机电一体化系统设计（第2版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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俞竹青 编

图书标签:

• 机电一体化
• 系统设计
• 自动化
• 控制工程
• 机械工程
• 电气工程
• 传感器
• 执行器
• 建模与仿真
• 工业自动化

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121288890

版次：2

商品编码：11962553

包装：平装

丛书名： 普通高等教育机械类

开本：16开

出版时间：2016-08-01

用纸：胶版纸

页数：296

字数：396800

正文语种：中文

内容简介

　　本书论述了机电一体化技术的基本原理、机电一体化系统的构成以及电路设计。全书共7章。内容包括：机电一体化技术的基本概念，机电一体化系统中的机械系统、检测系统、执行系统、计算机控制控制系统的设计等。本书注重理论与实际的结合，重视解决工程实际问题，并力求做到突出重点，层次分明，语言易懂，便于读者自学。

作者简介

　　俞竹青，江苏工业学院，机械工程系教师。长期从事机电一体化发现的理论与实践的研究与教学。主要作品有：《机电一体化系统社》。

目录

第1章 概论 （1）
1．1 机电一体化概念 （1）
1．2 机电一体化系统的构成 （1）
1．3 机电一体化关键技术 （2）
复习思考题 （3）
第2章 机械系统部件及其设计 （4）
2．1 概述 （4）
2．1．1 机电一体化产品对机械系统部件的基本要求 （4）
2．1．2 机电一体化产品机械系统的基本组成及其功能 （5）
2．2 机械传动机构 （5）
2．2．1 齿轮传动机构及其设计 （6）
2．2．2 丝杠螺母机构及其选用 （15）
2．2．3 同步带传动 （30）
2．3 导向与支承机构 （37）
2．3．1 回转运动支承 （37）
2．3．2 直线运动支承 （42）
2．3．3 框架类支承构件 （55）
2．4 机械执行机构 （60）
2．4．1 机械执行机构的功能 （60）
2．4．2 机械执行机构的分类 （62）
2．4．3 机械执行机构设计的要求 （63）
2．4．4 机械执行机构设计的步骤 （64）
复习思考题 （65）
第3章 检测传感器及其接口电路 （66）
3．1 温度传感器 （66）
3．2 力传感器 （69）
3．2．1 金属电阻应变片式力传感器 （69）
3．2．2 半导体应变式力传感器 （71）
3．3 位移测量传感器 （71）
3．3．1 电容位移传感器 （71）
3．3．2 气隙电感位移传感器 （72）
3．3．3 差动变压器结构电感式位移传感器 （73）
3．3．4 涡流电感式位移传感器 （75）
3．4 光电传感器 （75）
3．5 光电编码器 （79）
3．5．1 增量式光电编码器构成及原理 （79）
3．5．2 绝对式光电编码器构成及原理 （81）
3．5．3 增量式光电编码器计数电路 （81）
3．6 差分信号传输 （83）
3．7 电流环信号传输 （85）
3．8 运算放大器的基本电路 （86）
复习思考题 （87）
第4章 执行元件及控制 （89）
4．1 执行元件的分类 （90）
4．1．1 电动执行元件 （90）
4．1．2 气动执行元件 （91）
4．1．3 液压执行元件 （91）
4．2 直流电动机的基本工作原理 （92）
4．3 三相异步电动机的旋转磁场 （93）
4．4 步进电动机 （94）
4．5 直线电动机 （96）
4．5．1 直线感应电动机 （97）
4．5．2 直线直流电动机 （99）
4．5．3 直线步进电动机 （100）
4．6 直流电动机的驱动控制 （102）
4．6．1 开关型功率接口电路 （102）
4．6．2 直流电动机PWM驱动方式 （106）
4．6．3 IR2130三相驱动控制集成芯片 （109）
4．7 交流伺服电动机控制 （111）
4．8 电-气比例阀、伺服阀 （113）
4．8．1 比例电磁铁 （113）
4．8．2 滑阀式电气方向比例阀 （115）
4．8．3 动圈式二级方向伺服阀 （116）
4．8．4 动圈式压力伺服阀 （117）
4．8．5 脉宽调制伺服阀 （118）
4．8．6 电-气比例伺服系统的应用实例（柔性定位伺服汽缸） （120）
4．9 电-液比例阀、伺服阀 （121）
4．9．1 电-液伺服阀 （121）
4．9．2 电-液比例阀 （124）
复习思考题 （125）
第5章 单片机及接口电路设计 （127）
