机械设计手册 第6版 第5卷 epub pdf mobi txt 电子书 下载 2024

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产品特色

内容简介

本版手册是在前5版手册的基础上吸收并总结了国内外机械工程设计领域中的新标准、新材料、新工艺、新结构、新技术、新产品、新设计理论与方法，并配合我国创新驱动战略的需求撰写而成的。本版手册全面系统地介绍了常规设计、机电一体化设计、机电系统控制、现代设计与创新设计方法及其应用等内容，具有体系新颖、内容现代、凸显创新、系统全面、信息量大、实用可靠及简明便查等特点。

本版手册分为7卷55篇，内容有：机械设计基础资料、机械零部件设计（连接、紧固与传动）、机械零部件设计（轴系、支承与其他）、流体传动与控制、机电一体化与控制技术、现代设计与创新设计等。

本卷为第5卷，主要内容有：机电一体化技术及设计，机电系统控制，机器人与机器人装备，数控技术，微机电系统及设计，机械状态监测与故障诊断技术，激光及其在机械工程中的应用，电动机、电器与常用传感器等。

本版手册可供从事机械设计、制造、维修及相关工程技术人员作为工具书使用，也可供大专院校的相关专业师生使用和参考。

目录

目 录

第24篇 机电一体化技术及设计

第1章 机电一体化概述

1 机电一体化概念 24-3

1.1 机电一体化的基本概念 24-3

1.2 机电一体化技术的发展 24-3

1.3 机电一体化系统的构成 24-4

1.4 机电一体化的意义 24-5

2 机电一体化技术的分类 24-5

2.1 机电一体化技术的分类依据 24-5

2.2 机械制造过程的机电一体化 24-6

2.3 机电产品的机电一体化 24-7

3 机电一体化的相关技术 24-7

4 机电一体化设计方法 24-8

4.1 模块化设计方法 24-8

4.2 柔性化设计方法 24-8

4.3 取代设计方法 24-8

4.4 融合设计方法 24-9

4.5 优化设计方法 24-9

4.5.1 机械技术和电子技术的综合与优化 24-9

4.5.2 硬件和软件的交叉与优化 24-9

4.5.3 机电一体化产品的整体优化 24-10

5 机电一体化系统的设计流程 24-10

第2章 基于工业控制机的控制器及其设计

1 工业控制机的种类与选择 24-12

1.1 工业控制机概述 24-12

1.2 工业控制机的分类 24-12

1.2.1 按工业控制机的总线分类 24-12

1.2.2 按工业控制机结构型式分类 24-13

1.3 工业控制机的选择 24-13

2 工业控制机的总线 24-14

2.1 总线概述 24-14

2.2 STD总线 24-14

2.3 ISA总线 24-15

2.4 PCI总线 24-16

2.5 cPCI总线 24-17

2.6 PCI-E总线 24-18

2.7 现场总线 24-20

3 工业控制机常用的功能模块 24-22

3.1 数据采集卡 24-22

3.2 远程I/O模块 24-23

3.3 通信模板 24-24

3.4 信号调理模板 24-24

3.5 运动控制器 24-25

第3章 可编程序控制器

1 可编程序控制器概述 24-28

1.1 可编程序控制器的发展概况 24-28

1.2 可编程序控制器的特点和应用 24-28

1.2.1 PLC的主要特点 24-28

1.2.2 可编程序控制器与其他工业控制系统的比较 24-29

1.2.3 PLC的应用范围 24-29

1.3 可编程序控制器的发展趋势 24-30

2 可编程序控制器的基本组成和工作原理 24-30

2.1 可编程序控制器的基本组成 24-30

2.1.1 中央处理单元（CPU） 24-31

2.1.2 存储器 24-31

2.1.3 输入/输出模块 24-32

2.1.4 编程器 24-32

2.1.5 人机界面 24-32

2.2 可编程序控制器的工作原理 24-32

2.2.1 循环扫描工作方式 24-32

2.2.2 可编程序控制器的工作过程 24-33

2.3 输入/输出接口模块 24-33

2.3.1 数字量输入、输出模块 24-33

2.3.2 模拟量输入、输出模块 24-34

