机电一体化系统综合设计及应用实例PDF电子书下载

1 概论 1

1.1 机电一体化基本概念 1

1.1.1 机电一体化定义 1

1.1.2 机电一体化系统的基本构成 1

1.2 机电一体化技术分类与应用 3

1.2.1 机电一体化技术分类 3

1.2.2 机电一体化技术应用 4

1.3 机电一体化系统关键技术 6

1.4 机电一体化设计方法 7

1.4.1 优势设计 9

1.4.2 创新设计 9

1.4.3 优化设计 9

1.4.4 可靠性设计 10

1.4.5 虚拟设计 10

1.4.6 智能设计 10

1.4.7 协同设计 11

1.4.8 绿色设计 11

1.5 机电一体化技术发展方向 11

1.5.1 机电一体化技术发展主要模式 11

1.5.2 从典型机电一体化产品看机电一体化发展趋势 13

1.5.3 机电一体化的轻量化及微型化发展趋势 14

习题与思考题 14

2 机电一体化系统设计基本原理 15

2.1 机电一体化系统设计一般步骤与方法 15

2.1.1 市场调查 15

2.1.2 初步设计 16

2.1.3 详细设计 17

2.2 机电一体化系统功能设计 20

2.2.1 功能的概念 20

2.2.2 确定总功能 21

2.2.3 总功能分解 22

2.2.4 功能元（分功能）求解 26

2.3 机电一体化系统结构设计 29

2.3.1 结构设计的基本过程 30

2.3.2 结构设计的基本原理 31

2.4 机电一体化控制系统设计 36

2.4.1 机电一体化控制系统设计的基本要求 36

2.4.2 控制系统设计的内容和步骤 37

2.4.3 控制器选型 38

2.4.4 总线技术 40

2.4.5 PC总线工控机 40

习题与思考题 41

3 机械系统设计与选择 42

3.1 机械传动部件的设计与选择 42

3.1.1 机械传动部件及其功能要求 42

3.1.2 齿轮传动部件的设计与选择 43

3.1.3 丝杠螺母传动部件的设计与选择 50

3.1.4 挠性传动部件的设计与选择 57

3.1.5 间隙传动部件的设计与选择 62

3.1.6 自动上料机构的设计与选择 65

3.2 导向支承部件的设计与选择 69

3.2.1 导轨副的组成、种类及其应满足的要求 69

3.2.2 滑动导轨的类型与选择 71

3.2.3 滚动导轨的类型与选择 76

3.2.4 静压导轨副工作原理 79

3.3 轴系部件的设计与选择 82

3.3.1 概述 82

3.3.2 轴系用滚动轴承的类型与选择 84

3.3.3 轴系用滑动轴承的类型与选择 89

3.3.4 主轴组件的布局 95

3.4 机电一体化系统（产品）的机座或机架 99

3.4.1 机座或机架的作用及基本要求 99

3.4.2 机座或机架的设计要点 100

习题与思考题 104

4 机电一体化驱动系统设计 105

4.1 概述 105

4.2 电动机的选择 106

4.2.1 电动机结构形式的选择 106

4.2.2 电动机类型的选择 106

4.2.3 电动机转速的选择 107

4.2.4 电动机容量的选择 107

4.3 步进电动机驱动与控制 107

4.3.1 步进电动机的工作原理 107

4.3.2 步进电动机的驱动控制 110

4.3.3 步进电动机的选用 111

4.4 直流伺服电动机及其控制 111

4.4.1 直流伺服电动机的特点 111

4.4.2 直流伺服电动机的分类与结构 112

4.4.3 直流伺服电动机的驱动及控制 112

4.5 交流伺服电动机及其控制 115

4.5.1 交流伺服电动机的种类和结构特点 115

4.5.2 交流伺服电动机的控制方法 115

4.5.3 交流伺服电动机的选择 118

4.6 直线电动机 121

4.6.1 直线感应电动机 121

4.6.2 直线直流电动机 123

4.6.3 直线步进电动机 124

4.7 压电驱动器 126

4.7.1 压电材料的特性 126

4.7.2 双压电型驱动元件 128

4.7.3 积层压电驱动元件 129

4.8 电液伺服驱动系统 130