5．1 MCS-51单片机 （127）
5．1．1 MCS-51单片机的引脚描述及片外总线结构 （127）
5．1．2 MCS-51单片机片内总体结构 （129）
5．1．3 MCS-51单片机基本外围电路 （130）
5．1．4 MCS-51单片机看门狗电路（MAX6814） （132）
5．2 A/D转换及与单片机接口电路设计 （133）
5．3 多路模拟开关 （135）
5．4 AVR单片机简介 （137）
5．4．1 ATmega128的结构和主要特点 （137）
5．4．2 ATmega128的封装和引脚 （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的时钟系统 （146）
5．5 AVR单片机开发工具（ATmega128） （147）
5．5．1 ICCAVR集成开发环境 （147）
5．5．2 ICCAVR介绍 （148）
5．5．3 ICCAVR导游 （153）
5．5．4 ICCAVR C库函数与启动文件 （155）
5．5．5 访问AVR硬件的编程 （156）
5．6 ATmega128基础实例 （157）
5．6．1 发光二极管应用实验 （157）
5．6．2 键盘电路应用实例 （160）
复习思考题 （162）
第6章 机电一体化系统的抗干扰设计 （163）
6．1 电磁干扰形成的条件 （163）
6．2 干扰源 （164）
6．2．1 供电干扰 （164）
6．2．2 过程通道干扰 （164）
6．2．3 场干扰 （165）
6．3 提高系统抗电源干扰能力的方法 （165）
6．3．1 配电方案中的抗干扰措施 （165）
6．3．2 利用电源监视电路抗电源干扰 （166）
6．3．3 用Watchdog抗电源干扰 （166）
6．4 电场与磁场干扰耦合的抑制 （167）
6．4．1 电场与磁场干扰耦合的特点 （167）
6．4．2 电场与磁场干扰耦合的抑制 （168）
6．5 几种接地技术 （172）
6．5．1 单点接地 （172）
6．5．2 多点接地 （172）
6．5．3 混合单点接地 （173）
6．5．4 混合多点接地 （173）
6．5．5 接地的一般性原则 （174）
6．6 过程通道抗干扰措施 （175）
6．7 模拟信号的线性光耦隔离 （177）
6．7．1 HCNR200基本工作原理 （178）
6．7．2 HCNR200的基本工作电路 （178）
6．7．3 HCNR200应用电路设计 （179）
6．8 空间干扰的抑制 （180）
6．9 软件抗干扰技术 （180）
6．9．1 实施软件抗干扰的必要条件 （181）
6．9．2 数据采样的干扰抑制 （181）
6．9．3 程序运行失常的软件抗干扰措施 （182）
6．10 铁氧体插损器 （182）
6．10．1 铁磁性材料（铁氧体）特性 （182）
6．10．2 磁导率对电磁干扰的影响 （183）
6．10．3 铁氧体的特性阻抗 （184）
6．10．4 铁氧体插损器件及应用 （186）
复习思考题 （191）
第7章 机电一体化系统设计实例 （192）
7．1 RC伺服电动机控制 （192）
7．1．1 RC伺服电动机简介 （192）
7．1．2 RC伺服电动机的内部组成 （192）
7．1．3 RC伺服电动机的控制 （193）
7．1．4 硬件电路图 （194）
7．1．5 RC伺服电动机的正向旋转和逆向旋转控制实验 （194）
7．1．6 RC伺服电动机旋转相应角度实验 （195）
7．1．7 RC伺服电动机速度控制实验 （196）
7．2 步进电动机应用软/硬件设计实例 （198）
7．2．1 步进电动机概述 （198）
7．2．2 步进电动机的分类与结构 （198）
7．2．3 步进电动机的基本参数 （198）
7．2．4 步进电动机的特性 （200）
7．2．5 反应式步进电动机的结构 （200）
7．2．6 反应式步进电动机的工作原理 （202）
7．2．7 步进电动机的失步、振荡及解决方法 （204）
7．2．8 步进电动机的控制 （206）
7．2．9 步进电动机的应用设计 （208）
7．3 小型打印机系统 （210）
7．3．1 硬件电路设计 （210）
7．3．2 典型器件选型及介绍 （214）
7．3．3 硬件电路 （215）
7．3．4 软件设计 （217）
7．3．5 经验总结 （221）
7．4 直流电动机的控制实例 （222）
7．4．1 硬件电路设计 （222）
7．4．2 典型器件选型及介绍 （223）
7．4．3 硬件电路 （226）
7．4．4 软件设计 （229）
复习思考题 （236）