2.4 智能模块 24-36

2.5 远程I/O 24-37

2.6 可编程序控制器的编程语言 24-39

2.6.1 梯形图语言 24-39

2.6.2 顺序功能图语言 24-39

2.6.3 功能块图 24-42

2.6.4 指令表 24-42

2.6.5 结构化文本 24-42

3 可编程序控制器的生产厂家及产品介绍 24-42

3.1 德国西门子（SIEMENS）公司 24-42

3.2 美国罗克韦尔公司的AB PLC 24-42

3.3 日本立石（OMRON，欧姆龙）公司 24-43

3.4 其他PLC公司 24-43

4 可编程序控制器应用系统设计的内容和步骤 24-43

4.1 PLC应用系统设计的内容和步骤 24-43

4.2 PLC应用系统的硬件设计 24-43

4.2.1 PLC的型号选择 24-43

4.2.2 I/O模块的选择 24-43

4.2.3 电源选择 24-44

4.3 PLC的应用软件设计 24-44

4.4 PLC的应用实例———自动搬运机械手 24-44

第4章 基于单片机的控制器及其设计

1 单片机的硬件结构 24-46

1.1 单片机的基本结构 24-46

1.2 单片机的微处理器 24-46

1.3 MCS-51的存储器 24-47

1.3.1 程序存储器 24-47

1.3.2 数据存储器 24-47

1.4 MCS-51的并行口和串行口 24-48

1.4.1 并行口 24-48

1.4.2 串行口 24-48

1.5 MCS-51的定时器 24-48

1.5.1 方式控制寄存器TMOD 24-48

1.5.2 定时器控制寄存器TCON 24-49

1.6 MCS-51的中断系统及其控制 24-49

2 常用单片机的厂家及产品介绍 24-50

2.1 4位单片机 24-50

2.2 8位单片机 24-50

2.3 16位单片机 24-52

2.4 32位单片机 24-52

3 单片机的编程语言 24-52

3.1 单片机编程语言的分类 24-52

3.2 MCS-51单片机指令系统 24-53

3.3 PIC单片机指令系统简介 24-54

4 控制器的硬件系统设计 24-56

4.1 单片机存储器的扩展 24-56

4.1.1 扩展程序存储器的设计 24-56

4.1.2 扩展数据存储器的设计 24-57

4.2 单片机常用并行接口电路 24-59

4.3 单片机的人机接口设计 24-61

4.3.1 单片机系统的输入装置 24-61

4.3.2 单片机系统的显示装置 24-63

4.4 D/A转换器及其接口电路 24-64

4.5 A/D转换器及其接口电路 24-65

4.6 MCS-51单片机与外围电路的匹配技术 24-67

4.6.1 集成逻辑门的负载能力 24-68

4.6.2 单片机系统常用集成电路的驱动能力 24-68

4.6.3 单片机控制系统电平匹配举例 24-68

第5章 传感器及其接口设计

1 传感器概述 24-70

1.1 传感器的概念 24-70

1.2 传感器的特性和技术指标 24-70

1.2.1 传感器的静态特性 24-70

1.2.2 传感器的动态特性 24-71

1.2.3 传感器的性能指标 24-71

2 几类传感器的主要性能及优缺点 24-72

3 机电一体化中常用传感器 24-75

3.1 电位器 24-75

3.2 光栅 24-75

3.3 编码器 24-76

3.4 测速发电机 24-76

3.5 压电加速度传感器 24-77

3.6 超声波距离传感器 24-77

4 传感器的选用原则及注意事项 24-78

5 传感器与计算机的接口设计 24-79

第6章 常用的传动部件与执行机构

1 机械传动部件及其功能要求 24-83

1.1 齿轮传动 24-84

1.1.1 齿轮传动分类及选用 24-84

1.1.2 齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择 24-84

1.1.3 齿轮传动间隙的调整方法 24-86

1.1.4 谐波齿轮传动 24-87

1.2 滚珠螺旋传动 24-88

1.2.1 滚珠螺旋的传动原理 24-88

