现代机械设计 系统与结构PDF电子书下载

第1篇 总论 1

1.现代机械与现代机械组成 1

1.1传统机械与现代机械 1

1.2现代机械系统的构成 1

1.2.1机械本体 2

1.2.2动力部分 2

1.2.3检测传感装置 2

1.2.4控制及信息处理装置 2

1.2.5执行机构 3

1.3现代机械系统的主要特征 3

1.3.1功能增加柔性提高 3

1.3.2结构简化改善性能 3

1.3.3效率提高成本降低 4

1.4现代机械的功能要求 5

2.现代机械系统的关键技术 6

2.1机械技术与精密机械技术 6

2.2检测传感技术 9

2.3自动控制及伺服系统技术 10

2.4系统总体技术 12

2.4.1系统设计 12

2.4.2系统调试 12

2.4.3系统评价 13

3.现代机械系统总体设计概述 14

3.1总体设计主要内容 14

3.1.1分析技术资料，明确设计方向 14

3.1.2综合实际需要，确定功能指标 14

3.1.3分解系统功能，拟定总体方案 15

3.1.4认真评价复查，确保方案可行 15

3.2现代机械系统的设计类型与设计步骤 16

4.现代机械系统设计中几个应注意的问题 19

4.1现代机械系统设计的两个特点 19

4.1.1等效性 19

4.1.2互补性 19

4.2系统性能指标对总体方案的影响 20

4.3性能指标分配 21

第2篇 驱动和执行装置 24

5.电力驱动 24

5.1回转运动型电力驱动元件 24

5.1.1步进电动机 24

5.1.2直流伺服电动机 29

5.1.3交流伺服电动机 31

5.2直线运动型电力驱动元件 32

5.2.1直线步进电动机 32

6液压驱动 34

6.1液压泵 34

6.2液压马达和液压缸 35

6.2.1液压马达 36

6.2.2液压缸 38

6.3伺服阀的结构与特性 39

6.3.1喷嘴挡板式伺服阀 39

6.3.2射流管式伺服阀 40

6.3.3偏转板射流式伺服阀 40

6.3.4动圈式伺服阀 40

6.3.5三级电液流量伺服阀 41

6.3.6电液压力伺服阀 42

6.4电液步进马达的工作特性 43

6.5液压伺服马达的运动特性 44

6.5.1喷嘴挡板式液压伺服马达 44

6.5.2射流管式液压伺服马达 45

6.5.3滑阀式液压伺服马达 46

7.气动驱动 48

7.1气动系统简介 48

7.2气动执行器 49

7.2.1气缸 49

7.2.2气马达 51

7.3气阀 51

7.4气动驱动器的位置控制 54

7.5气动逻辑控制 55

7.6气动伺服控制 58

8.运动传动机构和系统 60

8.1机械传动机构 60

8.1.1齿轮传动 60

8.1.2丝杠传动 61

8.1.3皮带传动和链传动 64

8.1.4连杆传动和凸轮传动 74

8.2液压传动系统 77

8.3气动传动系统 78

9.减速器 82

9.1渐开线圆柱齿轮减速器 82

9.2圆柱蜗杆减速器 84

9.3行星齿轮减速器 87

9.3.1NGW-L型行星齿轮减速器 87

9.3.2其他行星齿轮减速器 89

9.3.3球减速器 90

9.4谐波减速器 91

9.4.1XB型谐波齿轮减速器 91

9.4.2谐波齿轮设计 93

9.5特殊齿形减速器 95

9.5.1摆线针轮减速器 95

9.5.2圆弧圆柱蜗杆减速器 96

9.5.3RV减速器 98

9.5.4摆杆减速器 99

9.6无级变速器 99

10.机电系统中的执行机构 102

10.1概述 102

10.1.1执行机构的功能 102

10.1.2执行机构的设计要求 102

10.1.3执行系统的设计步骤 103

10.2常见的机械机构的主要性能与特点 104

10.3微动机构 109

第3篇 传感器技术 112

11.概论 112

11.1现代机械设计对传感器的基本要求 112

11.2传感器的组成与一般特性 113

11.2.1传感器的组成 113

11.2.2传感器的一般特性 114

11.3传感器的应用与发展趋势 118

11.3.1传感器的应用 118

11.3.2传感器的发展趋势 118

12.开关量及接近传感器 120

