機電一體化係統設計（第2版） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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俞竹青 編

圖書標籤:

• 機電一體化
• 係統設計
• 自動化
• 控製工程
• 機械工程
• 電氣工程
• 傳感器
• 執行器
• 建模與仿真
• 工業自動化

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121288890

版次：2

商品編碼：11962553

包裝：平裝

叢書名： 普通高等教育機械類

開本：16開

齣版時間：2016-08-01

用紙：膠版紙

頁數：296

字數：396800

正文語種：中文

內容簡介

　　本書論述瞭機電一體化技術的基本原理、機電一體化係統的構成以及電路設計。全書共7章。內容包括：機電一體化技術的基本概念，機電一體化係統中的機械係統、檢測係統、執行係統、計算機控製控製係統的設計等。本書注重理論與實際的結閤，重視解決工程實際問題，並力求做到突齣重點，層次分明，語言易懂，便於讀者自學。

作者簡介

　　俞竹青，江蘇工業學院，機械工程係教師。長期從事機電一體化發現的理論與實踐的研究與教學。主要作品有：《機電一體化係統社》。

目錄

第1章 概論 （1）
1．1 機電一體化概念 （1）
1．2 機電一體化係統的構成 （1）
1．3 機電一體化關鍵技術 （2）
復習思考題 （3）
第2章 機械係統部件及其設計 （4）
2．1 概述 （4）
2．1．1 機電一體化産品對機械係統部件的基本要求 （4）
2．1．2 機電一體化産品機械係統的基本組成及其功能 （5）
2．2 機械傳動機構 （5）
2．2．1 齒輪傳動機構及其設計 （6）
2．2．2 絲杠螺母機構及其選用 （15）
2．2．3 同步帶傳動 （30）
2．3 導嚮與支承機構 （37）
2．3．1 迴轉運動支承 （37）
2．3．2 直綫運動支承 （42）
2．3．3 框架類支承構件 （55）
2．4 機械執行機構 （60）
2．4．1 機械執行機構的功能 （60）
2．4．2 機械執行機構的分類 （62）
2．4．3 機械執行機構設計的要求 （63）
2．4．4 機械執行機構設計的步驟 （64）
復習思考題 （65）
第3章 檢測傳感器及其接口電路 （66）
3．1 溫度傳感器 （66）
3．2 力傳感器 （69）
3．2．1 金屬電阻應變片式力傳感器 （69）
3．2．2 半導體應變式力傳感器 （71）
3．3 位移測量傳感器 （71）
3．3．1 電容位移傳感器 （71）
3．3．2 氣隙電感位移傳感器 （72）
3．3．3 差動變壓器結構電感式位移傳感器 （73）
3．3．4 渦流電感式位移傳感器 （75）
3．4 光電傳感器 （75）
3．5 光電編碼器 （79）
3．5．1 增量式光電編碼器構成及原理 （79）
3．5．2 絕對式光電編碼器構成及原理 （81）
3．5．3 增量式光電編碼器計數電路 （81）
3．6 差分信號傳輸 （83）
3．7 電流環信號傳輸 （85）
3．8 運算放大器的基本電路 （86）
復習思考題 （87）
第4章 執行元件及控製 （89）
4．1 執行元件的分類 （90）
4．1．1 電動執行元件 （90）
4．1．2 氣動執行元件 （91）
4．1．3 液壓執行元件 （91）
4．2 直流電動機的基本工作原理 （92）
4．3 三相異步電動機的鏇轉磁場 （93）
4．4 步進電動機 （94）
4．5 直綫電動機 （96）
4．5．1 直綫感應電動機 （97）
4．5．2 直綫直流電動機 （99）
4．5．3 直綫步進電動機 （100）
4．6 直流電動機的驅動控製 （102）
4．6．1 開關型功率接口電路 （102）
4．6．2 直流電動機PWM驅動方式 （106）
4．6．3 IR2130三相驅動控製集成芯片 （109）
4．7 交流伺服電動機控製 （111）
4．8 電-氣比例閥、伺服閥 （113）
4．8．1 比例電磁鐵 （113）
4．8．2 滑閥式電氣方嚮比例閥 （115）
4．8．3 動圈式二級方嚮伺服閥 （116）
4．8．4 動圈式壓力伺服閥 （117）
4．8．5 脈寬調製伺服閥 （118）
4．8．6 電-氣比例伺服係統的應用實例（柔性定位伺服汽缸） （120）
4．9 電-液比例閥、伺服閥 （121）
4．9．1 電-液伺服閥 （121）
4．9．2 電-液比例閥 （124）
復習思考題 （125）
第5章 單片機及接口電路設計 （127）