1.2.2 滚动螺旋副支承方式的选择 24-91

1.2.3 滚动螺旋副的密封与润滑 24-91

1.2.4 滚动螺旋副的选择方法 24-92

1.3 挠性传动 24-92

1.3.1 平带传动 24-92

1.3.2 绳传动 24-92

1.3.3 链传动 24-93

1.3.4 同步带传动 24-94

2 导向支承部件的结构型式选择 24-94

2.1 导轨副的组成、种类 24-94

2.2 滑动导轨 24-96

2.3 静压导轨 24-99

2.4 滚动导轨 24-101

3 旋转支承的类型与选择 24-103

3.1 旋转支承的种类及基本要求 24-103

3.2 圆柱支承 24-103

3.3 圆锥支承 24-103

3.4 填入式滚动支承 24-104

4 轴系部件的设计与选择 24-105

4.1 轴系设计的基本要求 24-105

4.2 轴（主轴）系用轴承的类型与选择 24-105

4.3 提高轴系性能的措施 24-107

5 常用执行机构 24-108

5.1 连杆机构 24-108

5.2 凸轮机构 24-108

5.3 间歇机构 24-109

第7章 常用控制用电动机及其驱动

1 对控制用电动机的基本要求 24-112

2 控制用电动机的种类、特点及选用 24-112

3 直流伺服（DC）电动机与驱动 24-113

3.1 直流电动机调速原理及调速特性 24-113

3.2 永磁直流电动机伺服系统 24-113

3.3 直流伺服电动机驱动 24-114

4 交流伺服电动机与驱动 24-116

4.1 交流异步电动机 24-116

4.1.1 工作原理 24-116

4.1.2 异步电动机的运行特性 24-117

4.1.3 性能指标 24-117

4.1.4 交流异步伺服电动机的驱动与控制 24-117

4.2 交流同步电动机 24-119

4.2.1 同步电动机工作原理 24-119

4.2.2 等效电路 24-120

4.2.3 交流同步电动机的运行特性 24-121

4.2.4 同步电动机的控制 24-121

4.3 交流伺服电动机常用电力电子器件 24-123

5 步进电动机与驱动 24-124

5.1 步进电动机分类 24-124

5.2 步进电动机工作原理 24-125

5.3 步进电动机驱动与控制 24-125

5.3.1 脉冲分配器 24-125

5.3.2 功率放大器 24-126

第8章 机电一体化设计实例

1 振幅定值控制电磁振动给料机 24-129

1.1 电磁振动给料机的工作原理 24-129

1.2 溜槽式固体流量计工作原理 24-129

1.3 对控制系统的技术要求 24-130

1.4 电磁振动定量给料控制系统的方案确定 24-130

1.4.1 CPU选择 24-130

1.4.2 输入输出接口的配置 24-130

1.4.3 键盘显示器 24-130

1.4.4 串行通信 24-130

1.4.5 系统电源 24-131

2 电子传送带配料秤 24-131

2.1 传送带配料秤的工作原理 24-131

2.2 传送带配料秤监控仪的技术要求 24-131

2.3 监控仪的硬件结构及其组成电路 24-132

2.4 系统软件设计 24-132

3 立式包装机 24-134

3.1 立式连续制袋三边封口包装机工作原理 24-134

3.2 立式包装机技术要求 24-135

3.3 传动系统及电控原理 24-135

4 电动喷砂机器人 24-137

4.1 机器人机构原理 24-137

4.2 控制系统 24-137

4.3 机器人规格参数 24-138

4.4 控制算法简介 24-138

5 XH714立式加工中心 24-139

5.1 机床简介 24-139

5.2 数控系统 24-140

5.3 伺服系统 24-141

5.4 I/O控制 24-142

5.5 电源 24-145

6 综合实例:液压挖掘机器人 24-145

6.1 全液压挖掘机器人的功能需求及开发流程 24-145

6.2 电液系统的设计与改造 24-145

6.3 基于xPC Target的控制平台 24-147

6.3.1 实时工具RTW 24-148

