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1绪论1

1.1 研究背景1

1.2 研究思路4

1.3 主要研究内容7

参考文献9

第一篇 载荷加载器结构设计10

2大负荷扭转/拉压及其复合振动试验机的结构设计10

2.1 方案优选10

2.2 滚珠逆螺旋机构输出拉压/扭转复合载荷的工作原理12

2.3 拉压/扭转及拉（压）扭复合功能实验机的机械结构及工作原理14

2.4 力（运动）转换机构承载能力的计算20

2.5 三维实体造型24

3直线/转动转换机构的CAE设计28

3.1 机构运动仿真（ADAMS）设计28

3.1.1 运动仿真（ADAMS）分析基础28

3.1.2 逆螺旋转换机构运动仿真分析36

3.1.3 仿真结果与分析39

3.2 力（运动）转换机构ANSYS接触分析42

3.2.1 力（运动）转换机构接触问题的理论分析42

3.2.2 有限元分析前处理46

3.2.3 计算结果与分析54

4直线/转动转换机构的理论设计及优化计算57

4.1 力（运动）转换机构各参数的设计计算57

4.1.1 螺旋升角57

4.1.2 滚道型面形状与接触角62

4.1.3 螺旋中径与滚道曲率半径63

4.1.4 滚珠直径/滚珠数/滚道数64

4.2 滚珠运动及滑移分析68

4.2.1 滚珠运动分析68

4.2.2 滚珠螺旋副的自锁效应72

4.2.3 滚珠滑移及自锁对高速性的影响73

4.2.4 滚珠滑移速度75

4.2.5 减小滚珠滑移及自锁的方法81

4.3 滚珠螺旋副的额定负载及工作寿命83

4.3.1 滚珠与滚道处的塑性变形83

4.3.2 滚珠螺旋副的额定负载85

4.3.3 工作寿命计算87

4.4 关键零件强度校核88

4.4.1 推力球轴承校核88

4.4.2 扭矩传感器连接螺栓校核89

4.4.3 轴与法兰连接花键校核90

参考文献91

第二篇 载荷加载器动力系统设计94

5液压伺服系统静态设计94

5.1 试验机液压伺服系统主要技术指标94

5.2 液压伺服系统方案的确定95

5.3 负载特性分析98

5.4 液压动力系统的优化设计102

5.5 液压缸主要参数的计算及伺服阀的选择107

5.6 其他液压元件参数的计算及选型113

5.7 最大功能曲线120

6基于MATLAB的电液伺服系统仿真123

6.1 角位移控制系统123

6.1.1 角位移控制系统结构原理123

6.1.2 角位移控制系统数学模型125

6.1.3 角位移控制系统动态分析130

6.2 扭矩控制系统139

6.2.1 扭矩控制系统结构原理140

6.2.2 扭矩控制系统的数学模型141

6.2.3 扭矩控制系统动态分析144

6.2.4 扭矩控制系统总结156

参考文献157

第三篇 载荷加载器控制系统设计161

7载荷加载器的控制系统硬件设计161

7.1 控制系统硬件设计方案161

7.2 下位高速伺服控制器电路设计163

7.2.1 DSP伺服控制器最小系统163

7.2.2 控制器辅助电源模块164

7.2.3 模拟量A/D前向采样电路166

7.2.4 模拟量D/A后向输出电路169

7.2.5 复杂可编程逻辑器件CPLD电路170

7.2.6 串口通信模块172

7.2.7 电机及电磁溢流阀控制电路173

7.3 主要电气元件的设计与选择174

7.3.1 伺服控制器174

7.3.2 伺服阀放大器175

7.3.3 传感器176

7.3.4 数据采集卡180

7.3.5 工业控制计算机系统181

8控制算法研究及控制软件设计183

8.1 控制系统软件方案183

8.2 控制算法研究185

8.2.1 数字PID伺服控制算法186

8.2.2 参数自整定模糊PID伺服控制算法187

8.2.3 基于半实物仿真技术的控制算法验证192

8.3 测试与控制软件设计196

8.3.1 下位机DSP伺服控制器软件实现196

8.3.2 上位工控机测控软件的编程实现199

8.3.3 控制系统的抗干扰设计202

参考文献208

附录213

图a.往复直线运动转化为来回摆动的逆螺旋机构213

图b.扭转试验机总体布置装配图214

图c.液压动力系统设计图214

图d.伺服控制系统设计图215

图e.逆螺旋扭转疲劳试验系统试制装配实物图215

后记216