5．1 MCS-51單片機 （127）
5．1．1 MCS-51單片機的引腳描述及片外總綫結構 （127）
5．1．2 MCS-51單片機片內總體結構 （129）
5．1．3 MCS-51單片機基本外圍電路 （130）
5．1．4 MCS-51單片機看門狗電路（MAX6814） （132）
5．2 A/D轉換及與單片機接口電路設計 （133）
5．3 多路模擬開關 （135）
5．4 AVR單片機簡介 （137）
5．4．1 ATmega128的結構和主要特點 （137）
5．4．2 ATmega128的封裝和引腳 （138）
5．4．3 ATmega128的I/O端口描述 （140）
5．4．4 ATmega128端口的第2功能 （141）
5．4．5 ATmega128的時鍾係統 （146）
5．5 AVR單片機開發工具（ATmega128） （147）
5．5．1 ICCAVR集成開發環境 （147）
5．5．2 ICCAVR介紹 （148）
5．5．3 ICCAVR導遊 （153）
5．5．4 ICCAVR C庫函數與啓動文件 （155）
5．5．5 訪問AVR硬件的編程 （156）
5．6 ATmega128基礎實例 （157）
5．6．1 發光二極管應用實驗 （157）
5．6．2 鍵盤電路應用實例 （160）
復習思考題 （162）
第6章 機電一體化係統的抗乾擾設計 （163）
6．1 電磁乾擾形成的條件 （163）
6．2 乾擾源 （164）
6．2．1 供電乾擾 （164）
6．2．2 過程通道乾擾 （164）
6．2．3 場乾擾 （165）
6．3 提高係統抗電源乾擾能力的方法 （165）
6．3．1 配電方案中的抗乾擾措施 （165）
6．3．2 利用電源監視電路抗電源乾擾 （166）
6．3．3 用Watchdog抗電源乾擾 （166）
6．4 電場與磁場乾擾耦閤的抑製 （167）
6．4．1 電場與磁場乾擾耦閤的特點 （167）
6．4．2 電場與磁場乾擾耦閤的抑製 （168）
6．5 幾種接地技術 （172）
6．5．1 單點接地 （172）
6．5．2 多點接地 （172）
6．5．3 混閤單點接地 （173）
6．5．4 混閤多點接地 （173）
6．5．5 接地的一般性原則 （174）
6．6 過程通道抗乾擾措施 （175）
6．7 模擬信號的綫性光耦隔離 （177）
6．7．1 HCNR200基本工作原理 （178）
6．7．2 HCNR200的基本工作電路 （178）
6．7．3 HCNR200應用電路設計 （179）
6．8 空間乾擾的抑製 （180）
6．9 軟件抗乾擾技術 （180）
6．9．1 實施軟件抗乾擾的必要條件 （181）
6．9．2 數據采樣的乾擾抑製 （181）
6．9．3 程序運行失常的軟件抗乾擾措施 （182）
6．10 鐵氧體插損器 （182）
6．10．1 鐵磁性材料（鐵氧體）特性 （182）
6．10．2 磁導率對電磁乾擾的影響 （183）
6．10．3 鐵氧體的特性阻抗 （184）
6．10．4 鐵氧體插損器件及應用 （186）
復習思考題 （191）
第7章 機電一體化係統設計實例 （192）
7．1 RC伺服電動機控製 （192）
7．1．1 RC伺服電動機簡介 （192）
7．1．2 RC伺服電動機的內部組成 （192）
7．1．3 RC伺服電動機的控製 （193）
7．1．4 硬件電路圖 （194）
7．1．5 RC伺服電動機的正嚮鏇轉和逆嚮鏇轉控製實驗 （194）
7．1．6 RC伺服電動機鏇轉相應角度實驗 （195）
7．1．7 RC伺服電動機速度控製實驗 （196）
7．2 步進電動機應用軟/硬件設計實例 （198）
7．2．1 步進電動機概述 （198）
7．2．2 步進電動機的分類與結構 （198）
7．2．3 步進電動機的基本參數 （198）
7．2．4 步進電動機的特性 （200）
7．2．5 反應式步進電動機的結構 （200）
7．2．6 反應式步進電動機的工作原理 （202）
7．2．7 步進電動機的失步、振蕩及解決方法 （204）
7．2．8 步進電動機的控製 （206）
7．2．9 步進電動機的應用設計 （208）
7．3 小型打印機係統 （210）
7．3．1 硬件電路設計 （210）
7．3．2 典型器件選型及介紹 （214）
7．3．3 硬件電路 （215）
7．3．4 軟件設計 （217）
7．3．5 經驗總結 （221）
7．4 直流電動機的控製實例 （222）
7．4．1 硬件電路設計 （222）
7．4．2 典型器件選型及介紹 （223）
7．4．3 硬件電路 （226）
7．4．4 軟件設計 （229）
復習思考題 （236）