12.1光电传感器 120

12.1.1对射型光电传感器 120

12.1.2反射板型光电传感器 121

12.1.3反射型光电传感器 121

12.1.4带光纤的光电传感器 122

12.2接近开关用电感、电容式传感器 122

12.2.1电感式传感器 122

12.2.2电容式传感器 124

12.3涡流式传感器 126

12.4磁式接近传感器 127

12.5霍尔传感器 129

13.位移传感器 131

13.1光栅式传感器 131

13.1.1光栅式传感器的类型 131

13.1.2光栅式传感器的结构和原理 133

13.2光电编码器 139

13.3旋转变压器及感应同步器 140

13.3.1旋转变压器 140

13.3.2感应同步器 141

13.4光纤位移传感器 145

13.4.1传输型光纤位移传感器 145

13.4.2干涉型光纤位移传感器 146

14.速度、加速度传感器 147

14.1测速发电机 147

14.1.1直流测速发电机 147

14.1.2交流测速发电机 148

14.2霍尔速度传感器 148

14.3磁电式速度传感器 149

14.4线加速度传感器 150

14.4.1压电式加速度传感器 150

14.4.2压阻式加速度传感器 151

14.4.3金属挠性加速度传感器 152

14.4.4石英挠性加速度传感器 152

14.4.5光纤加速度传感器 153

15.力和力矩传感器 156

15.1力传感器 156

15.1.1应变式力传感器 156

15.1.2膜片式压力传感器 157

15.1.3电感式压力传感器 157

15.1.4电容式压力传感器 157

15.1.5压电式力和压力传感器 158

15.1.6压阻式压力传感器 160

15.1.7霍尔压力传感器 160

15.1.8石英谐振式压力传感器 160

15.1.9磁致伸缩式压力传感器 160

15.1.10声表面波（SAW）压力传感器 161

15.2力矩传感器 161

15.2.1电阻应变式力矩仪 162

15.2.2磁电式力矩仪 162

15.2.3压磁式力矩仪 163

15.3力与力矩复合传感器 164

16.其他传感器 166

16.1触觉传感器 166

16.1.1压阻式集成触觉传感器阵列 167

16.1.2压电式集成触觉传感器阵列 167

16.1.3电容式集成触觉传感器阵列 167

16.1.4转动动态触觉传感器 168

16.1.5柔性匹配触觉传感器 168

16.2图像和色彩传感器 168

16.2.1电荷耦合器件（CCD）图像传感器 169

16.2.2电荷注入器件（CID）图像传感器 170

16.2.3光纤图像传感器 170

16.2.4超导图像传感器 171

16.2.5半导体色彩传感器 171

16.2.6非晶态硅色彩传感器 172

16.3温度传感器 173

16.3.1热电阻 173

16.3.2半导体热敏电阻 174

16.3.3热电偶 175

16.3.4晶体管PN结温度传感器 176

16.3.5热释电型红外线传感器 176

16.3.6声表面波（SAW）温度传感器 177

16.3.7光现象型温度传感器 177

16.4模糊传感器 178

17.信号处理接口电路 180

17.1数据放大接口 180

17.1.1仪表放大器 180

17.1.2程控增益放大器 183

17.1.3电桥放大器 186

17.1.4隔离放大器 187

17.1.5电荷放大器 190

17.2数据转换接口 191

17.2.1A/D和D/A转换器 191

17.2.2V/F转换器 195

17.2.3F/V转换器 196

17.2.4I/V电流-电压转换器 198

17.2.5V/I电压-电流转换器 199

17.2.6有效值转换器 200

17.3数据调理接口 202

17.3.1有源滤波器 202

17.3.2调制与解调 204

17.3.3抗干扰技术 207

18.智能传感器 210

18.1智能传感器的定义、特点和构成 210

18.2智能传感器输出信号的预处理和数据采集 211

