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目录 1

第一章　总论 1

§1-1 “机电一体化”涵义 1

§1-2 机电一体化系统的基本构成 2

一、机电一体化系统的构成 2

二、机电一体化系统的功能构成 3

三、机电一体化系统构成要素的联接 5

四、机电一体化系统的评价 7

§1-3　机电一体化工程与系统工程 8

一、机电一体化系统设计的考虑方法 9

§1-4 机电一体化系统的设计思想 9

二、机电一体化系统（或产品）的设计类型 10

§1-5 机电一体化系统设计与现代设计方法 10

一、设计程序 10

二、设计准则 11

三、设计规律 11

四、现代设计方法 11

§1-6　机电一体化系统（或产品）的设计步骤 12

第二章机械系统的部件选择与设计 15

§2-1　概述 15

§2-2 机械传动部件的设计与选择 15

一、机械传动部件及其功能要求 15

二、丝杠螺母机构基本传动形式 17

三、滚珠丝杠传动部件 18

四、齿轮传动部件 27

五、挠性传动部件 34

六、间歇传动部件 35

§2-3 导向支承部件的设计与选择 37

一、导轨副的组成、种类及其应满足的要求 37

二、滑动导轨副的结构及其类型选择 41

三、静压导轨副工作原理 47

四、滚动导轨副的类型与选择 48

§2-4 旋转支承的类型与选择 53

一、旋转支承的种类及基本要求 53

二、圆柱支承 54

三、圆锥支承 56

四、填入式滚动支承 56

五、其它支承 57

§2-5 轴系部件的设计与选择 60

一、轴系设计的基本要求 60

二、轴（主轴）系用轴承的类型与选择 61

三、提高轴系性能的措施 67

§2-6 机电一体化系统（或产品）的机座或机架 67

一、机座或机架的作用及基本要求 67

二、机座或机架的结构设计要点 69

§3-1 执行元件的种类、特点及基本要求 73

一、执行元件的种类及其特点 73

第三章执行元件的分类及控制用电机的驱动 73

二、机电一体化系统（或产品）对执行元件的基本要求 75

§3-2 机电一体化系统（或产品）常用的控制用电机 75

一、对控制用电机的基本要求 75

二、控制用电机的种类、特点及选用 76

三、直流（DC）伺服电机与驱动 77

四、交流（AC）伺服电机与驱动 80

五、步进电机的种类及其工作原理 83

六、步进电机的运行特性及性能指标 87

七、步进电机的驱动与控制 92

一、专用与通用、硬件与软件的权衡与抉择 103

二、控制系统的一般设计思路 103

§4-1 概述 103

第四章微机控制系统及接口设计 103

§4-2 微型计算机的系统构成与种类 108

一、微型计算机的系统构成 108

二、微型计算机的种类 109

三、微机软件与程序设计语言 112

四、微机的应用领域及选用要点 113

§4-3 Z80CPU微机的硬件结构特点及其应用 114

一、Z80CPU的硬件结构特点 114

二、总线驱动器 115

三、存储器 116

四、输入／输出接口 119

五、Z80CPU的存储器及I/O口扩展举例 124

§4-4 单片机的硬件结构特点及应用 125

一、MCS-51系列单片机的硬件结构特点 125

二、MCS-51系列单片机的最小应用系统及其扩展 128

三、8031前向通道的接口电路举例 131

四、8031后向通道的接口电路举例 135

五、数字显示器及键盘的接口电路 138

六、MCS-96系列单片机的扩展接口电路举例 143

§4-5 可编程逻辑控制器（PLC） 148

一、PLC的构成及工作原理 148

二、PLC的应用举例 152

一、光电隔离电路设计 154

§4-6 微机应用系统的输人／输出控制的可靠性设计 154

二、信息转换电路设计 158

三、输入／输出控制电路示例 159

§4-7 机电一体化系统中的检测传感器 161

一、检测传感器的分类与基本要求 161

二、位移检测传感器 162

三、速度、加速度传感器 172

四、力、力矩传感器 175

五、视觉传感器 177

六、传感器与微机的接口 180

第五章　机电一体化系统的元、部件特性分析 183

§5-1 机械系统特性 183

一、变换机构及其运动变换分析 184

二、机构静力学特性 188

