滚动直线导轨副液压加载实验装置设计说明书.doc

山东建筑大学毕业说明书本科毕业设计说明书题 目： 滚动直线导轨副液压加载实验装置院 （部）： 专 业： 机械工程及自动化班 级： 姓 名：学 号：指导教师： 完成日期： 2013年6月15日目 录摘 要iiiabstractiv1 前 言1 1.1滚动直线导轨副系统概述1 1.1.1滚动直线导轨副发展状况及趋势1 1.1.2滚珠直线导轨副特点及其液压加载现状1 滚珠直线导轨副特点1 液压加载31.2 课题任务4 1.2.1课题背景和研究意义4 1.2.2课题任务42 滚动导轨液压加载实验装置总体方案的设计5 2.1滚珠直线导轨副液压加载实验装置系统设计5 2.1.1滚动直线导轨副液压加载试验装置的机械结构设计5 2.1.2滚动直线导轨副液压加载试验装置的加载结构设计6 2.1.3滚动直线导轨副液压加载试验装置的控制系统设计6 2.2电机的选择7 2.3液压缸的选择8 2.3.1初选缸径/杆径8 2.3.2选定行程/安装方式11 2.3.3端位缓冲的选择13 2.3.4油口类型与通径选择13 2.3.5特定工况对条件选择13 2.3.6密封件品质的选择14 2.3.7其它特性的选择15 2.4传感器的选择15 2.4.1力传感器的选择15 2.4.2电阻应变式的原理163 硬件电路设计17 3.1放大电路的设计17 3.1.1 cf741的特点17 3.2模数转换电路的设计18 3.2.1adc080919结论21谢 辞22参考文献23附 录31摘 要 滚动直线导轨是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，从而获得： 动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。与v型十字交叉滚子导轨相比，摩擦阻力可下降约40倍。适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约10倍。能实现高定位精度和重复定位精度。能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。 成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件（导轨安装面）的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。滚动直线导轨副是由导轨、滑块、钢球、返向器、保持架、密封端盖及挡板等组成。当导轨与滑块作相对运动时，钢球就沿着导轨上的经过淬硬和精密磨削加工而成的四条滚道滚动，在滑块端部钢球又通过返向装置（返向器）进入返向孔后再进入滚道，钢球就这样周而复始地进行滚动运动。返向器两端装有防尘密封端盖，可有效地防止灰尘、屑末进入滑块内部。 本文通过大量的算例分析表明:该滚动直线导轨副液压加载装置能对滚动直线导轨的垂直方向上的承载及加载能力进行测试，以满足不同场合滚动直线导轨副的承载及加载能力的要求。关键词：滚动直线导轨副；液压加载；承载和加载能力；测试rolling linear guide pair of hydraulic loading experiment deviceabstract 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 movement 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 system 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 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, reduce 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 the 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 effectively 