前言/序言

　　機電一體化是多學科領域綜閤交叉的技術密集型係統工程。它是融閤檢測傳感技術、信息處理技術、自動控製技術、伺服驅動技術、精密機械技術、計算機技術和係統總體技術等多種技術於一體的新興綜閤性學科。隨著機電一體化技術的産生與發展，在世界範圍內掀起瞭機電一體化熱潮，它使機械産品嚮著高技術密集的方嚮發展。當前，以柔性自動化為主要特徵的機電一體化技術發展迅速，水平越來越高。任何一個國傢、地區、企業若不擁有這方麵的人纔、技術和生産手段，就不具備國際、國內競爭所必需的基礎。要徹底改變目前我國機械工業麵貌，縮小與國外先進國傢的差距，必須走發展機電一體化技術之路，這也是當代機械工業發展的必然趨勢。
　　機電一體化的優勢在於從係統、整體的角度齣發，將各相關技術協調綜閤運用而取得整體優化效果，因此在機電一體化係統設計開發的過程中，特彆強調技術融閤和學科交叉的作用。麵對機械工業嚮機電一體化方嚮快速發展，作為培養這方麵高級技術人纔的高等院校就不應僅限於嚮學生分離地介紹機械技術、微電子技術、計算機技術等機電一體化共性基礎知識，還應在此基礎上從係統設計的角度齣發，通過“機電一體化係統設計”專業課教學及相應實踐教學環節，使學生真正瞭解和掌握機電一體化的實質及其係統設計的理論和方法。隻有這樣，纔能使學生真正靈活地運用相關技術進行機電一體化産品的分析、設計與開發，達到知識、能力的統一。
　　本書是為瞭適應高校機械類各專業及其他相近專業的“機電一體化係統設計”教學要求而編寫的。作為教材，編者在文字敘述上力求深入淺齣、循序漸進；在內容安排上既注意瞭基礎理論、基本概念的係統性闡述，同時也考慮到工程設計人員的實際需要，在介紹各種設計方法時盡可能具體實用，書中給齣的具體電路圖都是實驗驗證可行的。本書共7章，主要內容包括：概論、機械係統部件及其設計、檢測傳感器及其接口電路、執行元件及控製、單片機及接口電路設計、機電一體化係統的抗乾擾設計、機電一體化係統設計實例。
　　本書由俞竹青、硃目成擔任主編。常州大學俞竹青編寫第1、3、6章，西南科技大學硃目成編寫第7章，常州工學院金衛東編寫第2章，江蘇技術師範學院李尚榮編寫第5章，常州工學院何亞峰編寫第4章。全書由俞竹青、硃目成承擔統稿工作。
　　由於編者水平和經驗有限，加之時間倉促，書中難免存在錯誤疏漏之處，敬請讀者批評指正。
　　作者
　　2016年5月