18.2.1开关信号的预处理 211

18.2.2模拟信号的预处理 211

18.2.3数据采集 213

18.3传感器的智能化 213

18.3.1智能传感器的控制 213

18.3.2智能传感器的数据处理 215

18.3.3智能传感器的数据传输 216

18.4智能传感器的应用 216

18.4.1智能压力传感器 216

18.4.2智能差压-压力传感器 217

18.4.3智能温度传感器 218

18.4.4智能超声波流量传感器 218

18.5智能传感器的发展趋势 219

第4篇 控制技术 221

19.开关量电器控制技术 221

19.1引言 221

19.2开关量电器控制系统的基本结构 221

19.3开关量电器控制的基本电路 223

19.3.1点动、启动和停车 223

19.3.2可逆控制 223

19.3.3联锁与互锁控制 225

19.4开关量电器控制系统设计 225

19.4.1设计的基本要求与原则 225

19.4.2设计方法 225

19.4.3设计中应注意的几个问题 228

20.开关量计算机控制系统 231

20.1开关量计算机控制系统的组成与功能 231

20.2PLC控制程序设计 235

20.3PLC控制系统设计 240

20.4PLC控制系统应用举例 243

21.连续量控制技术 249

21.1伺服系统概述 249

21.1.1开环伺服系统 249

21.1.2闭环伺服系统 250

21.2速度控制伺服系统 250

21.2.1直流电动机速度控制 251

21.2.2交流电动机速度控制 255

21.3位置伺服控制系统 260

21.3.1步进电动机驱动位置控制 260

21.3.2相位位置伺服控制系统 262

21.3.3幅值位置伺服系统 263

21.3.4数字脉冲比较伺服系统 263

22.数字控制技术 266

22.1数控系统的原理及组成 266

22.2数控装置的功能与结构 267

22.2.1数控装置的功能 267

22.2.2CNC装置的硬件结构 268

22.2.3CNC系统的软件结构 272

22.3数控系统的程序编制 275

22.3.1概述 275

22.3.2手工程序编制 276

22.3.3自动程序编制 278

22.4数控系统的插补原理 280

22.4.1数据采样插补原理 280

22.4.2时间分割数据采样插补 281

22.4.3扩展DDA数据采样插补 283

第5篇 现代机械系统设计综合 286

23.开环伺服系统设计 286

23.1系统方案设计 286

23.2机械系统设计 287

23.2.1确定脉冲当量，初选步进电动机 287

23.2.2计算减速器的传动比 288

23.2.3计算系统转动惯量 289

23.2.4确定步进电动机动力参数 290

23.2.5验算惯量匹配 291

23.3控制系统设计 292

23.3.1控制系统总体考虑 292

23.3.2系统的硬件设计 293

23.3.3系统软件设计 294

24.闭环伺服系统设计 296

24.1系统方案设计 296

24.1.1控制方案确定 296

24.1.2执行元件的选择 296

24.1.3检测反馈元件的选择 297

24.1.4机械系统与控制系统方案的确定 297

24.2系统性能分析 297

24.3系统参数设计 298

24.4系统校正 300

25.伺服系统中的非线性因素考虑 302

25.1饱和特性与死区特性的影响 302

25.2间隙特性的影响 303

25.3摩擦特性的影响 305

25.4结构弹性变形的影响 307

26.“精密1号”装配机器人系统设计 311

26.1概述 311

26.2“精密1号”机器人系统总体设计方案 311

26.2.1系统总体功能 311

26.2.2总体结构及本体结构分析 311

26.2.3主要技术性能 312

26.3主要分系统设计 314

26.3.1机械本体设计 314

26.3.2控制系统设计 317

26.3.3电动机及其功率驱动分系统 323

26.3.4视觉分系统 328

26.3.5六维力传感器分系统 333

26.4小结 335