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 different occasions of rolling linear guide pair load and load capacity requirements. key words:linear rolling guide vice;hydraulic loading;load and load capacity;testv1 前 言1.1 滚动直线导轨副系统概述1.1.1 滚动直线导轨副发展状况及趋势滚动直线导轨副作为精密直线导向运动部件,已经越来越多地被各种数控机械、自动化装备等所应用。作为滚动部件的一个重要组成部分,滚动直线导轨副不仅能很轻易地实现精密直线导向运动,还具有很强的承载能力和可调的刚性;同现有的滑动导轨相比,还具有诸多的优良特性。滚动直线导轨副以其独有的特性逐渐取代了传统的滑动直线导轨，在工业生产中得到了广泛的应用。目前国内绝大部分的滚动直线导轨副的生产研制还处于便捷型阶段，在产品的工艺装备、品种的多样化等方面，可能与国外悬殊较大。 滚动直线导轨副的新类型、新功能目前在不断涌现，并正在向组合化、集成化、高速、低噪音、智能化方向发展。1.1.2 滚珠直线导轨副特点及其液压加载现状 滚珠直线导轨副特点 滚珠直线导轨副是由直线导轨、滚珠、滚珠滑座和相关循环零件组成的精密直线导向部件。拥有比直线轴承更高的额定负载，同时可以承受一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度高随动性的直线运动导向。由于其直线导向精度和机械效率高、可靠性和标准化程度好等特点，被广泛应用于数控机床、自动化设备、测量仪器、印刷包装机械、纺织机械、制药机械、玻璃机械以及其他需要精密直线导向的领域。 工作时，滑块沿导轨做往复直线运动，位于导轨轨道面与滑块轨道面之间的滚珠在保持器的维持下，在滚道内进行连续的循环运动，从而实现滑块与导轨raj的相对运动。滚动直线导轨副是一种新型的作相对往复直线运动的滚动支承，以导轨和滑块间的滚珠滚动来避免导轨面与滑块面的直接接触，以滚动摩擦代替了滑动摩擦。滚动直线导轨副的摩擦系数为滑动导轨的护1左右，这不仅可扭提高滑块的运动速度、保证滑块的运动精度，同时还可延长滚动直线导轨副使用的寿命。 a.定位精度高 滚动直线导轨的运动借助钢球滚动实现，导轨副摩擦阻力小，动静摩擦阻力差值小，低速时不易产生爬行。重复定位精度高，适合作频繁启动或换向的运动部件。可将机床定位精度设定到超微米级。同时根据需要，适当增加预载荷，确保钢球不发生滑动，实现平稳运动，减小了运动的冲击和振动。b.磨损小对于滑动导轨面的流体润滑，由于油膜的浮动，产生的运动精度误差是无法避免的。在绝大多数情况下，流体润滑只限于边界区域，由金属接触而产生的直接摩擦是无法避免的，在这种摩擦中，大量的能量以摩擦损耗被浪费掉了。与之相反，滚动接触由于摩擦耗能小，滚动面的摩擦损耗也相应减少，故能使滚动直线导轨系统长期处于高精度状态。同时，由于使用润滑油也很少，这使得在机床的润滑系统设计及使用维护方面都变的非常容易。c.适应高速运动且大幅降低驱动功率采用滚动直线导轨的机床由于摩擦阻力小，可使所需的动力源及动力传递机构小型化，使驱动扭矩大大减少，使机床所需电力降低80%，节能效果明显。可实现机床的高速运动，提高机床的工作效率2030%。d.承载能力强滚动直线导轨副具有较好的承载性能，可以承受不同方向的力和力矩载荷，如承受上下左右方向的力,以及颠簸力矩、摇动力矩和摆动力矩。因此，具有很好的载荷适应性。在设计制造中加以适当的预加载荷可以增加阻尼，以提高抗振性，同时可以消除高频振动现象。而滑动导轨在平行接触面方向可承受的侧向负荷较小，易造成机床运行精度不良。e.组装容易并具互换性传统的滑动导轨必须对导轨面进行刮研，既费事又费时，且一旦机床精度不良，必须再刮研一次。滚动导轨具有互换性，只要更换滑块或导轨或整个滚动导轨副，机床即可重新获得高精度。如前所述，由于滚珠在导轨与滑块之间的相对运动为滚动，可减少摩擦损失。通常滚动摩擦系数为滑动摩擦系数的2%左右，因此采用滚动导轨的传动机构远优越于传统滑动导轨。 