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绪论 1

0.1　机电一体化的基本概念 1

0.1.1　机电一体化的技术基础 1

0.1.2　机电一体化系统的结构要素 3

0.1.3　机电一体化的相关技术 5

0.1.4　机电一体化的技术优势及发展趋势 7

0.2　机电一体化系统设计的工程路线 11

0.2.1　现代系统设计的特征 11

0.2.2　机电一体化产品设计的工程路线 12

习题与思考题 14

第1章 机电一体化系统总体方案设计 16

1.1 概述 16

1.2 总体结构方案设计 17

1.3　驱动方案设计 20

1.3.1　传动方案设计 20

1.3.2　驱动方式选择 22

1.4　控制系统方案设计 23

1.4.1　伺服驱动方案设计 23

1.4.2　计算机控制系统方案 25

1.5　可靠性设计 28

1.5.1　系统可靠性 28

1.5.2　人机安全性 30

习题与思考题 30

第2章 机械系统设计 31

2.1 概述 31

2.1.1　机械系统的构成 31

2.1.2　机械系统设计的任务 32

2.1.3　机械参数对系统性能的影响 34

2.2　传动机构设计 44

2.2.1　机械传动装置 44

2.2.2　传动方式的选择 58

2.2.3　设计计算 63

2.3 支承导向部分的设计 72

2.3.1　概述 72

2.3.2　移动型支承导向部件 76

2.3.3　旋转型支承部件 86

2.3.4　其他支承 88

习题与思考题 89

第3章 计算机系统设计 91

3.1 概述 91

3.1.1 控制计算机在机电一体化系统中的作用 91

3.1.2　机电一体化系统对控制计算机的要求 92

3.1.3　开放式体系结构 98

3.2 常用控制计算机 99

3.2.1　PLC及单回路、多回路调节器 99

3.2.2　单片机、DSP 105

3.2.3 工业PC系统 109

3.2.4　现场总线 118

3.2.5　面向工业控制的STD和STE总线 125

3.3　控制软件设计 131

3.3.1　概述 131

3.3.2　工业计算机系统的开发软件 132

3.3.3　机电测控应用软件设计 139

3.4　控制系统的选用 143

3.4.1　典型控制系统的特点 144

3.4.2　控制计算机的选用 146

习题与思考题 151

第4章 伺服驱动系统设计 152

4.1 概述 152

4.1.1　伺服驱动系统的基本概念 152

4.1.2　伺服驱动系统设计方法及步骤 154

4.2 伺服驱动系统中的传感与检测 156

4.2.1　位置检测元件 156

4.2.2　速度检测元件 163

4.2.3　检测方案设计 164

4.3 伺服系统中的驱动元件 169

4.3.1　驱动元件分类及特点 169

4.3.2　步进电机 172

4.3.3　直流伺服电机 182

4.3.4　交流伺服电机 189

4.3.5　电液控制阀 192

4.4　伺服驱动系统设计 195

4.4.1　开环伺服系统设计 195

4.4.2　闭环伺服系统设计 200

4.5　数控旋压机系统设计实例 204

4.5.1　工作原理及设计要求 204

4.5.2　系统控制方案设计 204

4.5.3　控制器设计 207

习题与思考题 211

第5章　数控机床设计实例 213

5.1　机床总体设计 213

5.2　机床传动系统设计 214

5.2.1　主轴箱传动链设计计算 214

5.2.2　进给轴传动设计 217

5.2.3　传动系统刚度 219

5.3　机床结构设计 221

5.4　机床控制系统设计 224

5.4.1　数控系统的选型 224

5.4.2　主轴驱动系统 226

5.4.3　伺服进给驱动系统 228

5.4.4　数控镗铣床的PLC软件开发 228

习题与思考题 230

第6章 机器人应用实例 231

6.1 概述 231

6.2　关节式机器人设计 233

6.2.1　拟定机器人的技术指标 233

6.2.2　机器人的机械本体及驱动方案设计 234

6.2.3　机器人的控制方案设计 236

6.3　投球比赛机器人设计 238

6.3.1 比赛机器人概述 238

6.3.2　比赛机器人 242

习题与思考题 253

第7章 办公及家电自动化中的机电一体化系统 254

7.1 办公设备 254

7.1.1　针式打印机的基本结构 254

7.1.2　软件技术 258

7.1.3　针式打印机的打印过程 259

7.2 家用电器 261

7.2.1　全自动洗衣机的结构及工作原理 262

7.2.2　全自动洗衣机的传动机构 262

7.2.3　全自动洗衣机的驱动与控制 264

7.2.4　洗衣机的模糊控制 269

习题与思考题 272

参考文献 273