机械设计手册

第25篇 机电一体化技术及设计

第1章 机电一体化概述

1 机电一体化概念

1.1 机电一体化的基本概念

1.2 机电一体化技术的发展

1.3 机电一体化系统的构成

1.4 机电一体化的意义

2 机电一体化技术的分类

2.1 机电一体化技术的分类依据

2.2 机械制造过程的机电一体化

2.3 机电产品的机电一体化

3 机电一体化的相关技术

4 机电一体化设计方法

4.1 模块化设计方法

4.2 柔性化设计方法

4.3 取代设计方法

4.4 融合设计方法

4.5 优化设计方法

4.5.1 机械技术和电子技术的综合与优化

4.5.2 硬件和软件的交叉与优化

4.5.3 机电一体化产品的整体优化

5 机电一体化系统的设计流程

第2章 基于工业控制机的控制器及其设计

1 工业控制机的种类与选择

1.1 工业控制机概述

1.2 工业控制机的分类

1.2.1 按工业控制机的总线分类

1.2.2 按工业控制机结构形式分类

1.3 工业控制机的选择

2 工业控制机的总线

2.1 总线概述

2.2 STD总线

2.3 ISA总线

2.4 PCI总线

2.5 ePCI总线

2.6 现场总线

2.6.1 现场总线的特点

2.6.2 几种有影响的现场总线技术

3 工业控制机常用I／O模板及选择

3.1 模拟量输入输出模板

3.2 数字量输入输出模板

3.1 远程I／O模块

3.4 通信模板

3.5 信号调理模板

3.6 其他功能模板

第3章 可编程序控制器

1 可编程序控制器概述

1.1 可编程序控制器的发展概况

1.2 可编程序控制器的特点和应用

1.2.1 PLC的主要特点

1.2.2 可编程序控制器与其他工业控制系统的比较

1.2.3 PLC的应用范围

1.3 可编程序控制器的发展趋势

2 可编程序控制器的基本组成和工作原理

2.1 可编程序控制器的基本组成

2.1.1 中央处理单元(CPU)