液压加载 在用液压加载的装置当中，它必须要有一个承力的装置，把它叫做承载架，或者叫做加荷架。它要承受加载器的反力，这个加载器一方面给这个试件加上力，同时它这个反力由加载架来承受，最后来传递到试验台上去。 a液压加载的分类 液压加载可以通过这么几种方式来进行，一共有四种：一种叫液压千斤顶，一种叫单向作用液压加载器，一种叫双向作用液压加载器，还有一种是比较现代化的叫电液伺服加载器。 液压加载器咱们介绍了四种，一个就是普通的液压千斤顶，再一个就是单作用的加载器，一个双向作用加载器和一个电液伺服的作动器。电液伺服的作动器，为什么它不叫加载器呢？因为，这个电液伺服作动器，这个作动器是起自动控制作用的，自动控制里的执行元件一般叫做作动器。但是光有一个加载器实际上还不能实现加载，还要形成一个液压加载系统，这个液压加载系统就像开头咱们讲到的它要有油管，有泵等等。b液压加载系统（1）液压试验机，在这讲的液压试验机是液压的结构试验机。（2）普通的液压加载系统。所谓普通液压加载系统，就是用前面介绍过的单作用的加载器和双向作用加载器，再配上油管，配上油泵一些控制阀等等构成液压系统。 （3）电液伺服加载系统。 1.2 课题任务1.2.1 课题背景和研究意义在机械工业自动化的发展中，由于快速进给速度和切削进给速度的不断高速化，以及nc工作机械的大量使用和精度的不断提高，以前广泛使用的滑动导轨，由于有许多不足之处而急速地被滚动直线导轨代替，因此滚动直线导轨副在机械传动中得到了日益广泛的应用。在现在生产的规模化和集成化，需要对滚动直线导轨加载状态的性能指标进行检测试验。滚动直线导轨副液压加载试验装置设备主要解决规模化生产条件下，滚动直线导轨产品的可靠性测试和研究用。随着国民经济的持续快速发展，尤其是制造业的迅速发展，为滚动直线导轨产品提供了巨大的市场空间，中国市场强烈的诱惑力，使得世界都把目光聚焦于中国市场，在改革开放短短的几十年，中国滚动直线导轨制造业所形成的庞大生产能力让世界刮目相看。随着中国电力工业、数据通信业、城市轨道交通业、汽车业以及造船等行业规模的不断扩大，对滚动直线导轨的需求也将迅速增长，未来直线导轨行业还有巨大的发展潜力。在滚动直线导轨生成及正式投入使用之前，需要对滚动直线导轨副的垂直方向上的承载及加载能力进行测试，以满足不同场合滚动直线导轨副的承载及加载能力的要求。而本设计滚动直线导轨副液压加载试验装置可实现这一目标。该装置采用液压缸进行加载，在床身中间上方的龙门架上安装加载装置液压缸，加载时液压缸活塞推动活塞杆向下运动。活塞杆末端是一长方体块，直线导轨上方是滑块，滑块上方是一与活塞末端等大的长方体块，但此长方体块上表面有一球形凸起，以使加载时直线导轨受到是竖直向下的加载力。滑块与调力块之间有压力传感器，用来测加载力的大小。本设计是靠滚珠丝杠副带动工作台做来回往复运动，从而使工作台上方的直线导轨各部分都受到加载力。1.2.2 课题任务本设计主要进行对滚动直线导轨加载状态下的性能指标进行检测试验；具体要求如下：1. 试验台的移动速度范围1-120米/分；最高120米/分。2. 测试、控制滚动直线导轨的垂直加载力的大小。3. 加载力最大值为被试验导轨的额定载荷，最小控制单位10公斤。4. 被测试滚动直线导轨型号为25、35、452 滚动导轨液压加载实验装置总体方案的设计2.1. 滚珠直线导轨副液压加载实验装置系统设计2.1.1 滚动直线导轨副液压加载试验装置的机械结构设计滚动直线导轨副液压加载试验装置由床身支架部分、工作台部分、传动系统、控制系统、液压缸加载装置系统组成。这几部分要协同工作，对床身支架结构部分的设计要解决以下问题：（1）床身支架部分要有足够的刚度和强度，由温度变化引起的变形要小；（2）总体布局要合理，能有效的节省空间，不能占用太大的面积；（3）床身部分要有足够的刚度、强度和稳定性；（4）传动系统要求传动精度、效率、稳定性、安全性要高。在床身中间上方的龙门架上安装加载装置液压缸，加载时液压缸活塞推动活塞杆向下运动。活塞杆末端是一长方体块，直线导轨上方是滑块，滑块上方是一与活塞末端等大的长方体块，但此长方体块上表面有一球形凸起，以使加载时直线导轨受到是竖直向下的加载力。