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