2.1.2 存储器

2.1.3 输入／输出模块

2.1.4 编程器

2.1.5 人机界面

2.2 可编程序控制器的工作原理

2.2.1 循环扫描工作方式

2.2.2 可编程序控制器的工作过程

2.3 输入／输出接口模块

2.3.1 数字量输入、输出模块

2.3.2 模拟量输入、输出模块

2.4 智能模块

2.5 远程I／O

2.6 可编程序控制器的编程语言

2.6.1 梯形图语言

2.6.2 顺序功能图语言

2.6.3 功能块图

2.6.4 指令表

2.6.5 结构化文本

3 可编程序控制器的生产厂家及产品介绍

3.1 德国西门子(SIEMENS)公司

3.2 美国罗克韦尔公司的ABPLC

3.3 日本立石(OMRON，欧姆龙)公司

3.4 其他PLC公司

4 可编程序控制器应用系统设计的内容和步骤

4.1 PLC应用系统设计的内容和步骤

4.2 PLC应用系统的硬件设计

4.2.1 PLC的型号选择

4.2.2 lYO模块的选择

4.2.3 电源选择

4.3 PLC的应用软件设计

4.4 PLC的应用实例——自动搬运机械手

第4章 基于单片机的控制器及其设计

1 单片机的硬件结构

1.1 单片机的基本结构

1.2 单片机的微处理器

1.3 MCS－51的存储器

1.3.1 程序存储器

1.3.2 数据存储器

1.4 MCS一5l的并行口和串行口

1.4.1 并行口

1.4.2 串行口

1.5 MCS.5 1的定时器

1.5.1 方式控制寄存器TMOD

1.5.2 定时器控制寄存器TCON

1.6 MCS－51的中断系统及其控制

2 常用单片机的厂家及产品介绍

2.1 4位单片机

2.2 8位单片机

2.3 16位单片机

2.4 32位单片机

3 单片机的编程语言

3.1 单片机编程语言的分类

3.2 MCS-51单片机指令系统

3.3 PIC单片机指令系统简介

4 控制器的硬件系统设计

4.1 单片机存储器的扩展

4.1.1 扩展程序存储器的设计

4.1.2 扩展数据存储器的设计

4.2 单片机常用并行接口电路

4.3 单片机的人机接口设计

4.3.1 单片机系统的输人装置

4.3.2 单片机系统的显示装置

4.4 D／A转换器及其接口电路

4.5 A／D转换器及其接口电路

4.6 MCS一51单片机与外围电路的匹配技术

4.6.1 集成逻辑门的负载能力

4.6.2 单片机系统常用集成电路的驱动能力

4.6.3 单片机控制系统电子匹配举例

第5章 传感器及其接口设计

1 传感器概述

1.1 传感器的概念

1.2 传感器的特性和技术指标

1.2.1 传感器的静态特性

1.2.2 传感器的动态特性

1.2.3 传感器的性能指标

2 几类传感器的主要性能及优缺点

3 机电一体化中常用传感器

3.1 位置传感器

3.2 位移、角度、距离测量传感器

3.3 速度和加速度测量传感器

3.4 力和力矩测量传感器

3.5 视觉传感器

4 传感器的选用原则及注意事项

5 传感器与计算机的接口设计

第6章 常用的传动部件与执行机构

1 机械传动部件及其功能要求

1.1 齿轮传动

1.1.1 齿轮传动分类及选用

1.1.2 齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择

1.1.3 齿轮传动间隙的调整方法

1.1.4 谐波齿轮传动

1.2 滚珠螺旋传动

1.2.1 滚珠螺旋的传动原理

1.2.2 滚动螺旋副支承方式的选择

1.2.3 滚动螺旋副的密封与润滑

1.2.4 滚动螺旋副的选择方法

1.3 挠性传动

1.3.1 ~tF形带传动

1.3.2 绳传动

1.3.3 链传动

1.3.4 同步齿形带传动

2 导向支承部件的结构形式选择

2.1 导轨副的组成、种类

2.2 滑动导轨

2.3 静压导轨

2.4 滚动导轨

3 旋转支承的类型与选择

3.1 旋转支承的种类及基本要求

3.2 圆柱支承

3.3 圆锥支承

3.4 填人式滚动支承

4 轴系部件的设计与选择

4.1 轴系设计的基本要求

4.2 轴(主轴)系用轴承的类型与选择

4.3 提高轴系性能的措施

5 常用执行机构

5.1 连杆机构

5.2 凸轮机构

5.3 间歇机构

5.4 机器人的典型机构

第7章 常用控制用电动机及其驱动

1 对控制用电动机的基本要求

2 控制用电动机的种类、特点及选用

3 直流伺服(DC)电动机与驱动

3.1 直流电动机调速原理及调速特性

3.2 永磁直流电动机伺服系统

3.3 直流伺服电动机驱动

4 交流伺服电动机与驱动

4.1 交流异步电动机2

4.1.1 工作原理

4.1.2 异步电动机的运行特性

4.1.3 性能指标

4.1.4 交流异步伺服电动机的驱动与控制

4.2 交流同步电动机

4.2.1 同步电动机工作原理

4.2.2 等效电路

4.2.3 交流同步电动机的运行特性

4.2.4 同步电动机的控制

4.3 交流伺服电动机常用电力电子器件

5 步进电动机与驱动

5.1 步进电动机分类

5.2 步进电动机工作原理

5.3 步进电动机驱动与控制

5.3.1 脉冲分配器

5.3.2 功率放大器

第8章 机电一体化设计实例

1 振幅定值控制电磁振动给料机

1.1 电磁振动给料机的工作原理

1.2 溜槽式固体流量计工作原理

1.3 对控制系统的技术要求

1.4 电磁振动定量给料控制系统的方案确定

1.4.1 CPU选择

1.4.2 输入输出接口的配置

1.4.3 键盘显示器

1.4.4 串行通僧

1.4.5 系统电源

2 电子传送带配料秤

2.1 传送带配料秤的工作原理

2.2 传送带配料秤监控仪的技术要求