滑块与调力块之间有压力传感器，用来测加载力的大小。本设计是靠滚珠丝杠副带动工作台做来回往复运动，从而使工作台上方的直线导轨各部分都受到加载力。 2.1.2.滚动直线导轨副液压加载试验装置的加载结构设计 滚动直线导轨副液压加载试验装置的加载采用液压缸加载。液压缸固定在龙门支架上。（1）龙门支架要有足够的刚度、强度。（2）加载装置要满足调节方便、定位精度高，受温度变化影响小。 2.1.3.滚动直线导轨副液压加载试验装置的控制系统设计 滚动直线导轨副液压加载试验装置的控制系统是对液压缸加载装置、传动系统进行控制，是整个装置的核心部分。同时，根据压力传感器的示数大小和要加载力的大小对液压缸进行调整，使加载力符合要求滚动直线导轨副承载最大加载力。（1） 控制系统要有足够的稳定性、快速性、准确性；（2） 采用闭环控制保证控制精度；（3） 采用软件和电路补偿以获得较精确的误差曲线；（4） 对采样信号进行快速、正确的处理。 2.2 电机的选择在本设计中要求电机可以频繁正反转，并且可以在1-120米/分内实现无级调速，并且具有一定的承受负载能力。以往我们一般选择具有调速系统的直流电机或鼠笼式交流异步电机，但是由于这两种电机的调速系统还要专门选配，因此我们在这里选择市场上比较流行的开关磁组式电机调速系统（srd）面简单介绍一下该电机。 开关磁阻电动机调速系统srd（switchedreluctancedrive）是继变频调速系统、无换向器电动机调速系统之后发展起来的最新一代交流无级调速系统。它具有结构简单、坚固、成本低、工作可靠、控制灵活、运行效率高等诸多优点，由其构成的传动系统具有交、直流传动系统所没有的优点。本系统中电机的主要作用是带动滚珠直线导轨旋转，因此要求功率不大。摩擦力矩即负载转矩的大小为tw=26nm左右，电机转速 ,取0.96，则 ， (2-1) , (2-2) 电机采用b3形式安装，防护等级为ip44封闭式。在本系统中选择由北京锐力宏业科贸中心和中纺机电研究所生产的开关磁阻电动机调速体统h系列的h132a型。h132a型开关磁阻电动机调速系统的各项指标： 输入电压3相ac380/50hz,额定转速1500rpm, 功率为5.5kw,价格（含税价）为12500元，制动电阻r为36，则额定电流h132a型开关磁阻电动机调速系统的特性： 高起动转矩（150%），低起动电流（） 适用于频繁起停及正反转 电动机结构简单、成本低、适用于高速运行 可控参数多，调速性能好 电动机各相独立工作，系统可靠性极高 转速转矩大范围变化时保持高的系统效率 功率电路简单可靠 可通过机和电的统一协调设计满足各种特殊使用要求开关磁组式电机调速系统（srd）的工作原理： sr电机是一种机电能量转换装置。根据可逆原理，sr电机和传统电机一样，它既可将电能转换为机械能电动运行，在这方面的理论趋于成熟;也可将机械能转换为电能发电运行，其内部的能量转换关系不能简单看成是sr电动机的逆过程。本文将从sr电机电动和发电运行这两个角度阐述sr电机的运行原理。2.3 液压缸的选择 【液压缸选定程序】2.3.1 、初选缸径/杆径 条件一已知设备或装置液压系统控制回路供给液压缸的油压p、流量q及其工况需要液压缸对负载输出力的作用方式（推、拉、既推又拉）和相应力（推力f1、拉力f2、推力f1和拉力f2）的大小（应考虑负载可能存在的额外阻力）。针对负载输出力的三种不同作用方式，其缸径/杆径的初选方法如下：初定缸径d：由条件给定的系统油压p（注意系统的流道压力损失），满足推力f1的要求对缸径d进行理论计算，参选标准缸径系列圆整后初定缸径d；初定杆径d：由条件给定的输出力的作用方式为推力f1的工况，选择原则要求杆径在速比1.462（速比：液压缸活塞腔有效作用面积与活塞杆腔有效作用面积之比）之间，具体需结合液压缸回油背压、活塞杆的受压稳定性等因素，参照相应的液压缸系列速比标准进行杆径d的选择。 条件二已知设备或装置需要液压缸对负载输出力的作用方式大小。但其设备或装置液压系统控制回路供给液压缸的油压p、流量q等参数未知，针对负载输出力的作用方式，其缸径/杆径的初选方法如下：（1）根据本设备或装置的行业规范或特点，确定液压系统的额定压力p；专用设备或装置液压系统的额定压力由具体工况定，一般建议在中低压或中高压中进行选择。