6.3.2 xPC Target控制平台 24-148

6.3.3 挖掘机器人挖沟目标的实现 24-149

参考文献 24-151

前言/序言

前言

本版手册为新出版的第6版七卷本《机械设计手册》。由于科学技术的快速发展，需要我们对手册内容进行更新，增加新的科技内容，以满足广大读者的迫切需要。

《机械设计手册》自1991年面世发行以来，历经5次修订，截至2016年已累计发行38万套。作为国家级重点科技图书的《机械设计手册》，深受社会各界的重视和好评，在全国具有很大的影响力，该手册曾获得全国优秀科技图书奖二等奖（1995年）、机械工业部科技进步奖二等奖（1997年）、机械工业科学技术奖一等奖（2011年）、中国出版政府奖提名奖（2013年），并多次获得全国科技畅销书奖等奖项。1994年，《机械设计手册》曾在我国台湾建宏出版社出版发行，并在海内外产生了广泛的影响。《机械设计手册》荣获的一系列国家和部级奖项表明，其具有很高的科学价值、实用价值和文化价值。《机械设计手册》已成为机械设计领域的一部大型品牌工具书，已成为机械工程领域权威的和影响力较大的大型工具书，长期以来，它为我国装备制造业的发展做出了巨大贡献。

第5版《机械设计手册》出版发行至今已有7年时间，这期间我国国民经济有了很大发展，国家制定了《国家创新驱动发展战略纲要》，其中把创新驱动发展作为了国家的优先战略。因此，《机械设计手册》第6版修订工作的指导思想除努力贯彻“科学性、先进性、创新性、实用性、可靠性”外，更加突出了“创新性”，以全力配合我国“创新驱动发展战略”的重大需求，为实现我国建设创新型国家和科技强国梦做出贡献。

在本版手册的修订过程中，广泛调研了厂矿企业、设计院、科研院所和高等院校等多方面的使用情况和意见。对机械设计的基础内容、经典内容和传统内容，从取材、产品及其零部件的设计方法与计算流程、设计实例等多方面进行了深入系统的整合，同时，还全面总结了当前国内外机械设计的新理论、新方法、新材料、新工艺、新结构、新产品和新技术，特别是在现代设计与创新设计理论与方法、机电一体化及机械系统控制技术等方面做了系统和全面的论述和凝炼。相信本版手册会以崭新的面貌展现在广大读者面前，它将对提高我国机械产品的设计水平、推进新产品的研究与开发、老产品的改造，以及产品的引进、消化、吸收和再创新，进而促进我国由制造大国向制造强国跃升，发挥出巨大的作用。

本版手册分为7卷55篇：第1卷 机械设计基础资料；第2卷 机械零部件设计（连接、紧固与传动）；第3卷 机械零部件设计（轴系、支承与其他）；第4卷 流体传动与控制；第5卷 机电一体化与控制技术；第6卷 现代设计与创新设计（一）；第7卷 现代设计与创新设计（二）。

本版手册有以下七大特点：

一、构建新体系

构建了科学、先进、实用、适应现代机械设计创新潮流的《机械设计手册》新结构体系。该体系层次为：机械基础、常规设计、机电一体化设计与控制技术、现代设计与创新设计方法。该体系的特点是：常规设计方法与现代设计方法互相融合，光、机、电设计融为一体，局部的零部件设计与系统化设计互相衔接，并努力将创新设计的理念贯穿于常规设计与现代设计之中。

二、凸显创新性

习近平总书记在2014年6月和2016年5月召开的中国科学院、中国工程院两院院士大会上分别提出了我国科技发展的方向就是“创新、创新、再创新”，以及实现创新型国家和科技强国的三个阶段的目标和五项具体工作。为了配合我国创新驱动发展战略的重大需求，本版手册突出了机械创新设计内容的编写，主要有以下几个方面：

（1）新增第7卷，重点介绍了创新设计及与创新设计有关的内容。

该卷主要内容有：机械创新设计概论，创新设计方法论，顶层设计原理、方法与应用，创新原理、思维、方法与应用，绿色设计与和谐设计，智能设计，仿生机械设计，互联网上的合作设计，工业通信网络，面向机械工程领域的大数据、云计算与物联网技术，3D打印设计与制造技术，系统化设计理论与方法。

（2）在一些篇章编入了创新设计和多种典型机械创新设计的内容。

“第11篇 机构设计”篇新增加了“机构创新设计”一章，该章编入了机构创新设计的原理、方法及飞剪机剪切机构创新设计，大型空间折展机构创新设计等多个创新设计的案例。典型机械的创新设计有大型全断面掘进机（盾构机）仿真分析与数字化设计、机器

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