4.8.1 电液伺服阀的概念和功能 131

4.8.2 电液伺服阀的工作原理 131

习题与思考题 133

5 传感器与检测系统 134

5.1 概述 134

5.1.1 传感器及其组成 134

5.1.2 传感器的静态特性 134

5.1.3 传感器的动态特性 136

5.1.4 传感器的性能指标 136

5.2 位移传感器 136

5.2.1 电感式传感器 136

5.2.2 电容式位移传感器 139

5.2.3 光栅数字传感器 141

5.2.4 感应同步器 143

5.2.5 角数字编码器 144

5.3 速度与加速度传感器 146

5.3.1 速度传感器 146

5.3.2 加速度传感器 147

5.4 力、压力和扭矩传感器 148

5.4.1 测力传感器 148

5.4.2 压力传感器 150

5.4.3 转矩（扭矩）传感器 151

5.5 位置传感器 152

5.5.1 接触式位置传感器 152

5.5.2 非接触式位置传感器 153

5.6 红外、图像传感器 154

5.6.1 红外辐射的基本知识 154

5.6.2 红外探测器分类 155

5.6.3 热释电型红外传感器 156

5.6.4 固体电荷耦合成像器件（CCD） 157

5.7 传感器应用举例 160

5.7.1 高频涡流测厚仪 160

5.7.2 压差式液位传感器 160

5.7.3 电容式料位传感器 161

5.7.4 摩托车电子速度表 162

5.7.5 CCD技术应用 163

习题与思考题 165

6 可编程控制器（PLC）原理及应用 167

6.1 概述 167

6.1.1 PLC的产生 167

6.1.2 PLC的发展 168

6.1.3 PLC的基本功能 168

6.1.4 PLC的特点 169

6.1.5 PLC与微机（MC）及继电器控制的区别 170

6.2 PLC的基本构成 171

6.2.1 PLC的硬件组成 171

6.2.2 PLC的工作过程 173

6.2.3 可编程控制器的软件系统 175

6.3 FX系列可编程控制器概述 175

6.3.1 FX系列PLC的型号 175

6.3.2 FX2N系列PLC的配置 176

6.3.3 FX2N系列PLC内部软元件 178

6.4 FX系列PLC基本指令及编程 183

6.4.1 FX系列PLC基本指令 183

6.4.2 基本逻辑指令 184

6.4.3 应用指令、步进指令和返回指令 191

6.5 PLC基本逻辑指令应用编程 196

6.5.1 电动机控制实例 196

6.5.2 定时器的应用 197

6.5.3 振荡电路与分频电路 198

6.6 PLC控制应用实例——运料小车控制 199

习题与思考题 201

7 单片机原理及接口技术 202

7.1 单片机的工作原理 202

7.1.1 概论 202

7.1.2 MCS-51单片机管脚及总线结构 203

7.1.3 MCS-51单片机内部结构 205

7.1.4 MCS-51系列单片机指令系统 213

7.2 单片机扩展与接口技术 217

7.2.1 单片机系统扩展 218

7.2.2 人机通道配置及接口技术 226

7.2.3 单片机开发系统简介 231

7.3 单片机应用实例——控制步进电动机 232

习题与思考题 236

8 机电一体化系统设计实例 237

8.1 机电一体化系统（产品）设计基本方法 237

8.2 喷气织机电子开口机械机构设计 238

8.2.1 设计思路 238

8.2.2 设计要求 239

8.2.3 电子开口机械机构方案设计 239

8.2.4 电子开口机构方案确定 241

8.2.5 电子开口系统分析 241

8.2.6 电子开口机构机械结构设计 242

8.3 机械手自动控制系统设计 244

8.3.1 控制要求 244

8.3.2 控制方案 244

8.4 机械预缩机预缩量的控制 247

8.4.1 预缩量的数字控制 247

8.4.2 用MCS-51单片机实现预缩量控制 248

习题与思考题 255

参考文献 256