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第1章 绪论1

1.1 机电一体化系统1

1.1.1 机电一体化概念的产生1

1.1.2 机电一体化系统的组成3

1.1.3 机电一体化系统的相关技术4

1.1.4 机电一体化技术与其他相关技术的区别6

1.1.5 机电一体化技术的特点7

1.2 机电一体化系统的设计8

1.2.1 机电一体化产品的分类8

1.2.2 机电一体化系统（产品）设计的类型9

1.2.3 机电一体化系统（产品）设计的常用方法9

1.2.4 机电一体化系统设计的程序与途径10

1.3 机电一体化技术的发展11

1.3.1 机电一体化技术的发展历程11

1.3.2 机电一体化技术的发展趋势13

1.4 机电一体化技术的具体应用实例15

1.4.1 机电一体化技术在机电产品中的应用15

1.4.2 机电一体化技术在机械制造中的应用16

思考与练习题18

第2章 机电一体化系统中的机械传动19

2.1 概述20

2.1.1 传动系统的概念与任务20

2.1.2 伺服机械传动系统的指标20

2.1.3 伺服机械传动系统的传动特性20

2.2 齿轮传动副的设计29

2.2.1 齿轮传动装置的设计内容29

2.2.2 齿轮传动副间隙的消除35

2.3 三种精密传动机构38

2.3.1 谐波齿轮传动38

2.3.2 滚珠花键传动41

2.3.3 同步齿形带传动42

2.4 滚珠丝杠副传动45

2.4.1 滚珠丝杠副的工作原理45

2.4.2 滚珠丝杠副的结构与调整46

2.4.3 滚珠丝杠副的选型与计算51

2.4.4 滚珠丝杠副的结构参数与标注58

2.5 联轴器62

2.5.1 一般联轴器62

2.5.2 锥环无键联轴器63

2.5.3 膜片弹性联轴器65

2.5.4 安全联轴器66

2.6 导轨67

2.6.1 导轨概述67

2.6.2 导轨的类型和特点68

2.6.3 贴塑滑动导轨70

2.6.4 滚动直线导轨75

2.7 进给传动系统的误差与动态特性分析81

2.7.1 进给传动系统的误差分析81

2.7.2 进给传动系统的动态特性分析82

2.8 项目一：卧式车床数控化改造进给传动机械系统设计85

2.8.1 概述85

2.8.2 设计参数86

2.8.3 实施方案86

2.8.4 横向进给传动链的设计计算88

2.8.5 滚珠丝杠副的承载能力校验89

2.8.6 计算机械传动系统的刚度91

2.8.7 驱动电动机的选型与计算91

2.8.8 机械传动系统的动态分析94

2.8.9 机械传动系统的误差计算与分析94

2.8.10 确定滚珠丝杠副的精度等级和规格型号95

思考与练习题95

第3章 机电一体化控制系统的组成与接口97

3.1 控制系统的设计思路97

3.1.1 专用与通用、硬件与软件的抉择与权衡97

3.1.2 控制系统的一般设计思路98

3.2 控制系统中的微型计算机102

3.2.1 微型计算机概述102

3.2.2 微型计算机在机电一体化系统中的核心地位105

3.3 基于单片机的控制系统设计108

3.3.1 单片机控制系统的结构形式108

3.3.2 单片机控制系统的设计要点111

3.3.3 单片机芯片的选择与系统扩展112

3.3.4 前向通道接口116

3.3.5 后向通道接口123

3.4 执行元件的功率驱动接口133

3.4.1 功率驱动接口的分类133

3.4.2 功率驱动接口的一般组成形式134

3.4.3 功率驱动接口的设计要点134

3.4.4 功率驱动接口实例135

3.5 项目二：XY工作台单片机控制系统设计138

3.5.1 XY工作台的基本原理138

3.5.2 存储系统扩展设计139

3.5.3 键盘显示器接口设计142

3.5.4 步进电动机接口设计143

思考与练习题146

第4章 传感器信号处理及其与微机的接口147

4.1 传感器前级信号的放大与隔离147

4.1.1 运算放大器147

4.1.2 测量放大器148

4.1.3 程控测量放大器150

4.1.4 隔离放大器152

4.2 电压／电流转换153

4.2.1 电压（0～5V）／电流（0～10mA）转换154

4.2.2 电压（1～5V）／电流（4～20mA）转换155

4.2.3 电流（0～10mA）／电压（0～5V）转换155

4.2.4 电流（4～20mA）／电压（1～5V）转换156

4.2.5 集成电压／电流转换电路156

4.3 多通道模拟信号输入157

4.3.1 多路开关157

4.3.2 常用多路开关158

4.3.3 集成模拟多路开关159

4.4 传感器信号的采样／保持162

4.4.1 采样／保持原理162

4.4.2 集成采样／保持器163

4.5 传感器与微机的接口164

4.6 传感器的非线性补偿166

4.6.1 非线性补偿环节特性的获取方法166

4.6.2 非线性补偿环节的实现办法167

4.7 传感器的干扰抑制与数字滤波171

4.7.1 中值滤波172

4.7.2 算术平均滤波173

4.7.3 滑动平均滤波174

4.7.4 低通滤波175

4.7.5 防脉冲干扰平均值法177

4.8 项目三：数据采集系统设计179

4.8.1 模拟输入通道的组成179

4.8.2 设计示例180

思考与练习题181

第5章 机电一体化中的伺服系统182

5.1 概述182

5.2 步进电动机驱动及控制183

5.2.1 步进电动机183

5.2.2 步进电动机的性能指标186

5.2.3 步进电动机的选用188

5.2.4 步进电动机的脉冲驱动电源190

5.2.5 步进电机与微机的接口195

5.3 项目四：步进电动机的环形分配系统197

5.3.1 步进电动机的硬件环形分配系统197

5.3.2 步进电动机的软件环形分配系统198

5.3.3 提高开环进给伺服系统精度的措施201

5.4 直流伺服驱动系统203

5.4.1 直流伺服电动机203

5.4.2 晶闸管直流伺服驱动装置206

5.4.3 直流脉宽调制伺服驱动装置210

5.5 交流伺服驱动系统214

5.5.1 交流伺服电动机214

5.5.2 交流异步电动机伺服驱动装置215

思考与练习题221

第6章 机电一体化项目教学案例223

6.1 数控加工中心刀具换刀系统的设计223

6.2 控制系统的设计药物配制226

6.3 汽车尾灯控制设计229

6.4 交通信号灯控制系统的设计230

6.5 四中断彩色广告灯控制系统的设计232

参考文献236