机电一体化系统设计
作者：张秋菊，王金娥，訾斌 主编
出版时间：2016年版
丛编项： 卓越工程师教育培养机械类创新系列规划教材
内容简介
《机电一体化系统设计》以机电一体化系统设计为核心，从机电有机结合的角度，通过分析和解剖3-4个典型机电一体化产品（系统），如数控机床、机器人、自动生产线等，将机电一体化关键技术的讲解融入具体实例中，较系统地阐述了机电一体化系统的设计原理与设计方法。全书共分八章，内容包括：概论（简述了机电一体化原理及机电一体化系统设计的相关技术）；机电一体化系统总体设计（方法和步骤）；数控机床设计（导向与传动系统、伺服驱动系统、传感器、控制系统等的选择与设计）；工业机器人设计（机器人本体结构、伺服驱动、机器人控制等）；自动生产线（常用机构选择与设计、驱动控制等）；自动检测与智能仪表设计（常用传感器与信号接口、信号预处理、抗干扰措施等）；机电一体化系统的综合分析与设计（常用的建模与仿真方法、稳态与动态特性分析等）；机电一体化课程设计与实践（设计要求与参考题目、设计范例等）。机电一体化系统设计根据卓越工程师教育培养的要求，突出工程应用和实践能力的培养，将机电一体化关键技术融入3-4个典型机电一体化产品（系统）的具体实例讲解中，便于学生从系统和应用的角度出发，理解和掌握机电一体化系统的设计原理与设计方法。最后一章为方便配套的教学实践环节，给出了机电一体化系统设计课程设计参考题目与范例。书后附有常用基本逻辑符号的中外及新旧标准对照表。
目录
第1章 绪论 1
1.1 机电一体化概述 2
1.2 机电一体化系统的基本组成要素 4
1.3 机电一体化关键技术 5
1.4 机电一体化技术的主要特征与发展趋势 9
1.4.1 机电一体化技术的主要特征 9
1.4.2 机电一体化技术的发展趋势 10
1.5 机电一体化系统设计开发过程 12
1.5.1 机电一体化系统的设计 12
1.5.2 机电一体化系统设计的工程路线 13
习题与思考题 15
基础篇
第2章 机械设计技术 16
2.1 机械设计概述 17
2.2 齿轮(系)传动 18
2.2.1 齿轮分类及选用 18
2.2.2 传动比的确定 20
2.2.3 齿侧间隙的消除 22
2.3 谐波齿轮传动 24
2.4 滚珠丝杠螺母副 25
2.4.1 滚珠丝杠螺母副的组成及特点 25
2.4.2 滚珠的循环方式 26
2.4.3 主要设计参数 26
2.4.4 滚珠丝杠副的精度等级及标注方法 27
2.4.5 间隙消除及预紧方法 28
2.4.6 支撑方式及制动装置 29
2.4.7 润滑和密封 30
2.4.8 滚珠丝杠螺母副的选用 30
2.5 同步带传动装置 31
2.5.1 同步带传动的原理与特点 31
2.5.2 同步带的主要结构及分类 32
2.5.3 同步带轮的主要类型及规格 33
2.5.4 同步带传动的设计计算 34
2.6 导轨的设计计算与选用 38
2.6.1 导轨的技术要求 38
2.6.2 直线滑动导轨 38
2.6.3 圆运动导轨与贴塑滑动导轨 40
2.6.4 滚动直线导轨 41
2.7 工程实践例题 42
习题与思考题 44
第3章 检测传感技术 45
3.1 传感器的组成及分类 46
3.1.1 传感器的组成 46
3.1.2 传感器的分类 47
3.2 传感器特性与要求 48
3.2.1 传感器的静态模型 49
3.2.2 传感器的静态特性指标 49
3.2.3 传感器的动态特性指标 52
3.3 常用传感器及应用 54
3.3.1 光电编码器 54
3.3.2 光栅尺 57
3.3.3 温度传感器 59
3.3.4 霍尔传感器 61
3.3.5 超声波传感器 62
3.3.6 智能传感器 63
3.4 检测信号处理技术 65
3.4.1 检测信号概述 65
3.4.2 模拟信号的处理 66
3.4.3 数字信号的处理 68
3.5 传感器接口技术 70
3.5.1 传感器信号的采样/保持 70
3.5.2 多通道模拟信号输入 72
习题与思考题 74
第4章 伺服驱动技术 76
4.1 伺服系统的组成与分类 77
4.1.1 伺服系统的结构组成 77
4.1.2 伺服系统的分类及特点 78
4.2 步进电动机及驱动 79
4.2.1 步进电动机的结构与分类 79
4.2.2 步进电动机的工作原理 81
4.2.3 步进电动机的运行特性 82
4.2.4 步进电动机的驱动控制 82
4.3 直流伺服电动机及驱动 84
4.3.1 直流伺服电动机结构及特点 84
4.3.2 直流伺服电动机的工作原理 84
4.3.3 直流伺服电动机的驱动控制 87
4.3.4 直流电动机闭环反馈控制调速系统 88
4.4 交流伺服电动机及驱动 91
4.4.1 交流伺服电动机的工作原理 91
4.4.2 交流伺服电动机的特性 93
4.4.3 交流伺服电动机的控制和驱动 93
4.5 工程实践例题 95
习题与思考题 99
第5章 计算机控制技术 100
5.1 控制计算机的组成及要求 101
5.2 常用控制计算机的类型与特点 102
5.3 机电一体化系统的常用控制方法 105
5.3.1 控制系统的结构 105
5.3.2 控制系统的数学模型 106
5.3.3 PID控制 107
5.3.4 常见复杂控制 111
5.3.5 分布式、网络化控制 117
5.3.6 远程控制 119
5.4 机电一体化系统的智能控制技术 119
5.4.1 专家智能控制系统 120
5.4.2 自学习智能控制系统 121
5.4.3 模糊控制系统 122
5.4.4 基于神经网络的智能控制系统 123
5.4.5 机器视觉智能系统 124
习题与思考题 124