（2）根据本设备或装置的作业特点，明确液压缸的工作速度要求。（3）参照“条件一”缸径/杆径的初选方法进行选择。注：缸径d、杆径d可根据已知的推（拉）力、压力等级等条件由下表进行初步查取。不同压力等级下各种缸径/杆径对应理论推（拉）力表序号缸径（mm）推力（kn）杆径(mm)拉力（kn）压力等级（mpa）压力等级（mpa）71416212531.571416212531.5132611131720251848912141724071820263140207131520243022612141822282551112161924284910131620350142731414962251021243137462891922283442328161924293736713152024304632244506578983216323749587335153034455468451121243238485803570801061261584026536079941194524485572861085519374256668369045891021341592004533677610011915050316270921101396323455268811027100551101261651962475041829412414718655387788115137173702856648410012681106713315220023829955501001141501782256345891021341602018031637294112141912586172196258307387556913915820824731263641281461922292887059118135177211265904183951241481861014010821624632338548563861721962583073877081162185242289364807314516621825932710053106121158188238序号缸径（mm）推力（kn）杆径(mm)拉力（kn）压力等级（mpa）压力等级（mpa）71416212531.571416212531.511150124247283371442557709719422129034643575931862122783314178584168192252300378105631261441892252841216014128132242250363380106211241317377475909619222028934443310086172196257306386110741481702232653341318017835640753463680290134267305401477601100123246281369440554110112223255335399502125921842112773294151420022044050366078599010016533037749558974211015330735146054869012513426830640247960314011222425633640150515220266532608798950119711020039945659971389812518036041254164481114015831736247556571316012525128737644856416250344687785103112271546125258515589773920116014023647253970884210611602034064646097259131801653313784965917451728043186298512931539194018025350657875990311382002114227836337549501832056311261287168920112533200343686784102912251544220297594679891106013362.3.2 、选定行程/安装方式根据设备或装置系统总体设计的要求，确定安装方式和行程s，具体确定原则如下： 安装方式的确定原则：（1）法兰安装适合于液压缸工作过程中固定式安装，其作用力与支承中心处于同一轴线的工况；其安装方式选择位置有端部、中部或尾部三种，如何选择取决作用于负载的主要作用力对活塞杆造成压缩（推）应力、还是拉伸（拉）应力，一般压缩（推）应力采用尾部、中部法兰安装，拉伸（拉）应力采用端部、中部法兰安装，确定采用端部、中部或尾部法兰安装需同时结合系统总体结构设计要求和长行程压缩（推）力工况的液压缸弯曲稳定性确定。