《現代機械設計與製造工藝》 本書係統地闡述瞭現代機械設計的基本原理、方法與技術，並深入探討瞭與之緊密相連的先進製造工藝。旨在為讀者提供一個全麵、深入的機械工程知識體係，使其能夠勝任復雜機械係統的設計、分析與製造任務。 第一部分：現代機械設計理論與方法 本部分聚焦於機械設計過程中的核心理念與前沿技術。 機械係統分析基礎： 從力學、材料力學、機構學等基礎學科齣發，深入剖析機械係統的受力分析、運動學分析與動力學分析。重點介紹有限元分析（FEA）等數值仿真技術在復雜載荷和應力分布評估中的應用，以及多體動力學模擬在研究機構動態行為中的作用。 設計方法學與創新： 詳細介紹係統化設計流程，包括需求分析、概念設計、方案優化與詳細設計。重點闡述創新設計思維，如TRIZ理論（發明問題解決理論）的應用，引導讀者跳齣傳統思維模式，發掘新的設計解決方案。同時，介紹麵嚮對象的設計思想在復雜機械係統建模中的應用。 材料選擇與性能評估： 涵蓋各類工程材料的特性、應用範圍及其性能指標。重點介紹金屬材料（如閤金鋼、鋁閤金、鈦閤金）、高分子材料、復閤材料以及陶瓷材料的微觀結構、力學性能、熱學性能、電學性能等。分析不同環境下材料的失效機理（如疲勞、蠕變、腐蝕），並介紹先進的材料選擇輔助工具與數據庫。 結構設計與強度校核： 深入講解機械零件的形狀、尺寸設計原則，以及各類連接（如螺紋連接、焊接、鉚接）的設計要點。詳細介紹許用應力法、應力集中分析、疲勞強度設計、斷裂力學等強度校核方法。重點介紹應力腐蝕、磨損等失效形式的預防措施。 可靠性設計與壽命預測： 闡述可靠性工程的基本概念，包括失效率、平均無故障時間（MTTF）、平均故障間隔時間（MTBF）等。介紹可靠性設計方法，如故障模式與影響分析（FMI A）、故障樹分析（FTA），以及如何通過冗餘設計、容錯技術提高係統可靠性。介紹基於概率和統計的壽命預測模型。 振動與噪聲控製： 講解機械係統振動的産生機理、分類與特性。介紹固有頻率、模態分析、共振現象等概念。重點闡述減振與隔振技術，如阻尼材料、吸振器、隔振器的選擇與設計。同時，探討機械噪聲的産生源、傳播路徑與控製方法。 人機工程學在設計中的應用： 強調在機械設計中融入人機工程學原理，關注操作的舒適性、安全性與效率。講解人體尺寸、動作範圍、視覺、聽覺等生理與心理因素如何影響機械産品的設計，以創造更易用、更安全的産品。 第二部分：先進製造工藝與技術 本部分側重於現代製造業中的關鍵工藝方法與技術，以及它們如何與設計緊密結閤。 傳統製造工藝詳解： 對金屬切削加工（車削、銑削、鑽削、磨削）、鑄造、鍛造、焊接、衝壓等經典製造工藝進行深入剖析。包括工藝流程、設備原理、刀具選擇、工藝參數優化以及質量控製要點。 精密與超精密加工技術： 介紹高精度加工方法，如電火花加工（EDM）、激光加工、離子束加工、超聲波加工等。分析其加工原理、適用材料、精度範圍與錶麵質量。重點闡述金剛石車削、化學機械拋光（CMP）等用於實現納米級錶麵精度的方法。 增材製造（3D打印）技術： 詳細介紹各種主流的增材製造技術，包括選擇性激光燒結（SLS）、熔融沉積成型（FDM）、立體光刻（SLA）、金屬激光熔融（SLM）等。分析其工作原理、材料兼容性、成型精度、錶麵質量與後處理工藝。強調增材製造在復雜結構設計、快速原型製造和定製化生産中的獨特優勢。 特種成形工藝： 探討金屬流動成形、鏇壓、深拉伸等金屬塑性成形工藝。介紹粉末冶金技術及其在製造難熔材料、硬質閤金等方麵的應用。 錶麵工程與處理： 涵蓋熱處理（如退火、淬火、迴火）、化學熱處理（如滲碳、滲氮）、物理氣相沉積（PVD）、化學氣相沉積（CVD）、電鍍、陽極氧化等錶麵改性技術。分析這些技術如何改善材料的硬度、耐磨性、耐腐蝕性、導電性等錶麵性能。 製造過程的數字化與智能化： 介紹計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助製造（CAM）、計算機輔助工程（CAE）在現代機械製造中的集成應用。探討數控（CNC）技術、機器人技術、自動化生産綫在提高生産效率、精度與柔性化方麵的作用。引入智能製造、工業物聯網（IIoT）等概念，展望製造業的未來發展方嚮。 質量控製與檢測技術： 介紹機械産品質量檢驗的方法與標準，包括尺寸檢測、形位公差檢測、錶麵粗糙度檢測、材料性能檢測。重點闡述無損檢測技術（如超聲波檢測、X射綫檢測、磁粉檢測）在發現內部缺陷中的應用。介紹質量管理體係（如ISO 9000）在製造過程中的重要性。 本書理論與實踐相結閤，通過豐富的案例分析與圖錶展示，力求使讀者深刻理解機械設計與製造工藝的內在聯係，掌握解決實際工程問題的能力，為投身於機械工程領域打下堅實的基礎。

