机电一体化系统设计

第1章 绪论

1.1概述

1.1.1机电一体化概念

1.1.2机电一体化产品分类

1.1.3机电一体化产品特征

1.2机电一体化系统组成

1.3机电一体化系统应用的技术

1.3.1机械技术

1.3.2自动控制技术

1.3.3信息处理技术

1.3.4传感与检测技术

1.3.5伺服驱动技术

1.3.6系统总体技术

1.3.7系统集成技术

1.4机电一体化技术发展历史与趋势

1.4.1机电一体化技术发展历史

1.4.2机电一体化技术发展趋势

习题与思考题

第2章机械系统设计

2.1概述

2.2功能原理设计

2.2.1功能分类

2.2.2功能分解

2.2.3功能求解

2.3总体设计

2.3.1设计要求

2.3.2应用举例

2.4传动链设计

2.4.1运动基本形式

2.4.2复杂运动实现方式

2.4.3齿轮传动链设计

2.5传动装置设计与选择

2.5.1齿轮传动装置

2.5.2滚珠丝杠传动

2.5.3蜗轮蜗杆传动

2.5.4同步齿形带传动

2.5.5精密减速器

2.6主轴部件设计

2.6.1主轴

2.6.2轴承及支承

2.7导向与支承部件设计

2.7.1导轨基本要求

2.7.2导轨选择与设计

2.7.3导轨类型

2.7.4导轨材料

2.7.5导轨润滑与防护

2.7.6直线滚动导轨副

2.8支承件设计

2.8.1支承件的设计要求

2.8.2支承件的选择与设计

习题与思考题

第3章伺服驱动系统与执行元件

3.1伺服驱动系统的组成、要求及分类

3.1.1伺服驱动系统及组成

3.1.2伺服驱动系统要求

3.1.3伺服驱动系统的分类

3.2步进电机及驱动

3.2.1步进电机工作原理

3.2.2步进电机驱动技术

3.2.3步进电机特性

3.2.4步进电机选型与计算

3.3直流伺服驱动

3.3.1直流伺服驱动系统

3.3.2直流伺服电机工作原理

3.3.3直流伺服电机驱动控制

3.4交流伺服驱动

3.4.1交流伺服电机

3.4.2交流伺服驱动系统

3.4.3交流伺服调速方法

3.4.4交流伺服电机选型

3.4.5交流伺服驱动系统应用

3.5直线伺服驱动系统

3.5.1直线伺服电机特点与分类

3.5.2直线伺服电机工作原理

……

第8章设计工具及应用

8.1机械计算机辅助设计软件

8.1.1概述

8.1.2UG NX软件

8.1.3CATIA软件

8.1.4Pro/Engineer软件

8.1.5Solidworks软件

8.2运动学与动力学分析工具及应用

8.2.1Adams软件

8.2.2Simpack 软件

8.3综合性分析工具及应用

8.3.1ANSYS Workbench 软件

8.3.2Patran &.Nastran软件·

8.3.3MATLAB软件·

8.4控制系统设计工具及应用

8.4.1电气控制系统设计工具

8.4.2电路设计工具

8.4.3PLC控制系统开发工具

8.4.4单片机控制系统开发工具

8.4.5总线式工控机控制系统开发工具

习题与思考题

参考文献

第1章绪论

1.1概述

1.1.1机电一体化概念

“机电一体化”是由机械学与电子学相互交叉融合形成的一门学科。最早是指机械学、电子学交叉融合，在发展过程中又融入了计算机、信息学等学科内容。机电一体化(Mechatronics) 词是由机械学(Mechanics)单词的前半部分和电子学(Electronics)单词的后半部分组合构成的，它最早出现在1971年日本杂志《机械设计》副刊上。随着技术的快速发展，机电一体化概念逐渐被人们接受，并被广泛使用。并且，在机电一体化概念上又衍生出了机电一体化技术、机电一体化系统、机电一体化产品、机电一体化专业等与机电一体化相关的专业名词。

“机电一体化系统”这一术语是从系统角度来描述机电一体化的组成与结构的，它是由能够完成一种或者多种功能的基本模块或单元按照一定的次序组合在一起构成的系统。具体就是指由机械单元、控制单元、检测单元、伺服驱动单元、执行单元等按照一定的次序组合起来，能够实现一种或多种功能的系统。

“机电一体化技术”包括设计与制造机电一体化系统所运用到的机械学与电子学的相关技术，具体包括机械技术、计算机技术、信息技术、自动控制技术、检测技术、接口技术以及系统技术等。机电一体化技术的内涵随着科学技术的发展在不断变化与延伸，在不同历史阶段被赋子了不同的内容。早期的机电一体化技术主要包括机械技术和电子技术，机械技术主要包括机械设计与机械制造技术，电子技术主要是以晶体管为主要器件的控制技术，机械与电子技术结合主要表现为在产品中利用以电子元件构成的控制器来代替原有的机械控制，以电子控制技术代替机械控制技术，使产品的功能得到较大的提升。随着计算机、信息、自动控制等技术的发展，机电一体化技术也在不断发展，机械结构优化技术、CAD技术、微电子技术、信息技术、自动控制技术、人工智能技术不断被应用到机电一体化系统的设计与制造中，使机电一体化技术的内涵不断拓展，内容不断丰富。

“机电一体化产品”是运用机电一体化技术设计、制造的满足人们某种需求的物品，它具有机电一体化技术的基本特征，是机电一体化系统的物理表现形式。由于机电一体化产品较多，为了更好地了解和区分它们的用途、功能、制造过程等，可以按不同方式对机电一体化产品进行分类。

“机电一体化专业”（也称为“机械电子工程专业”）是高等院校里培养从事机电一体化系统设计（或产品制造）、系统维护、销售及生产管理等技术人才的一个专业。机电一体化专业培养的人才规格包括专科、本科以及研究生层次的技术人才。

……