（2）铰支安装分为尾部单（双）耳环安装和端部、中部或尾部耳轴安装，适合于液压缸工作过程中其作用力使在其中被移动的机器构件沿同一运动平面呈曲线运动路径的工况；当带动机器构件进行角度作业时，其实现转动力矩的作用力和机器连杆机构的杠杆臂与铰支安装所产生的力的角度成比例。a）尾部单（双）耳环安装尾部单耳环安装是铰支安装工况中最常用的一种安装方式，适合于活塞杆端工作过程中沿同一运动平面呈曲线运动时，活塞杆将沿一个实际运动平面两侧不超过3的路径工况或结构设计需要的单耳环安装工况；此时可以采用尾部和杆端球面轴承安装，但应注意球面轴承安装允许承受的压力载荷。尾部双耳环安装适合于活塞杆端工作过程中沿同一运动平面呈曲线运动路径的工况；它可以在同一运动平面任意角度使用，在长行程推力工况必须充分考虑活塞杆由于缸的“折力”作用而引起的侧向载荷导致纵弯。b）端部、中部或尾部耳轴安装中部固定耳轴安装是耳轴安装最常用的安装方式，耳轴的位置可以布置成使缸体的重量平衡或在端部与尾部之间的任意位置以适应多种用途的需要。耳轴销仅针对剪切载荷设计而不应承受弯曲应力，应采用同耳轴一样长、带有支承轴承的刚性安装支承座进行安装，安装时支承轴承应尽可能靠近耳轴轴肩端面，以便将弯曲应力降至最小。c）尾部耳轴安装与尾部双耳环安装工况相近，选择方法同上。d）端部耳轴安装适合于比尾端或中部位置采用铰支点的缸更小杆径的液压缸，对长行程端部耳轴安装的缸必须考虑液压缸悬垂重量的影响。为保证支承轴承的有效承载，建议该种安装的液压缸行程控制在缸径的5倍以内。（3）脚架安装适合于液压缸工作过程中固定式安装，其安装平面与缸的中心轴线不处于同一平面的工况，因此当液压缸对负载施加作用力时，脚架安装的缸将产生一个翻转力矩，如液压缸没有很好与它所安装的构件固定或负载没有进行合适的导向，则翻转力矩将对活塞杆产生较大的侧向载荷，选择该类安装时必须对所安装的构件进行很好的定位、紧固和对负载进行合适的导向，其安装方式选择位置有端部和侧面脚架安装两种。 行程的确定原则（1）行程s=实际最大工作行程smax+行程富裕量s；行程富裕s=行程余量s1+行程余量s2+行程余量s3。（2）行程富裕量s的确定原则一般条件下应综合考虑：系统结构安装尺寸的制造误差需要的行程余量s1、液压缸实际工作时在行程始点可能需要的行程余量s2和终点可能需要的行程余量s3（注意液压缸有缓冲功能要求时：行程富裕量s的大小对缓冲功能将会产生直接的影响，建议尽可能减小行程富裕量s）；（3）对长行程（超出本产品样本各系列允许的最长行程）或特定工况的液压缸需针对其具体工况（负载特性、安装方式等）进行液压缸稳定性的校核。（必要时请与本公司技术部垂询）；（4）对超短行程（超出本产品样本各系列某些安装方式许可的最短行程）的液压缸必要时请与本公司技术部垂询。2.3.3 、端位缓冲的选择下列工况应考虑选择两端位缓冲或一端缓冲：（1）液压缸活塞全行程运行，其往返动行速度大于100mm/s的工况，应选择两端缓冲。（2）液压缸活塞单向往（返）速度大于100mm/s且运行至行程端位的工况，应选择一端或两端缓冲。（3）其他特定工况。2.3.4 、油口类型与通径选择（1）油口类型：内螺纹式、法兰式及其他特殊型式，其选择由系统中连接管路的接管方式确定。（2）油口通径选择原则：在系统与液压缸的连接管路中介质流量已知条件下，通过油口的介质流速一般不大于5mm/s，同时注意速比的因素，确定油口通径。2.3.5 、特定工况对条件选择（1）工作介质：正常介质为矿物油，其他介质必须注意其对密封系统、各部件材料特性等条件的影响。（2）环境或介质温度：正常工作介质温度为-20至+80，超出该工作温度必须注意其对密封系统、各部件材料特性及冷却系统设置等条件的影响。