評分☆☆☆☆☆

這是一本能夠幫助工程師們建立起“整體觀”的優秀教材。機電一體化係統設計的核心就在於“一體化”，而這本書正是將這種一體化的理念貫穿始終。作者在介紹各個子係統時，都會強調它們之間的接口、通信協議以及信息交互方式，從而幫助讀者理解整個係統是如何協同工作的。我特彆喜歡書中關於“係統集成”和“接口設計”的章節，它提供瞭大量實用的建議和注意事項，有助於避免在項目後期齣現難以解決的集成問題。

評分☆☆☆☆☆

從排版和插圖的角度來看，這本書也做得相當齣色。大量的圖錶、流程圖、電路圖和三維模型，將抽象的理論概念可視化，使得理解變得更加直觀和輕鬆。我注意到，許多圖示都經過精心設計，能夠清晰地展示組件之間的連接關係、信號的傳遞路徑以及運動的軌跡。這對於理解復雜的機械結構和電子綫路非常有幫助。同時，文字敘述的邏輯性非常強，段落之間的過渡自然流暢，使得閱讀體驗非常愉悅，即使是麵對一些復雜的數學公式和工程計算，也不會感到枯燥乏味。

評分☆☆☆☆☆

這本書的理論深度和實踐指導性達到瞭一個非常高的平衡點。它既有紮實的理論基礎，如控製理論、信號處理和係統辨識，又提供瞭大量的工程實踐經驗，如設計規範、標準遵循和項目管理。我特彆欣賞書中關於“人機交互”設計的那部分內容。在如今強調用戶體驗的時代，如何設計齣既高效又能讓用戶感到舒適和安全的機電一體化係統，是工程師們麵臨的重要挑戰。本書在這方麵提供瞭一些寶貴的原則和方法，幫助讀者更好地平衡技術性能和用戶需求。

評分☆☆☆☆☆

這是一本令人驚嘆的著作，對於任何渴望深入理解機電一體化係統設計領域的人來說，它簡直就是一本寶典。從最基礎的機械原理，到復雜的電子控製算法，再到軟件開發的關鍵要素，作者以一種清晰、嚴謹且極其富有洞察力的方式，將這些看似割裂的學科融會貫通，構建瞭一個宏大的知識體係。我尤其欣賞書中對各個模塊之間相互作用的細緻分析，這使得讀者能夠跳齣單一學科的局限，以一種係統化的思維去審視和解決問題。例如，在討論傳感器選擇時，作者不僅列舉瞭各種傳感器的技術參數，還深入剖析瞭它們在不同應用場景下的性能錶現、抗乾擾能力以及與執行器的匹配度，甚至還包含瞭成本效益的考量。這種全方位的考量，對於實際工程應用中的決策至關重要。

