的伺服电机，最高转速应在3000转/分或5000转/分,可能情况下最好选择后者.电机转动惯量在40至150(KG.M2*10-4)之间,扭矩大于15N.M.