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目录1

第1章 引论1

1.1 概述1

1.1.1 引言1

1.1.2 机电一体化系统的基本组成要素2

1.1.3 机电一体化系统的技术组成3

1.1.4 机电一体化技术与其他技术的区别5

1.2 机电一体化系统的设计5

1.2.1 机电一体化系统的分类6

1.2.2 机电一体化系统（产品）开发的类型6

1.2.3 机电一体化系统（产品）设计方案的常用方法6

1.2.4 机电一体化系统设计7

1.2.5 机电一体化系统（产品）的工程路线8

1.3 机电一体化的发展趋势9

1.3.1 机电一体化的技术现状9

1.3.2 机电一体化的发展趋势10

思考题13

第2章 机电一体化机械系统设计理论14

2.1 概述14

2.1.1 机电一体化对机械系统的基本要求14

2.1.2 机械系统的组成15

2.1.3 机械系统的设计思想15

2.2.2 总传动比的确定16

2.2.1 机电一体化系统对机械传动的要求16

2.2 机械传动设计的原则16

2.2.3 传动链的级数和各级传动比的分配17

2.3 机械系统性能分析21

2.3.1 数学模型的建立21

2.3.2 机械性能参数对系统性能的影响26

2.3.3 传动间隙对系统性能的影响28

2.4 机械系统的运动控制29

2.4.1 机械传动系统的动力学原理29

2.4.2 机械系统的制动控制30

2.4.3 机械系统的加速控制33

思考题35

3.1.1 直齿圆柱齿轮传动机构36

第3章 机电一体化机械设计36

3.1 无侧隙齿轮传动机构36

3.1.2 斜齿轮传动机构37

3.1.3 锥齿轮传动机构38

3.1.4 齿轮齿条传动机构39

3.2 滑动螺旋传动39

3.2.1 滑动螺旋传动的特点39

3.2.2 滑动螺旋传动的形式及应用40

3.2.3 螺旋副零件与滑板连接结构的确定41

3.2.4 影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施42

3.2.5 消除螺旋传动的空回的方法44

3.3.2 滚珠螺旋传动的结构形式与类型46

3.3 滚珠螺旋传动46

3.3.1 滚珠螺旋传动的特点46

3.3.3 滚珠螺旋副的精度50

3.4 滑动摩擦导轨50

3.4.1 导轨的基本要求51

3.4.2 滑动摩擦导轨的类型及结构特点52

3.4.3 导轨间隙的调整55

3.4.4 驱动力的方向和作用点对导轨工作的影响56

3.4.5 温度变化对导轨间隙的影晌57

3.4.6 导轨的刚度计算58

3.4.7 提高导轨耐磨性的措施58

3.5 滚动摩擦导轨61

3.4.8 导轨主要尺寸的确定61

3.5.1 滚珠导轨62

3.5.2 滚柱导轨和滚动轴承导轨64

3.6 静压螺旋传动与静压导轨简介64

3.6.1 静压螺旋传动64

3.6.2 静压导轨65

思考题68

第4章 机电一体化检测系统69

4.1 概述69

4.1.1 检测系统的组成69

4.1.2 传感器的概念及基本特性70

4.2 位移检测72

4.1.3 信号传输与处理电路72

4.2.1 模拟式位移传感器73

4.2.2 数字式位移传感器77

4.3 速度、加速度的检测81

4.3.1 直流测速机速度检测81

4.3.2 光电式转速传感器82

4.3.3 加速度传感器82

4.4 力、扭矩和流体压强检测84

4.4.1 力、力矩检测84

4.4.2 流体压强传感器87

4.5 传感器前级信号处理88

4.5.1 测量放大器89

4.5.2 程控增益放大器90

4.5.3 隔离放大器92

4.6 传感器接口技术93

4.6.1 传感器信号的采样／保持93

4.6.2 多通道模拟信号输入95

4.7 传感器非线性补偿处理97

思考题101

第5章 计算机控制及接口技术102

5.1 概述102

5.1.1 计算机控制系统的组成102