評分☆☆☆☆☆

總而言之，這是一本能夠讓你從“知其然”到“知其所以然”的優秀著作。它不僅僅提供瞭解決問題的“方法”，更重要的是培養瞭解決問題的“思維”。在閱讀過程中，我能夠感受到作者深厚的學術功底和豐富的工程實踐經驗，這些都體現在字裏行間，給予我極大的啓發。本書對於那些希望在機電一體化領域有所建樹的工程師、研究人員以及高年級學生來說，都是一本不可或缺的參考書。它所涵蓋的知識廣度和深度，以及其前瞻性的視角，都將幫助讀者在未來復雜的工程挑戰中脫穎而齣。

評分☆☆☆☆☆

我必須說，這本書的深度和廣度都令人印象深刻。它不像市麵上許多同類書籍那樣，僅僅停留在概念的介紹和理論的堆砌，而是充滿瞭大量的實例分析、案例研究和實際操作建議。我特彆喜歡書中關於“故障診斷與排除”那一章節，它提供瞭一套係統性的方法論，能夠幫助工程師們快速定位並解決復雜係統中的潛在問題。作者通過模擬各種可能齣現的故障場景，引導讀者一步步分析，最終找到根本原因。這種實踐性的指導，對於初學者來說是無價之寶，對於經驗豐富的工程師而言，也能提供新的視角和啓發。

評分☆☆☆☆☆

這本書對於我在理解和應用“仿真技術”方麵起到瞭至關重要的作用。在實際設計過程中，能夠提前對係統進行仿真和優化，可以大大降低開發成本和縮短研發周期。書中詳細介紹瞭各種仿真軟件的使用方法，以及如何建立精確的係統模型。我尤其喜歡關於“多物理場耦閤仿真”的章節，它能夠幫助我們理解不同物理領域（如力學、電磁學、熱學）之間的相互影響，從而設計齣更優化的係統。這種對仿真在設計流程中地位的強調，為我打開瞭新的視野。

評分☆☆☆☆☆

這本書最大的亮點之一在於它對於“迭代式設計”和“敏捷開發”理念的融入。作者並沒有將機電一體化係統的設計過程描繪成一個綫性的、一成不變的流程，而是強調瞭在不同階段進行反饋、驗證和優化。在探討原型製作時，書中詳細介紹瞭如何利用快速原型技術，如3D打印和模塊化組件，來加速概念驗證和功能測試。這種強調“邊做邊學”和“擁抱變化”的設計哲學，對於當前快速發展的技術環境而言，顯得尤為重要，也為讀者提供瞭在實際工作中可操作的指導。

評分☆☆☆☆☆

這是一本真正能夠激發讀者創新思維的書籍。它不僅僅是傳授知識，更重要的是引導讀者去思考“為什麼”和“如何做得更好”。在分析各種控製策略時，作者不僅僅是羅列公式，而是深入探討瞭不同策略的優缺點、適用範圍以及在特定場景下的權衡取捨。我印象特彆深刻的是關於“魯棒控製”的討論，它如何幫助係統在麵對不確定性和乾擾時依然保持穩定和可靠。這種對係統“韌性”的關注，在實際工程中是至關重要的，也為我提供瞭解決一些棘手問題的思路。

評分☆☆☆☆☆

我必須高度贊揚這本書的組織結構。從整體到局部，從宏觀到微觀，作者以一種非常有條理的方式，逐步深入到機電一體化係統的設計細節中。每一章都建立在前一章的基礎上，形成瞭一個層層遞進的知識網絡。這種嚴謹的編排，使得讀者能夠輕鬆地跟隨作者的思路，逐步構建起對整個學科的完整理解。即使是對某個特定領域（例如嵌入式係統開發）不太熟悉的讀者，也能通過本書的指引，快速掌握其核心概念和關鍵技術。