2.3 监控仪的硬件结构及其组成电路

2.4 系统软件设计

3 立式包装机

3.1 立式连续制袋三边封包装机工作原理

3.2 立式包装机技术要求

3.3 传动系统及电控原理

4 电动喷砂机器人

4.1 机器人机构原理

4.2 控制系统

4.3 机器人参数规格

4.4 控制算法简介

5 XH714立式加工中心

5.1 机床简介

5.2 数控系统

5.3 伺服系统

5.4 I／O控制

5.5 电源

第26篇 机电系统控制

第1章 概述

1 自动控制系统的基本组成

2 自动控制系统的分类

3 对自动控制系统的基本要求

4 控制系统的性能指标

4.1 控制系统的时域性能指标

4.1.1 典型输入信号

4.1.2 一阶系统的时域性能指标

4.1.3 二阶系统的时域性能指标

4.1.4 高阶系统的时域性能指标

4.2 控制系统的频域性能指标

5 自动控制系统设计的基本原则

第2章 控制系统数学模型

1 系统的微分方程

2 系统的传递函数

2.1 传递函数的定义

2.2 传递函数的性质

2.3 与传递函数相关的几个基本概念

2.4 典型环节的微分方程和传递函数

3 系统的状态空间表达式

3.1 基本概念

3.2 状态空间表达式

3.3 状态空间表达式的建立方法

3.3.1 建立状态空间表达式的直接方法

3.3.2 由微分方程求状态空间表达式

3.3.3 由系统传递函数写出状态空间表达式

3.4 系统的传递函数矩阵

3.4.1 传递函数矩阵的概念

3.4.2 由状态空间表达式求传递函数矩阵

4 离散系统的数学模型

4.1 离散系统的差分方程

4.1.1 差分方程含义

4.1.2 差分方程的解法

4.2 离散系统的传递函数

4.2.1 离散传递函数的定义

4.2.2 离散传递函数的求法

4.2.3 开环系统的脉冲传递函数

4.2.4 闭环系统的脉冲传递函数

4.3 离散系统的状态空间表达式

4.3.1 离散系统状态方程的建立

4.3.2 离散系统的传递矩阵

5 系统框图

5.1 画框图的规则

5.2 框图的基本连接方式与等效变换规则

5.3 框图的简化

6 信号流图

6.1 信号流图的性质

6.2 信号流图的简化

6.3 梅逊公式及其应用

7 非线性系统线性化

第3章 控制系统分析方法

1 频率特性分析法

1.1 频率特性的基本概念

1.2 频率特性的求法

1.3 频率特性的图示法

1.3.1 极坐标图

1.3.2 对数坐标图

2 根轨迹分析法

2.1 根轨迹定义

2.2 根轨迹的幅值条件和相角条件

2.3 绘制根轨迹的基本规则

2.4 在开环传递函数中增加极、零点的影响

3 系统稳定性

3.1 系统稳定性的基本概念

3.2 线性系统的代数稳定性判据

3.2.1 赫尔维茨判据

3.2.2 劳斯判据

3.2.3 谢绪恺判据

3.3 李亚普诺夫稳定性判据

3.4 乃奎斯特稳定性判据

……

第4章 控制系统设计方法

第5章 先进控制理论基础

第6章 机械运动控制系统

参考文献

第27篇 工业机器人技术

第1章 概述

第2章 工业机器人本体

第3章 工业机器人驱动系统

第4章 工业机器人控制系统

第5章 机器人传感器

第6章 机器人视觉

第7章 机器人人工智能

第8章 工业机器人的典型应用

参考文献

第28篇 数控技术

第1章 概述

第2章 数控系统的点位和轨迹控制原理

第3章 数控程序编制

第4章 数控伺服系统

第5章 数控检测装置

第6章 计算机数控装置

参考文献

第29篇 微机电系统及设计

第1章 微机电系统概述

第2章 微机电系统制造

第3章 微机电系统设计

第4章 微机电系统实例

参考文献

第30篇 机械状态监测与故障诊断技术

第1章 概述

第2章 信号采集系统的组成

第3章 机械故障诊断中的信号处理

第4章 旋转机械运行状态的振动监测技术

第5章 机械故障诊断中的模式识别方法

第6章 旋转机械和典型零件的故障诊断方法

参考文献

第31篇 激光及其在机械工程中的应用

第1章 激光加工概论

第2章 激光打孔

第3章 激光切割

第4章 激光焊接

第5章 激光淬火

第6章 激光熔覆与合金化

第7章 激光冲击强化

第8章 激光在其他机械工程领域的应用

第9章 激光加工的安全防护

参考文献

第32篇 电动机、电器与常用传感器

第1章 常用交直流电动机

第2章 控制电动机

第3章 电器与常用传感器

参考文献

《机械设计手册（第5版·第5卷）》是在前4版的基础上，吸收并总结了国内外机械工程设计领域中的新标准、新材料、新工艺、新结构、新技术、新产品、新设计理论与方法撰写而成。《机械设计手册（第5版·第5卷）》全面系统地介绍了常规设计、机电一体化与控制技术和现代设计方法及其应用等内容。具有内容先进，信息量大、取材广、规格全，实用性强，数据可靠，使用方便等特点。
　　全书分6卷52篇，内容有：常用设计资料、机械零部件设计（连接、紧固与传动）、机械零部件设计（轴系、支承与其他）、流体传动与控制、机电一体化与控制技术、现代设计理论与方法等。
　　本卷为第5卷，主要内容有：机电一体化技术及设计、机电系统控制、工业机器人技术、数控技术、微机电系统及设计、机械状态监测与故障诊断技术、激光及其在机械工程中的应用、电动机、电器与常用传感器等。
　　《机械设计手册（第5版·第5卷）》供从事机械设计、制造、维修及有关工程技术人员作为工具书使用，也可供大专院校的有关专业师生使用和参考。

汇集60年发展深厚积淀，引领机械设计创新理念；突出工程实践应用特点，设计高品质的机械产品，成就现代机械设计大师，展现设计手册风范。
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