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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