机电一体化系统设计

第1章 概述

1-1 对机电一体化涵义的理解与机电一体化技术革命

一、机电一体化涵义与机电一体化时代特征

二、机电一体化技术革命

1-2 机电一体化系统构成要素、功能构成及其价值评价

1-3 机电一体化系统构成要素之间的相互连接

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

一、机电一体化系统设计的考虑方法

二、机电一体化系统的设计类型

三、机电一体化系统的设计流程

1-5 机电一体化系统的设计程序、准则与规律

1-6 机电一体化工程与系统工程

1-7 机电一体化系统的开发工程与现代设计方法

一、机电一体化系统的开发工程

二、机电一体化系统设计与现代设计方法

1-8 机电一体化系统的共性关键技术与优先发展领域

一、机电一体化系统的共性关键技术

二、机电一体化的优先发展领域

习题与思考题

第2章 机电一体化系统机械系统部件的选择与设计

2-1 机械系统部件的设计要求

2-2 机械系统传动部件的选择与设计

一、机械传动部件及其功能要求

二、丝杠螺母机构的基本传动形式

三、滚珠丝杠副传动部件

四、齿轮传动部件

五、挠性传动部件

六、间歇传动机构

2-3 机械系统导向支承部件的选择与设计

一、导轨副的组成、种类及其应满足的要求

二、滑动导轨副的结构及选择

三、滚动导轨副的类型与选择

四、静压导轨副工作原理

2-4 机械系统旋转支承部件的类型与选择

一、旋转支承部件的种类及基本要求

二、圆柱支承

三、圆锥支承

四、填入式滚动支承

五、其他形式支承

2-5 机械系统轴系部件的选择与设计

一、轴系设计的基本要求

二、轴系（主轴）用轴承的类型与选择

三、提高轴系部件性能的措施

2-6 机电一体化系统的机座或机架设计

一、机座或机架的作用及基本要求

二、机座或机架的结构设计要点

习题与思考题

第3章 机电一体化系统执行元件的选择与设计

3-1 执行元件的种类、特点及基本要求

一、执行元件的种类及特点

二、对执行元件的基本要求

3-2 常用的控制用电动机

一、对控制用电动机的基本要求

二、控制用电动机的种类、特点及选用

3-3 直流（Dc）与交流（AC）伺服电机及驱动

一、直流（Dc）伺服电机及驱动

二、交流（Ac）伺服电机及驱动

3-4 步进电机及驱动

一、步进电机的特点与种类

二、步进电机的工作原理

三、步进电机的运行特性及性能指标

四、步进电机的驱动与控制

习题与思考题

第4章 机电一体化系统微机控制系统的选择及接口设计

4-1 专用与通用的抉择、硬件与软件的权衡

4-2 微机控制系统的设计思路

一、微机控制系统整体方案的确定与微机选择

二、微机控制系统的总体设计与系统软件的确定

三、微机控制系统控制算法的确定

4-3 微机控制系统的构成与种类

一、微型计算机的系统构成

二、微型计算机的分类方法

4-4 微机控制系统的软件与程序设计语言

4-5 微机应用领域及其选用要点

4-6 8086／8088CPu的硬件结构特点

一、8086／8088CPU的主要结构特点

二、8086／8088CPU的最大与最小工作模式

三、8086／8088CPU引脚的功能定义

四、8086CPU最小、最大工作模式系统的典型配置

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

一、Z80CPU的硬件结构特点

二、Z80CPU用总线驱动器

三、Z80CPU用存储器

四、Z80CPU用输入／输出接口

五、Z80CPU用存储器及I／0口扩展

4-8 单片机的硬件结构特点及其最小应用系统

一、MCS-51系列单片机的结构特点

二、MCS-51系列单片机的最小应用系统及其扩展

4-9 数字显示器及键盘的接口电路

一、数字显示器的结构及其工作原理

二、键盘、显示器的接口电路

4-10 微机应用系统的输入／输出控制的可靠性设计

一、光电隔离电路设计

二、信息转换电路设计

4-11 可编程逻辑控制器（PLC）的构成及应用举例

一、PLC的构成及其工作原理

二、PLC的应用举例

4-12 常用检测传感器的性能特点、选用及其微机接口

一、检测传感器的分类与基本要求

二、各类传感器的主要性能及优缺点

三、传感器的选用原则及注意事项

四、检测传感器的测量电路及微机接口

习题与思考题