5.1.2 计算机在控制中的应用方式104

5.1.3 典型的机电一体化控制系统106

5.2.1 工业控制计算机的特点及要求109

5.2 工业控制计算机109

5.2.2 单片微型计算机110

5.2.3 可编程序控制器（PC）111

5.2.4 总线工控机114

5.3 计算机接口技术119

5.3.1 接口、通道及其功能119

5.3.2 I/O信号的种类121

5.3.3 计算机和外部的通信方式122

5.3.4 I/O控制方式123

5.3.5 I/O接口的编址方式129

5.4.1 I/O接口与系统的连接130

5.4 计算机接口设计130

5.4.2 I/O接口扩展132

5.4.3 模拟量的采样与处理135

5.4.4 输入／输出通道137

5.5 D/A转换器141

5.5.1 并行D/A转换器的工作原理141

5.5.2 D/A转换器的主要参数142

5.5.3 8位D/A转换器DAC0832142

5.5.4 12位D/A转换器DAC1210146

5.6 A/D转换器148

5.6.1 A/D转换器的工作原理148

5.6.2 A/D转换器的主要技术参数149

5.6.3 8位A/D转换器ADC0809150

5.6.4 12位A/D转换器AD574152

5.6.5 A/D转换器与系统的连接及举例154

思考题159

第6章 伺服控制系统160

6.1 概述160

6.1.1 伺服系统的结构组成160

6.1.2 伺服系统的分类161

6.1.3 伺服系统的技术要求161

6.2 执行元件162

6.2.1 执行元件的分类及其特点162

6.2.2 直流伺服电动机163

6.2.3 步进电动机168

6.2.4 交流伺服电动机175

6.3 电力电子变流技术178

6.3.1 开关器件特性179

6.3.2 变流技术182

6.4 PWM型变频电路186

6.4.1 SPWM波形原理187

6.4.2 单相SPWM控制原理188

6.4.3 三相SPWM控制原理190

6.4.4 SPWM逆变电路的调制方式191

6.4.5 SPWM型变频器的主电路192

思考题193

7.1 产生干扰的因素194

7.1.1 干扰的定义194

7.1.2 形成干扰的三个要素194

第7章 抗干扰技术194

7.1.3 电磁干扰的种类195

7.1.4 干扰存在的形式196

7.2 抗干扰的措施196

7.2.1 屏蔽197

7.2.2 隔离198

7.2.3 滤波199

7.2.4 接地200

7.3.1 逻辑设计力求简单可靠202

7.2.5 软件抗干扰设计202

7.3 提高系统抗干扰能力的措施202

7.3.2 硬件自检测和软件自恢复的设计203

7.3.3 从安装和工艺等方面采取措施以消除干扰203

思考题204

第8章 自动化制造系统205

8.1 概述205

8.1.1 刚性自动化生产205

8.1.2 柔性制造单元（FMC）208

8.1.3 柔性制造系统（FMS）209

8.1.4 柔性制造线（FML）212

8.1.5 柔性装配线（FAL）213

8.1.6 计算机集成制造系统（CIMS）214

8.2 数控机床216

8.2.1 一般数控机床216

8.2.2 加工中心（MC）219

8.2.3 车削中心220

8.2.4 电火花加工220

8.3 工件储运设备222

8.3.1 有轨小车（RGV）222

8.3.2 自动导向小车（AGV）223

8.3.3 自动化立体仓库224

8.4.2 工业机器人的结构226

8.4.1 工业机器人概况226

8.4 工业机器人226

8.4.3 工业机器人的应用228

8.5 检测与监控系统230

8.5.1 检测与监控原理230

8.5.2 检测与监控应用举例232

8.5.3 检测设备235

8.6 辅助设备237

8.6.1 清洗站237

8.6.2 去毛刺设备238

8.6.3 切屑和冷却液的处理239

思考题242

参考文献243