（3）高运行精度：对伺服或其他如中高压以上具有低启动压力要求的液压缸，必须注意其对密封系统、各部件材料特性及细节设计等条件的影响。（4）零泄漏：对具有特定保压要求的液压缸，必须注意其对密封系统、各部件材料特性等条件的影响。（5）工作的压力、速度，工况如： a) 中低压系统、活塞往返速度7080mm/s b) 中高压、高压系统、活塞往返速度100120mm/s必须注意对密封系统、各部件材料特性、联结结构及配合精度等条件的影响。（6）高频振动的工作环境：必须注意其对各部件材料特性、联结结构及细节设计等因素的影响。（7）低温结冰或污染的工作环境，工况如：1）高粉尘等环境；2）水淋、酸雾或盐雾等环境。必须注意其对密封系统、各部件材料特性、活塞杆的表面处理及产品的防护等条件的影响。2.3.6 、密封件品质的选择情况一、无特定工况、特定品质要求，依本公司标准密封系统采用，必要详情可与本公司技术部垂询情况二、有如前所述的特定工况、无指定品质要求，依本公司特定密封系统采用，必要详情可与本公司技术部垂询情况三、有如前所述的特定工况、有指定品质要求，建议密封系统由本公司专业工程师推荐采用情况四、液压缸的密封系统失效后果严重（如影响安全、不易更换、经济损失大等），建议密封系统由本公司专业工程师推荐。情况五、对配套出口的液压缸密封系统，建议由本公司专业工程师依据工况推荐采用互换性好、易采购的知名密封品质。2.3.7 、其它特性的选择（1）排气阀根据液压缸的工作位置状态，其正常设置在两腔端部腔内空气最终淤积的最高点位置，空气排尽后可防止爬行、保护密封，同时可减缓油液的变质。（2）泄漏油口在严禁油液外泄的工作环境中，由于液压缸行程长或某些工况，致使其往返工作过程中油液在防尘圈背后淤积，防止长时间工作后外泄，而必须在油液淤积的位置设置泄漏口。2.4 传感器的选择2.4.1 力传感器的选择垂直方向上的承载及加载能力是滚动直线导轨副的一项重要性能。因而测定垂直方向上的承载及加载能力具有重要的实际意义。力的测试方法分为两种：一种是直接比较法，即把待测力与基准量进行比较，这种方法简单易行，并且可以获得较高精度，但是却只适合力的静态测量；另一种方法就是用间接比较法，将待测力通过力传感器转换为其它物理量，然后进行信号的处理以及模数转换，这种尤其适合动态检测。滚动直线导轨副的垂直方向上的承载及加载能力检测就是用后一种方法。要动态检测滚动直线导轨副的垂直方向上的承载及加载能力，选择传感器很重要。在传感器的选用方面必须要灵敏度好，且能满足我们的测量要求，因而选用了北京瑞利威尔科技发展有限公司研制的bk-3型测力传感器。它是一种以电阻应变计为转换组件的电阻应变式传感器，由弹性体、电阻应变计、测量电桥组成。在被测力作用下，弹性体产生与其成正比的弹性变形，在弹性体特定部位上粘贴的电阻应变计将应变转换成与其成正比的电阻变化。其主要技术指标包括：灵敏度：12mv/v；直线性：0.05%；重复性：0.05%滞后: 0.05%；工作温度：-10+60；允许过负荷：120%之所以选用测力传感器，还因为其具有以下特点:体积小, 结构对称, 安装极为方便，检测不同规格的直线导轨, 调整非常简单。采用单悬臂梁（或复梁结构），具有良好的输出特性和抗偏能力，测量精度高，性能稳定可靠。传感器只需一次安装, 就能满足整个范围的测量, 无需因测量范围不同而更换传感器。在正、反向测量时, 传感器受力方向一致, 并且在受力母线上加载时, 不因位置不同或受力轴不同而影响测量结果。2.4.2 电阻应变式的原理：对一长为、截面积为、电阻率为的圆形导电材料，它的电阻为 (2-7) 当它受到轴向力拉伸或者压缩时，上式右边的三个参数均发生变化，因此电阻r也发生变化，如图2-10。图2-10 导体参数变化示意图利用数学方法可以求得电阻相对变化量。将式(2-7)两边取对数得再对上式微分得到 (2-8)式中，为电阻的相对变化；为材料的轴向线应变；为截面积的相对变化。由，有 (2-9)上式中由线应变的定义是径向应变，用符号表示。