前言/序言

　　机电一体化是多学科领域综合交叉的技术密集型系统工程。它是融合检测传感技术、信息处理技术、自动控制技术、伺服驱动技术、精密机械技术、计算机技术和系统总体技术等多种技术于一体的新兴综合性学科。随着机电一体化技术的产生与发展，在世界范围内掀起了机电一体化热潮，它使机械产品向着高技术密集的方向发展。当前，以柔性自动化为主要特征的机电一体化技术发展迅速，水平越来越高。任何一个国家、地区、企业若不拥有这方面的人才、技术和生产手段，就不具备国际、国内竞争所必需的基础。要彻底改变目前我国机械工业面貌，缩小与国外先进国家的差距，必须走发展机电一体化技术之路，这也是当代机械工业发展的必然趋势。
　　机电一体化的优势在于从系统、整体的角度出发，将各相关技术协调综合运用而取得整体优化效果，因此在机电一体化系统设计开发的过程中，特别强调技术融合和学科交叉的作用。面对机械工业向机电一体化方向快速发展，作为培养这方面高级技术人才的高等院校就不应仅限于向学生分离地介绍机械技术、微电子技术、计算机技术等机电一体化共性基础知识，还应在此基础上从系统设计的角度出发，通过“机电一体化系统设计”专业课教学及相应实践教学环节，使学生真正了解和掌握机电一体化的实质及其系统设计的理论和方法。只有这样，才能使学生真正灵活地运用相关技术进行机电一体化产品的分析、设计与开发，达到知识、能力的统一。
　　本书是为了适应高校机械类各专业及其他相近专业的“机电一体化系统设计”教学要求而编写的。作为教材，编者在文字叙述上力求深入浅出、循序渐进；在内容安排上既注意了基础理论、基本概念的系统性阐述，同时也考虑到工程设计人员的实际需要，在介绍各种设计方法时尽可能具体实用，书中给出的具体电路图都是实验验证可行的。本书共7章，主要内容包括：概论、机械系统部件及其设计、检测传感器及其接口电路、执行元件及控制、单片机及接口电路设计、机电一体化系统的抗干扰设计、机电一体化系统设计实例。
　　本书由俞竹青、朱目成担任主编。常州大学俞竹青编写第1、3、6章，西南科技大学朱目成编写第7章，常州工学院金卫东编写第2章，江苏技术师范学院李尚荣编写第5章，常州工学院何亚峰编写第4章。全书由俞竹青、朱目成承担统稿工作。
　　由于编者水平和经验有限，加之时间仓促，书中难免存在错误疏漏之处，敬请读者批评指正。
　　作者
　　2016年5月

