轴承质量对机械设备的精度、寿命、运转平稳性有很大影响,而轴承的摩擦力矩是一项评估和影响轴承质量的关键参数,因此研制对轴承的摩擦力矩进行快捷、准确测量的机电一体化仪器具有重要意义。综合考量,基于平衡测量法研制的仪器在刚度、精度、制造难度、生产成本上具有优势。本课题基于平衡测量法,针对中小型轴承的摩擦力矩测量设计测量仪。规划了仪器的性能参数和功能需求,基于平衡测量法的原理,设计了测量仪的机电一体化系统的总体方案。设计了仪器中的轴承摩擦力矩测试装置方案、力矩传感器位置调整方案。对比分析了三种力矩传感器方案,确定了仪器中采用的光电式力矩传感器的方案,设计了仪器采用的控制系统方案。设计了光电式力矩传感器的方案,研究了力矩传感器的主要性能指标线性度。设计了力矩传感器的结构,确定了光栅与光源的参数,对弹性轴的变形进行了静力学仿真,并完成了传感器内部电路的设计。分析了力矩传感器轴端径向力、弯矩对测量力矩精度的影响,对完成的光电式力矩传感器的线性度、温漂进行了试验研究。详细设计了测量仪中的摩擦力矩测试装置、力矩传感器位置调整装置、仪器机架,通过有限元软件对机架进行了静力学仿真,验证了仪器机架刚度设计的合理性。开发了仪器的人机用户界面,设计了仪器的嵌入式控制程序。集成了仪器的机电系统,完成了机电一体化产品,并分析了仪器的性能参数。