机电一体化系统设计 第4版PDF电子书下载

第1章 概述 1

1-1 对机电一体化涵义的理解与机电一体化技术革命 1

一、机电一体化涵义与机电一体化时代特征 1

二、机电一体化技术革命 2

1-2 机电一体化系统构成要素、功能构成及其价值评价 3

1-3 机电一体化系统构成要素之间的相互连接 8

1-4 机电一体化系统设计的考虑方法、设计类型及设计流程 9

一、机电一体化系统设计的考虑方法 9

二、机电一体化系统的设计类型 10

三、机电一体化系统的设计流程 11

1-5 机电一体化系统的设计程序、准则与规律 12

1-6 机电一体化工程与系统工程 14

1-7 机电一体化系统的开发工程与现代设计方法 15

一、机电一体化系统的开发工程 15

二、机电一体化系统设计与现代设计方法 15

1-8 机电一体化系统的共性关键技术与优先发展领域 19

一、机电一体化系统的共性关键技术 19

二、机电一体化的优先发展领域 21

习题与思考题 23

第2章 机电一体化系统机械系统部件的选择与设计 24

2-1 机械系统部件的设计要求 24

2-2 机械系统传动部件的选择与设计 25

一、机械传动部件及其功能要求 25

二、丝杠螺母机构的基本传动形式 26

三、滚珠丝杠副传动部件 27

四、齿轮传动部件 39

五、挠性传动部件 46

六、间歇传动机构 48

2-3 机械系统导向支承部件的选择与设计 50

一、导轨副的组成、种类及其应满足的要求 50

二、滑动导轨副的结构及选择 55

三、滚动导轨副的类型与选择 61

四、静压导轨副工作原理 66

2-4 机械系统旋转支承部件的类型与选择 68

一、旋转支承部件的种类及基本要求 68

二、圆柱支承 69

三、圆锥支承 71

四、填入式滚动支承 72

五、其他形式支承 73

2-5 机械系统轴系部件的选择与设计 76

一、轴系设计的基本要求 76

二、轴系（主轴）用轴承的类型与选择 77

三、提高轴系部件性能的措施 84

2-6 机电一体化系统的机座或机架设计 84

一、机座或机架的作用及基本要求 84

二、机座或机架的结构设计要点 86

习题与思考题 90

第3章 机电一体化系统执行元件的选择与设计 91

3-1 执行元件的种类、特点及基本要求 91

一、执行元件的种类及特点 91

二、对执行元件的基本要求 93

3-2 常用的控制用电动机 94

一、对控制用电动机的基本要求 94

二、控制用电动机的种类、特点及选用 95

3-3 直流（DC）与交流（AC）伺服电机及驱动 97

一、直流（DC）伺服电机及驱动 97

二、交流（AC）伺服电机及驱动 101

3-4 步进电机及驱动 105

一、步进电机的特点与种类 105

二、步进电机的工作原理 106

三、步进电机的运行特性及性能指标 109

四、步进电机的驱动与控制 115

习题与思考题 125

第4章 机电一体化系统微机控制系统的选择及接口设计 127

4-1 专用与通用的抉择、硬件与软件的权衡 127

4-2 微机控制系统的设计思路 128

一、微机控制系统整体方案的确定与微机选择 128

二、微机控制系统的总体设计与系统软件的确定 130

三、微机控制系统控制算法的确定 132

4-3 微机控制系统的构成与种类 133

一、微型计算机的系统构成 133

二、微型计算机的分类方法 134

4-4 微机控制系统的软件与程序设计语言 136

4-5 微机应用领域及其选用要点 137

4-6 8086/8088CPU的硬件结构特点 139

一、8086/8088CPU的主要结构特点 139

二、8086/8088CPU的最大与最小工作模式 139

三、8086/8088CPU引脚的功能定义 140

四、8086CPU最小、最大工作模式系统的典型配置 143

4-7 单板机（Z80CPU）的硬件结构特点、存储器及输入／输出扩展接口 146

一、Z80CPU的硬件结构特点 146

二、Z80CPU用总线驱动器 147

三、Z80CPU用存储器 148

四、Z80CPU用输入／输出接口 152

五、Z80CPU用存储器及I/O口扩展 158

4-8 单片机的硬件结构特点及其最小应用系统 159

一、MCS-51系列单片机的结构特点 159

二、MCS-51系列单片机的最小应用系统及其扩展 162

4-9 数字显示器及键盘的接口电路 165

一、数字显示器的结构及其工作原理 165

二、键盘、显示器的接口电路 168

4-10 微机应用系统的输入／输出控制的可靠性设计 171

一、光电隔离电路设计 171

二、信息转换电路设计 175