《现代机械设计与制造工艺》 本书系统地阐述了现代机械设计的基本原理、方法与技术，并深入探讨了与之紧密相连的先进制造工艺。旨在为读者提供一个全面、深入的机械工程知识体系，使其能够胜任复杂机械系统的设计、分析与制造任务。 第一部分：现代机械设计理论与方法 本部分聚焦于机械设计过程中的核心理念与前沿技术。 机械系统分析基础： 从力学、材料力学、机构学等基础学科出发，深入剖析机械系统的受力分析、运动学分析与动力学分析。重点介绍有限元分析（FEA）等数值仿真技术在复杂载荷和应力分布评估中的应用，以及多体动力学模拟在研究机构动态行为中的作用。 设计方法学与创新： 详细介绍系统化设计流程，包括需求分析、概念设计、方案优化与详细设计。重点阐述创新设计思维，如TRIZ理论（发明问题解决理论）的应用，引导读者跳出传统思维模式，发掘新的设计解决方案。同时，介绍面向对象的设计思想在复杂机械系统建模中的应用。 材料选择与性能评估： 涵盖各类工程材料的特性、应用范围及其性能指标。重点介绍金属材料（如合金钢、铝合金、钛合金）、高分子材料、复合材料以及陶瓷材料的微观结构、力学性能、热学性能、电学性能等。分析不同环境下材料的失效机理（如疲劳、蠕变、腐蚀），并介绍先进的材料选择辅助工具与数据库。 结构设计与强度校核： 深入讲解机械零件的形状、尺寸设计原则，以及各类连接（如螺纹连接、焊接、铆接）的设计要点。详细介绍许用应力法、应力集中分析、疲劳强度设计、断裂力学等强度校核方法。重点介绍应力腐蚀、磨损等失效形式的预防措施。 可靠性设计与寿命预测： 阐述可靠性工程的基本概念，包括失效率、平均无故障时间（MTTF）、平均故障间隔时间（MTBF）等。介绍可靠性设计方法，如故障模式与影响分析（FMI A）、故障树分析（FTA），以及如何通过冗余设计、容错技术提高系统可靠性。介绍基于概率和统计的寿命预测模型。 振动与噪声控制： 讲解机械系统振动的产生机理、分类与特性。介绍固有频率、模态分析、共振现象等概念。重点阐述减振与隔振技术，如阻尼材料、吸振器、隔振器的选择与设计。同时，探讨机械噪声的产生源、传播路径与控制方法。 人机工程学在设计中的应用： 强调在机械设计中融入人机工程学原理，关注操作的舒适性、安全性与效率。讲解人体尺寸、动作范围、视觉、听觉等生理与心理因素如何影响机械产品的设计，以创造更易用、更安全的产品。 第二部分：先进制造工艺与技术 本部分侧重于现代制造业中的关键工艺方法与技术，以及它们如何与设计紧密结合。 传统制造工艺详解： 对金属切削加工（车削、铣削、钻削、磨削）、铸造、锻造、焊接、冲压等经典制造工艺进行深入剖析。包括工艺流程、设备原理、刀具选择、工艺参数优化以及质量控制要点。 精密与超精密加工技术： 介绍高精度加工方法，如电火花加工（EDM）、激光加工、离子束加工、超声波加工等。分析其加工原理、适用材料、精度范围与表面质量。重点阐述金刚石车削、化学机械抛光（CMP）等用于实现纳米级表面精度的方法。 增材制造（3D打印）技术： 详细介绍各种主流的增材制造技术，包括选择性激光烧结（SLS）、熔融沉积成型（FDM）、立体光刻（SLA）、金属激光熔融（SLM）等。分析其工作原理、材料兼容性、成型精度、表面质量与后处理工艺。强调增材制造在复杂结构设计、快速原型制造和定制化生产中的独特优势。 特种成形工艺： 探讨金属流动成形、旋压、深拉伸等金属塑性成形工艺。介绍粉末冶金技术及其在制造难熔材料、硬质合金等方面的应用。 表面工程与处理： 涵盖热处理（如退火、淬火、回火）、化学热处理（如渗碳、渗氮）、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、电镀、阳极氧化等表面改性技术。分析这些技术如何改善材料的硬度、耐磨性、耐腐蚀性、导电性等表面性能。 制造过程的数字化与智能化： 介绍计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工程（CAE）在现代机械制造中的集成应用。探讨数控（CNC）技术、机器人技术、自动化生产线在提高生产效率、精度与柔性化方面的作用。引入智能制造、工业物联网（IIoT）等概念，展望制造业的未来发展方向。 质量控制与检测技术： 介绍机械产品质量检验的方法与标准，包括尺寸检测、形位公差检测、表面粗糙度检测、材料性能检测。重点阐述无损检测技术（如超声波检测、X射线检测、磁粉检测）在发现内部缺陷中的应用。介绍质量管理体系（如ISO 9000）在制造过程中的重要性。 本书理论与实践相结合，通过丰富的案例分析与图表展示，力求使读者深刻理解机械设计与制造工艺的内在联系，掌握解决实际工程问题的能力，为投身于机械工程领域打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我必须说，这本书的深度和广度都令人印象深刻。它不像市面上许多同类书籍那样，仅仅停留在概念的介绍和理论的堆砌，而是充满了大量的实例分析、案例研究和实际操作建议。我特别喜欢书中关于“故障诊断与排除”那一章节，它提供了一套系统性的方法论，能够帮助工程师们快速定位并解决复杂系统中的潜在问题。作者通过模拟各种可能出现的故障场景，引导读者一步步分析，最终找到根本原因。这种实践性的指导，对于初学者来说是无价之宝，对于经验丰富的工程师而言，也能提供新的视角和启发。

评分☆☆☆☆☆

从排版和插图的角度来看，这本书也做得相当出色。大量的图表、流程图、电路图和三维模型，将抽象的理论概念可视化，使得理解变得更加直观和轻松。我注意到，许多图示都经过精心设计，能够清晰地展示组件之间的连接关系、信号的传递路径以及运动的轨迹。这对于理解复杂的机械结构和电子线路非常有帮助。同时，文字叙述的逻辑性非常强，段落之间的过渡自然流畅，使得阅读体验非常愉悦，即使是面对一些复杂的数学公式和工程计算，也不会感到枯燥乏味。

评分☆☆☆☆☆

这是一本能够帮助工程师们建立起“整体观”的优秀教材。机电一体化系统设计的核心就在于“一体化”，而这本书正是将这种一体化的理念贯穿始终。作者在介绍各个子系统时，都会强调它们之间的接口、通信协议以及信息交互方式，从而帮助读者理解整个系统是如何协同工作的。我特别喜欢书中关于“系统集成”和“接口设计”的章节，它提供了大量实用的建议和注意事项，有助于避免在项目后期出现难以解决的集成问题。

