机电一体化系统应用技术PDF电子书下载

1 绪论 1

1.1 机电一体化系统的基本概念 1

1.1.1 机电一体化的定义 1

1.1.2 机电一体化产品 1

1.1.3 机电一体化技术特点 2

1.1.4 机电一体化系统的基本组成要素 2

1.1.5 机电一体化系统的技术组成 4

1.1.6 机电一体化技术与其他技术的区别 6

1.2 机电一体化系统的设计 7

1.2.1 机电一体化系统的设计思想 7

1.2.2 机电一体化系统的现代设计方法 8

1.3 机电一体化的发展 12

1.3.1 机电一体化技术的发展历程 12

1.3.2 机电一体化的发展趋势 13

思考与练习 15

2 机电一体化系统的机械设计 17

2.1 概述 17

2.2 机电一体化对机械系统的基本要求 17

2.2.1 机械系统的组成 17

2.2.2 机械系统的设计思想 18

2.3 机电一体化系统中的机械传动 18

2.4 伺服机械传动系统的传动特性 19

2.4.1 转动惯量 19

2.4.2 摩擦 23

2.4.3 爬行 24

2.4.4 阻尼 26

2.4.5 刚度 26

2.4.6 谐振频率 27

2.4.7 间隙 28

2.5 齿轮传动副的设计 28

2.5.1 齿轮传动装置的设计内容 29

2.5.2 齿轮传动副间隙的消除 34

2.6 三种精密传动机构 38

2.6.1 谐波齿轮传动 38

2.6.2 滚珠花键传动 40

2.6.3 同步齿形带传动 41

2.7 滚珠丝杠副传动 44

2.7.1 滚珠丝杠副的工作原理 44

2.7.2 滚珠丝杠副的机构与调整 46

2.7.3 滚珠丝杠副的选型与计算 51

2.7.4 滚珠丝杠副的结构参数与标注 58

2.8 联轴器 62

2.8.1 一般联轴器 62

2.8.2 锥环无键联轴器 63

2.8.3 膜片弹性联轴器 65

2.8.4 安全联轴器 66

2.9 导轨 67

2.9.1 导轨概述 67

2.9.2 导轨的类型和特点 69

2.9.3 贴塑滑动导轨 71

2.9.4 滚动直线导轨 75

2.10 进给传动系统的误差与动态特性分析 81

2.10.1 进给传动系统的误差分析 81

2.10.2 进给传动系统的动态特性分析 83

思考与练习 85

3 机电一体化检测系统 87

3.1 概述 87

3.1.1 检测系统的组成 87

3.1.2 传感器的构成、分类及基本特性 87

3.1.3 信号传输与处理电路 91

3.2 机电一体化系统常用传感器 91

3.2.1 电阻传感器 91

3.2.2 电容传感器 96

3.2.3 电感传感器 98

3.2.4 压电传感器 102

3.2.5 磁敏传感器 105

3.3 其他类型检测技术 107

3.3.1 固态图像传感器（CCD） 107

3.3.2 激光检测 108

3.3.3 超声波检测 109

3.3.4 光纤传感器 109

3.3.5 薄膜传感器 111

3.4 传感器的正确选择和使用 112

3.4.1 传感器的选择 112

3.4.2 传感器的正确使用 112

3.5 传感器测量电路 114

3.5.1 直流电桥 114

3.5.2 交流电桥 115

3.6 传感器前级信号处理 117

3.6.1 测量放大器 117

3.6.2 程控增益放大器 118

3.6.3 隔离放大器 120

3.7 传感器接口技术 121

3.7.1 传感器信号的采样／保持 121

3.7.2 多通道模拟信号输入 123

3.8 电压／电流转换 125

3.8.1 电压（0～5V）／电流（0～10mA）转换 126

3.8.2 电压（1～5V）／电流（4～20mA）转换 127

3.8.3 电流（0～10mA）／电压（0～5V）转换 128

3.8.4 电流（4～20mA）／电压（1～5V）转换 128

3.8.5 集成电压／电流转换电路 129

思考与练习 129

4 机电一体化计算机控制及接口技术 131

4.1 概述 131

4.1.1 计算机控制系统的组成 131

4.1.2 计算机在控制系统中的应用方式 131

4.1.3 典型的机电一体化控制系统 135

4.2 单片机的结构特点及最小应用系统 137

4.2.1 MCS-51系列单片机的结构特点 137

4.2.2 MCS-51系列单片机的最小应用系统及其扩展 138

4.3 数字显示器及键盘的接口电路 140

4.3.1 数字显示器的结构及其工作原理 140

4.3.2 键盘的接口电路 141

4.4 可编程控制器（PLC）的构成及应用举例 144

4.4.1 PLC的结构及工作原理 144

4.4.2 PLC应用举例 145

4.5 微机应用系统输入／输出控制的可靠性设计 151

4.5.1 光电隔离电路设计 151

4.5.2 信息转换电路设计 152

4.6 计算机接口设计 153

4.6.1 I/O接口与系统的连接 153