4-11 可编程逻辑控制器（PLC）的构成及应用举例 176

一、PLC的构成及其工作原理 176

二、PLC的应用举例 179

4-12 常用检测传感器的性能特点、选用及其微机接口 182

一、检测传感器的分类与基本要求 182

二、各类传感器的主要性能及优缺点 185

三、传感器的选用原则及注意事项 194

四、检测传感器的测量电路及微机接口 195

习题与思考题 199

第5章 机电一体化系统元、部件的特性分析 201

5-1 机电一体化系统与自动控制理论 201

一、拉普拉斯变换与传递函数 201

二、控制系统的过渡过程特性 203

三、伺服系统及其动态特性 204

四、采样控制简介 206

5-2 机电一体化系统元、部件的力学特性 211

一、机械系统特性及变换机构 211

二、机械系统的机构静力学特性 214

三、机械系统的机构动力学特性 216

四、两自由度机器人运动轨迹创成所需转矩 221

5-3 机电一体化系统传感器的动态特性 222

一、动电式变换器的动态特性 223

二、压电式变换器的动态特性 224

三、传感检测系统的动态特性 225

5-4 机电一体化系统执行元件的动态特性 228

一、电磁变换执行元件的动态特性 229

二、具有反馈环节的驱动电路电磁变换执行元件的动态特性 230

三、压电式执行元件及其动态特性 230

四、执行元件与机械惯性阻转矩的匹配方法 232

五、凸轮曲线理论 234

习题与思考题 235

第6章 机电一体化系统机电有机结合的分析与设计 236

6-1 机电一体化系统的稳态与动态设计 236

6-2 机电有机结合之一：机电一体化系统稳态设计的考虑方法 237

一、被控对象分析 237

二、执行元件的匹配选择 239

三、减速比的匹配选择与各级减速比的分配 240

四、检测传感装置、信号转换接口电路、放大电路及电源等的匹配 241

五、系统数学模型的建立及主谐振频率的计算 242

6-3 机电有机结合之二：机电一体化系统动态设计的考虑方法 250

一、机电伺服系统的动态设计 250

二、系统的调节方法 250

三、机械结构弹性变形对系统特性的影响 257

四、传动间隙对系统特性的影响 263

五、机械系统实验振动模态参数识别 264

6-4 机电一体化系统的可靠性、安全性设计 265

一、可靠性设计 265

二、安全性设计 272

习题与思考题 273

第7章 计算机数字控制程序编制基础简介 275

7-1 数控机床类型及其控制方式 275

7-2 数控系统组成及数控程序编制基础 278

一、数控系统组成及其工作过程 278

二、数控程序编制基础 279

习题与思考题 291

第8章 传统机械加工设备的机电一体化改造分析与设计 292

8-1 传统机械加工机床的机电一体化改造设计方案分析 292

一、机床的机械传动系统改造设计方案分析 293

二、机床的机械传动系统简化 297

三、机床机电一体化改造的性能及精度选择 299

四、机床进给系统的机电有机结合匹配选择计算 300

8-2 微机控制系统的设计 303

一、机床开环控制系统具有的功能及特点 303

二、单板机（Z80CPU）控制系统设计（以车床为例） 303

三、单片机（8031）控制系统设计（以XY工作台为例） 314

四、多CPU直流伺服系统设计简介（以XA6132型铣床为例） 316

习题与思考题 319

第9章 典型机电一体化系统简介 320

9-1 城市轨道交通自动售检票系统与自动售票机 320

一、城市轨道交通自动售检票系统的组成 320

二、城市轨道交通自动售票机 323

9-2 邮局邮件自动处理系统 328

一、邮局邮件处理作业流程及邮件自动处理系统 328

二、邮件自动处理系统中的新机器、新机构 330

9-3 快速成形技术与3D打印机 333

一、快速成形的基本概念与技术分类 333

二、3D打印机 335

9-4 工业机器人 338

一、工业机器人的组成、分类及技术参数 338

二、电动喷砂机器人（多关节型） 340

三、装配机器人（SCARA型） 345

9-5 计算机数控机床 349

一、机械加工中心（MC） 349

二、BKX-I型数控机床 354

三、PRS-XY型混联数控机床 362

9-6 汽车的机电一体化简述 371

一、传感器在汽车发动机等中的应用 371

二、微机控制的数字化电子点火系统 375

三、汽车自动空调系统 378

四、电子控制的自动变速器 379

9-7 工业电子秤种类及其构成原理 381

9-8 自动售货机 385

习题与思考题 387

附录 常用基本逻辑符号的中、外及新、旧标准对照表 388

参考文献 390