三、机构动力学特性 191

四、机器人臂的运动学与动力学 195

§5-2 传感器的特性分析 201

一、动电式变换器的特性 202

二、压电式变换器的特性 203

三、具有其它平滑特性的变换器 203

四、传感检测系统的特性 204

§5-3 执行元件的特性分析 206

一、电磁变换执行元件的特性 207

二、具有反馈环的驱动电路电磁变换执行元件的动态特性 208

三、步进电机及其特性 209

四、压电式执行元件及其特性 211

§5-4 执行元件与机械结构结合中的若干问题 212

一、机械惯性阻力矩的匹配方法 212

二、凸轮曲线理论 214

三、残留振动分析 215

四、无残留振动的定位分析 216

五、两自由度机器人运动轨迹创成所必需的力矩分析 217

六、对圆柱坐标型机器人臂的运动轨迹指令的响应分析 219

§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 221

一、负载分析 221

§6-1 概述 221

第六章机电有机结合的分析与设计 221

二、执行元件的匹配选择 224

三、减速比的匹配选择与各级减速比的分配 225

四、检测传感装置、信号转换接口电路、放大装置及电源等的匹配选择与设计 225

五、系统数学模型的建立及主谐振频率的计算 226

§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 233

一、概述 233

二、系统的调节方法 234

二三、机械结构弹性变形对系统的影响 240

四、传动间隙对系统性能的影响分析 245

一、可靠性设计 247

§6-4 可靠性、安全性设计 247

五、机械系统实验模态参数识别分析 247

二、安全性设计 253

第七章机床的机电一体化改造分析与设计 256

§7-1 车床的机电一体化改造分析 256

一、机械传动系统的改造设计方案 256

二、机械传动系统的简化 258

三、自动转位刀架 259

四、车床机电一体化改造的性能及精度选择 260

五、进给系统的主要设计计算 261

六、纵向（Z向）进给系统改造装配图举例（C616） 264

§7-2 铣床的机电一体化改造分析 264

一、X52A型立式铣床传动系统改造方案分析 264

二、XA6132型升降工作台卧式铣床传动系统改造方案分析 265

三、X502型升降工作台立式铣床传动系统改造方案分析 266

§7-3 微机控制系统设计分析 269

一、单板机控制系统设计（以车床为例） 269

二、单片机控制系统硬件设计（X-Y工作台为例） 279

三、XA6132型铣床的多CPU直流伺服系统设计 280

第八章典型机电一体化系统 285

§8-1 CNC机床 285

一、概述 285

二、CNC机床分类 286

三、机械加工中心（MC） 287

一、工业机器人的组成与分类 292

§8-2 工业机器人 292

二、工业机器人系统组成实例分析 293

§8-3　三坐标测量机 302

一、基本构成 302

二、探测头形式 303

三、计算机数据处理 304

四、CNC型三坐标测量机 305

§8-4 无人搬送小车（AGV） 305

一、导引与转向方式 305

二、位置检测方式 306

三、控制系统 306

四、常用路径引导原理 306

一、概述 307

§8-5 先进生产（制造）系统 307

三、系统构成要素与计算机 308

二、工厂自动化系统（FA System或CIMS） 308

四、自动仓库 311

五、监控与检测 313

六、实例简介 314

§8-6 汽车的机电一体化 317

一、汽车用传感器 318

二、传感器在汽车发动机中的典型应用 322

三、数字式电子点火系统 326

四、电子控制的自动变速器 329

五、汽车自动空调系统 330

一、全自动洗衣机的结构 331

§8-7 全自动洗衣机的机电一体化 331

二、洗衣机的微机控制 333

§8-8 照相机的机电一体化 335

一、概述 335

二、自动对焦原理 335

三、柯尼卡FS-1的主要构成特点 336

§8-9 电子灶烹调自动化 338

一、电子灶的温度传感器控制 338

二、电子灶的湿度传感器控制 339

三、电子灶的气体传感器控制 340

参考文献 341