4.6.2 I/O接口扩展 156

4.6.3 模拟量的采样与处理 159

4.6.4 输入输出通道 162

4.7 D/A转换器 166

4.7.1 并行D/A转换器的工作原理 166

4.7.2 D/A转换器的主要技术参数 167

4.7.3 8位D/A转换器DAC0832 168

4.7.4 12位D/A转换器DAC1210 169

4.8 A/D转换器 171

4.8.1 A/D转换器的工作原理 171

4.8.2 A/D转换器的主要技术参数 172

4.8.3 8位A/D转换器ADC0809 173

4.8.4 12位A/D转换器AD574 175

4.8.5 A/D转换器与系统的连接及举例 176

思考与练习 181

5 机电一体化伺服控制系统 182

5.1 概述 182

5.2 伺服系统的结构及组成 182

5.2.1 比较元件 182

5.2.2 控制元件 182

5.2.3 执行元件 183

5.2.4 测量、反馈元件 183

5.3 伺服系统的分类 183

5.3.1 按控制方式分类 183

5.3.2 按控制执行元件分类 183

5.3.3 按被控制参数分类 183

5.3.4 按反馈比较控制不同方式分类 183

5.4 伺服系统的技术要求 184

5.5 执行元件 184

5.5.1 执行元件的种类及特点 184

5.5.2 步进电动机及其驱动 185

5.5.3 直流伺服电动机及其驱动 195

5.5.4 交流伺服电动机及其驱动 200

思考与练习 208

6 机电一体化抗干扰技术 210

6.1 概述 210

6.2 产生干扰的因素 210

6.2.1 干扰的基本概念 210

6.2.2 干扰的三要素 210

6.3 抗干扰的措施 212

6.3.1 屏蔽 212

6.3.2 隔离 213

6.3.3 滤波 214

6.3.4 接地 215

6.3.5 软件抗干扰设计 216

思考与练习 217

7 机电一体化自动化制造系统 218

7.1 概述 218

7.1.1 刚性自动化生产 219

7.1.2 柔性制造系统（FMS） 219

7.1.3 柔性制造单元（FMC） 221

7.1.4 柔性制造自动线（FML） 222

7.1.5 柔性制造工厂（FMF） 222

7.1.6 计算机集成制造系统（CIMS） 223

7.2 数控机床 224

7.2.1 数控机床的基本概念 224

7.2.2 加工中心（MC） 226

7.2.3 电火花加工 229

7.3 工件储运设备 231

7.3.1 有轨小车（RGV） 231

7.3.2 自动导向小车（AGV） 232

7.3.3 自动化立体仓库 233

7.4 工业机器人 235

7.4.1 工业机器人概况 235

7.4.2 工业机器人的结构 235

7.4.3 工业机器人的应用 236

7.5 检测与监控系统 239

7.5.1 检测与监控原理 239

7.5.2 检测与监控应用举例 240

7.5.3 检测设备 240

7.6 辅助设备 242

7.6.1 清洗站 242

7.6.2 去毛刺设备 242

7.6.3 切削和冷却液的处理 242

思考与练习 243

8 机电一体化项目案例教学 244

8.1 项目一 卧式普通车床数控化改造进给传动机械系统设计 244

8.1.1 概述 244

8.1.2 设计参数 245

8.1.3 实施方案 245

8.1.4 横向进给传动链的设计计算 247

8.1.5 滚珠丝杠副的承载能力校验 248

8.1.6 机械传动系统的刚度计算 250

8.1.7 驱动电动机的选型与计算 251

8.1.8 机械传动系统的动态分析 253

8.1.9 机械传动系统的误差分析与计算 254

8.1.10 确定滚珠丝杠副的精度等级和规格型号 254

8.2 项目二 汽车尾灯控制设计 255

8.2.1 设计任务 255

8.2.2 设计要求 255

8.2.3 设计 255

8.3 项目三 交通信号灯控制系统的设计 256

8.3.1 设计任务 256

8.3.2 设计要求 256

8.3.3 设计 256

8.3.4 程序设计 256

8.4 项目四 四中断彩色广告灯控制系统的设计 258

8.4.1 设计任务 258

8.4.2 设计要求 258

8.4.3 接线图设计 258

8.4.4 源程序设计 258

8.5 项目五 控制系统的设计药物配制 261

8.5.1 设计任务 261

8.5.2 设计要求 261

8.5.3 设计 262

8.5.4 流程图 262

8.5.5 编程元件I/O地址分配 262

8.5.6 控制程序设计 263

8.5.7 物料混合过程模拟操作时应注意的问题 263

8.6 项目六 数据采集系统设计 265

8.6.1 模拟输入通道的组成 265

8.6.2 设计示例 266

思考与练习 267

参考文献 268