评分☆☆☆☆☆

这是一本令人惊叹的著作，对于任何渴望深入理解机电一体化系统设计领域的人来说，它简直就是一本宝典。从最基础的机械原理，到复杂的电子控制算法，再到软件开发的关键要素，作者以一种清晰、严谨且极其富有洞察力的方式，将这些看似割裂的学科融会贯通，构建了一个宏大的知识体系。我尤其欣赏书中对各个模块之间相互作用的细致分析，这使得读者能够跳出单一学科的局限，以一种系统化的思维去审视和解决问题。例如，在讨论传感器选择时，作者不仅列举了各种传感器的技术参数，还深入剖析了它们在不同应用场景下的性能表现、抗干扰能力以及与执行器的匹配度，甚至还包含了成本效益的考量。这种全方位的考量，对于实际工程应用中的决策至关重要。

评分☆☆☆☆☆

总而言之，这是一本能够让你从“知其然”到“知其所以然”的优秀著作。它不仅仅提供了解决问题的“方法”，更重要的是培养了解决问题的“思维”。在阅读过程中，我能够感受到作者深厚的学术功底和丰富的工程实践经验，这些都体现在字里行间，给予我极大的启发。本书对于那些希望在机电一体化领域有所建树的工程师、研究人员以及高年级学生来说，都是一本不可或缺的参考书。它所涵盖的知识广度和深度，以及其前瞻性的视角，都将帮助读者在未来复杂的工程挑战中脱颖而出。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的亮点之一在于它对于“迭代式设计”和“敏捷开发”理念的融入。作者并没有将机电一体化系统的设计过程描绘成一个线性的、一成不变的流程，而是强调了在不同阶段进行反馈、验证和优化。在探讨原型制作时，书中详细介绍了如何利用快速原型技术，如3D打印和模块化组件，来加速概念验证和功能测试。这种强调“边做边学”和“拥抱变化”的设计哲学，对于当前快速发展的技术环境而言，显得尤为重要，也为读者提供了在实际工作中可操作的指导。

评分☆☆☆☆☆

这本书的理论深度和实践指导性达到了一个非常高的平衡点。它既有扎实的理论基础，如控制理论、信号处理和系统辨识，又提供了大量的工程实践经验，如设计规范、标准遵循和项目管理。我特别欣赏书中关于“人机交互”设计的那部分内容。在如今强调用户体验的时代，如何设计出既高效又能让用户感到舒适和安全的机电一体化系统，是工程师们面临的重要挑战。本书在这方面提供了一些宝贵的原则和方法，帮助读者更好地平衡技术性能和用户需求。

评分☆☆☆☆☆

这本书对于我在理解和应用“仿真技术”方面起到了至关重要的作用。在实际设计过程中，能够提前对系统进行仿真和优化，可以大大降低开发成本和缩短研发周期。书中详细介绍了各种仿真软件的使用方法，以及如何建立精确的系统模型。我尤其喜欢关于“多物理场耦合仿真”的章节，它能够帮助我们理解不同物理领域（如力学、电磁学、热学）之间的相互影响，从而设计出更优化的系统。这种对仿真在设计流程中地位的强调，为我打开了新的视野。

评分☆☆☆☆☆

我必须高度赞扬这本书的组织结构。从整体到局部，从宏观到微观，作者以一种非常有条理的方式，逐步深入到机电一体化系统的设计细节中。每一章都建立在前一章的基础上，形成了一个层层递进的知识网络。这种严谨的编排，使得读者能够轻松地跟随作者的思路，逐步构建起对整个学科的完整理解。即使是对某个特定领域（例如嵌入式系统开发）不太熟悉的读者，也能通过本书的指引，快速掌握其核心概念和关键技术。

评分☆☆☆☆☆

这是一本真正能够激发读者创新思维的书籍。它不仅仅是传授知识，更重要的是引导读者去思考“为什么”和“如何做得更好”。在分析各种控制策略时，作者不仅仅是罗列公式，而是深入探讨了不同策略的优缺点、适用范围以及在特定场景下的权衡取舍。我印象特别深刻的是关于“鲁棒控制”的讨论，它如何帮助系统在面对不确定性和干扰时依然保持稳定和可靠。这种对系统“韧性”的关注，在实际工程中是至关重要的，也为我提供了解决一些棘手问题的思路。