第6章 机电一体化系统设计方法 125
6.1 机电一体化系统设计方法概述 126
6.1.1 设计方法的演变 126
6.1.2 机电一体化系统的特征 127
6.1.3 机电一体化系统设计指导思想 128
6.1.4 机电一体化系统设计方法论 128
6.2 系统总体技术 130
6.2.1 系统总体技术的定义 131
6.2.2 系统总体技术方法论 131
6.2.3 系统总体方案的提出过程 133
6.2.4 系统总体技术的应用案例 134
6.3 系统分析评价方法 137
6.3.1 方案的优化设计 138
6.3.2 系统性能分析方法 139
6.4 建立系统的数学模型 143
6.4.1 数学模型的种类 143
6.4.2 数学模型的建模方法 144
6.4.3 机电一体化系统的数学模型 145
6.5 建立系统的指标体系 147
6.5.1 性能指标的种类 147
6.5.2 确定性能指标的途径 148
6.5.3 性能指标对设计的影响 149
6.6 机电系统总体设计实例 150
习题与思考题 152
应用篇
第7章 机电一体化产品设计——机器人设计 154
7.1 机器人设计概述 155
7.2 机器人机械结构设计 158
7.2.1 机器人关节设计 158
7.2.2 机器人机身设计 161
7.2.3 机器人传动机构设计 161
7.2.4 机器人行走机构设计 162
7.3 机器人驱动系统设计 164
7.4 机器人传感系统设计 166
7.4.1 机器人传感器分类 166
7.4.2 装配机器人传感系统 166
7.4.3 焊接机器人传感系统 168
7.4.4 多传感器集成手爪系统 169
7.5 机器人控制系统设计 171
7.6 机器人动态特性分析 173
7.7 工程实例 174
7.7.1 机器人运动学分析 174
7.7.2 机器人运动性能分析 176
7.7.3 机器人动力学分析 177
7.7.4 机器人动态性能分析 178
习题与思考题 181
第8章 机电一体化产品设计——自动生产线设计 182
8.1 自动生产线概述 183
8.2 自动生产线总体设计 186
8.2.1 自动生产线总体设计内容及原则 186
8.2.2 自动生产线总体设计流程 187
8.2.3 自动生产线总体设计性能指标 187
8.3 自动生产线结构设计 189
8.3.1 自动生产线结构组成 190
8.3.2 自动生产线结构形式 190
8.3.3 自动生产线工件传送装置设计 197
8.3.4 典型自动生产线结构装置 200
8.4 自动生产线传感器的选择与应用 202
8.4.1 自动生产线对传感器的要求 202
8.4.2 自动生产线传感器的选择原则 203
8.4.3 自动生产线传感器的布置 203
8.4.4 自动生产线传感器的应用 204
8.5 自动生产线执行器的选择与应用 206
8.5.1 自动生产线对执行器的要求 206
8.5.2 自动生产线执行器的种类 206
8.5.3 自动生产线执行器的使用性能特点 206
8.5.4 自动生产线执行器的选择 207
8.6 自动生产线控制装置的技术应用 209
8.6.1 自动生产线对控制装置的要求 209
8.6.2 自动生产线控制装置的种类 209
8.6.3 自动生产线控制装置的性能比较 210
8.6.4 自动生产线控制装置的应用 211
习题与思考题 213
第9章 计算机数控系统与应用实例 214
9.1 数控系统概述 215
9.1.1 计算机数控系统的组成 215
9.1.2 计算机数控系统的分类 219
9.1.3 计算机数控系统的发展 219
9.2 典型数控系统简介 220
9.2.1 FANUC数控系统 221
9.2.2 西门子数控系统 222
9.2.3 三菱数控系统 223
9.2.4 华中数控系统 224
9.2.5 广州数控系统 225
9.3 开放式数控系统简介 226
9.3.1 开放式数控系统的特点 226
9.3.2 开放式数控系统国内外发展现状 227
9.3.3 数控系统开放的途径 228
9.3.4 基于PC的开放式数控系统 229
9.4 中走丝线切割机床数控系统的设计 230
9.4.1 中走丝数控系统硬件组成 231
9.4.2 中走丝线切割CAD/CAM自动编程系统 233
9.4.3 中走丝线切割CNC控制软件 234
习题与思考题 238
第10章 机电一体化课程设计与实践 240
10.1 课程设计概述 240
10.2 参考选题 240
10.2.1 轴承外圈外径自动检测机设计 240
10.2.2 轴承内圈内径自动检测机设计 241
10.2.3 轴径自动检测机设计 242
10.2.4 长度自动检测机(滚柱)设计 243
10.2.5 长度自动检测机(短轴)设计 243
10.2.6 输送纠偏装置设计 244
10.2.7 自动绕线机设计 245
10.2.8 自动绕管机设计 246
10.2.9 数控直线位移工作台设计 246
10.2.10 数控车床四工位自动刀架设计 247
10.2.11 电路板外形检测机设计 248
10.2.12 自动定量包装机设计 249
10.2.13 线圈自动装配机设计 250
10.2.14 物料自动搬运小车设计 250
10.2.15 联轴器自动搬运机械手设计 251
10.2.16 海绵硬度检测机设计 252
10.2.17 乒乓球硬度测量机设计 252
10.2.18 凸轮轴升程检测装置设计 253
10.2.19 小型电子分度头设计 254
10.2.20 精密直线电动执行器设计 255
部分习题参考答案 256
参考文献 258