第5章 机电一体化系统元、部件的特性分析

5-1 机电一体化系统与自动控制理论

一、拉普拉斯变换与传递函数

二、控制系统的过渡过程特性

三、伺服系统及其动态特性

四、采样控制简介

5-2 机电一体化系统元、部件的力学特性

一、机械系统特性及变换机构

二、机械系统的机构静力学特性

三、机械系统的机构动力学特性

四、两自由度机器人运动轨迹创成所需转矩

5-3 机电一体化系统传感器的动态特性

一、动电式变换器的动态特性

二、压电式变换器的动态特性

三、传感检测系统的动态特性

5-4 机电一体化系统执行元件的动态特性

一、电磁变换执行元件的动态特性

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

三、压电式执行元件及其动态特性

四、执行元件与机械惯性阻转矩的匹配方法

五、凸轮曲线理论

习题与思考题

第6章 机电一体化系统机电有机结合的分析与设计

6-1 机电一体化系统的稳态与动态设计

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

一、被控对象分析

二、执行元件的匹配选择

三、减速比的匹配选择与各级减速比的分配

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

五、系统数学模型的建立及主谐振频率的计算

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

一、机电伺服系统的动态设计

二、系统的调节方法

三、机械结构弹性变形对系统特性的影响

四、传动间隙对系统特性的影响

五、机械系统实验振动模态参数识别

6-4 机电一体化系统的可靠性、安全性设计

一、可靠性设计

二、安全性设计

习题与思考题

第7章 计算机数字控制程序编制基础简介

7-1 数控机床类型及其控制方式

7-2 数控系统组成及数控程序编制基础

一、数控系统组成及其工作过程

二、数控程序编制基础

习题与思考题

第8章 传统机械加工设备的机电一体化改造分析与设计

8-1 传统机械加工机床的机电一体化改造设计方案分析

一、机床的机械传动系统改造设计方案分析

二、机床的机械传动系统简化

三、机床机电一体化改造的性能及精度选择

四、机床进给系统的机电有机结合匹配选择计算

8-2 微机控制系统的设计

一、机床开环控制系统具有的功能及特点

二、单板机（Z80CPU）控制系统设计（以车床为例）

三、单片机（8031）控制系统设计（以XY工作台为例）

四、多CPU直流伺服系统设计简介（以XA6132型铣床为例）

习题与思考题

第9章 典型机电一体化系统简介

9-1 城市轨道交通自动售检票系统与自动售票机

一、城市轨道交通自动售检票系统的组成

二、城市轨道交通自动售票机

9-2 邮局邮件自动处理系统

一、邮局邮件处理作业流程及邮件自动处理系统

二、邮件自动处理系统中的新机器、新机构

9-3 快速成形技术与3D打印机

一、快速成形的基本概念与技术分类

二、3D打印机

9-4 工业机器人

一、工业机器人的组成、分类及技术参数

二、电动喷砂机器人（多关节型）

三、装配机器人（SCARA型）

9-5 计算机数控机床

一、机械加工中心（MC）

二、BKX-I型数控机床

三、PRS-XY型混联数控机床

9-6 汽车的机电一体化简述

一、传感器在汽车发动机等中的应用

二、微机控制的数字化电子点火系统

三、汽车自动空调系统

四、电子控制的自动变速器

9-7 工业电子秤种类及其构成原理

9-8 自动售货机

习题与思考题

附录 常用基本逻辑符号的中、外及新、旧标准对照表

参考文献

《机电一体化系统设计（第四版）》从“系统”的角度出发，对其机械系统的元、部件和微机控制系统的元（器）件的工作原理、特点、选用原则与选用方法进行了论述，在简要分析其静、动态特性的基础上，重点从机电有机结合（机电一体化）的角度，对系统（产品）的稳态设计与动态设计方法作了较详细的介绍并列举了设计实例，并对一些典型的机电一体化系统作了简要介绍。书后附有常用基本逻辑符号的中、外及新、旧标准对照表。
　　《机电一体化系统设计（第四版）》特色鲜明、内容丰富、条理清晰、图文并茂、深浅适宜，不仅可作为大学本科相关专业的专业课教材．也可供夜大、函大、职大等相关专业选用，还可供从事机电一体化系统设计、制造的工程技术人员参考。