由材料的泊松比定律得到： (2-10) 将式(2-9)(2-10)代入(2-7)得： (2-11)由于采用的传感器的电阻应变计的材料为半导体，由半导体的“压阻效应”可以得到： (2-12)式中e为杨式弹性模量。将式(2-12)代入(2-11)，并写成增量的形式: (2-13)由式(2-13)可以知道电阻应变片与轴向线应变成线性关系。电阻应变片的电阻变化通过测量电桥的处理，转换成与之成线性关系的电压输出。当驱动机构带动滑板沿直线导轨轴线做直线运动时，由牛顿的经典力学定律可以知道，其驱动力等于滚珠直线导轨副的动摩擦力。驱动力f引起力传感器传感组件的变化，最终生成电压信号输出3、 硬件电路设计3.1、放大电路的设计由于传感器检测元件的输出电压是很小的，通常不超过几十毫伏，这么弱的信号单片机是无法处理的，而且也容易被噪声干扰而淹没。因此需要将这个微弱的电压信号进行放大，前置放大级的作用是把传感器检测元件拾取到的信号进行适当的放大整形处理后送给单片机的a/d转换单元。本系统中选择常用的集成运算放大器cf741。cf741管脚采用双列直插式分配，有八个管脚（图215）：1和5为调零端，2为反向输入端，3为同向输入端，4为负电源端，6为输出端，7为正电源端，8为空端。 图215 cf741管脚封装 图2-16 cf741信号防大电路3.1 .1 cf741的特点cf741具有以下几个特点：（1） 不需外部频率补偿：（2） 具有短路保护；（3） 失调电压调到零的能力；（4） 较宽的共模和差模电压范围；（5） 功耗低；（6） 无阻塞现象。（7） 该器件有两种工作温度范围；传感器测量出来的模拟电压信号经cf741放大，其放大电路如2-16：该放大电路的放大倍数a=,输出的电压信号仍然为模拟信号为了方便以后的信号处理，所以还要进行模数转换。3.2、模数转换电路的设计在模拟量经过传感器和放大器后，需要经过a/d转换才能送进cpu进行处理，目前a/d转换集成芯片种类很多，我选择比较常用的adc0809。adc0809是一种具有8路模拟量输入的8位a/d 转换器。它采用逐次逼近方式进行a/d转换的8位a/d转换器，它内部有地址锁存器及译码器，8通道多路模拟开关，高阻抗斩波稳定比较器，控制逻辑，逐次逼近寄存器（sar），带数状模拟开关的256电阻分压器和8位输出缓冲锁存器。adc0809d的引脚及功能：图2-17 adc0809d封装adc0809采用逐次逼近式，转换原理如图2-18所示，主要由n位寄存器、n位d/a转换器、比较器和控制逻辑四个部分组成，其工作原理如下： 当启动信号启动后，在时钟作用下，控制逻辑首先使n位寄存器的最高位dn-1为1，其他位为0，此树经n位d/a转换器转换成模拟量vc，送到比较器，比较器将vc与模拟量vx进行比较，控制逻辑根据比较结果作出不同处理：若vxvc，则此位保留不变；表示输入模拟量vx比满量程的一半还大。若vxvc，则将此位清0，表示输入的vx比满量程的一半还要小。到此，dn-1位处理完成。然后，再将dn-2位置1，将n位寄存器中的数送d/a转换器转换，所得模拟量vc再与vx比较，同样，根据比较结果决定dn-2保持1还是清0。如此逐位由高到低，直到最后一位d0处理完毕为止，此时，n位寄存器中的数字量就是拟量vx对应的数字量。一个n位a/d转换器通过n次比较，即可得到转换结果。图2-18 adc 0809工作原理3.2.1 adc0809adc0809的主要技术指标：（1） 分辨率 8位（2） 不可调误差1lsb（3） 转换时间 100s（4） 温度范围 -40（5） 功耗 15mw（6） 单一电源 +5vadc0809与8051的接口电路如图2-19adc0809的通道地址a b c分别由8051的地址总线低3位p0.0p0.2提供；adc0809的通道地址锁存信号ale和启动信号start共同由8051的p2.7与“或”逻辑控制，当信号和p2.7都为低电平是，ale为1有效，将通道地址abc锁存并译码，同时start信号有效，a/d启动转换开始。adc0809的输出允许信号oe在p2.7和“”信号同时低电平有效，输出转换后的数字量。转换结束信号eoc经反向接8051的中断请求信号。adc0809d 的时钟信号 clk由8051的ale经分频后提供。8051的ale每个机器