復(fù)雜機電系統(tǒng)綜合設(shè)計(丁曉紅)
本書是在遵循課程教學改革“高階性、創(chuàng)新性、挑戰(zhàn)度”的要求，考慮加強學生綜合設(shè)計能力培養(yǎng)，倡導(dǎo)“理實一體、知行合一”的教學理念基礎(chǔ)上編寫的。全書分為上下兩篇，第1篇主要介紹常用基礎(chǔ)知識和設(shè)計技術(shù)，包括8章內(nèi)容，涵蓋從機構(gòu)和結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析技術(shù)、機械制造工藝規(guī)程到電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的復(fù)雜機電系統(tǒng)設(shè)計全過程中涉及的相關(guān)知識，從設(shè)計的角度對專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程的相關(guān)知識點進行總結(jié)和聯(lián)系，并引入產(chǎn)品全生命周期設(shè)計、創(chuàng)新設(shè)計方法、有限元分析和優(yōu)化設(shè)計、增材制造等新知識和新技術(shù)；第2篇以小型沖床、四足行走機器人和模塊化工業(yè)機器人3個典型的設(shè)計案例，具體分析原理方案設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析、工藝和控制系統(tǒng)設(shè)計的要點，引導(dǎo)學生在設(shè)計實踐中應(yīng)用知識和創(chuàng)新知識，舉一反三，提高綜合設(shè)計能力。
本書可作為高等學校機械類專業(yè)的教材，也可供相關(guān)專業(yè)的師生和工程技術(shù)人員參考。
第1篇常用基礎(chǔ)知識和設(shè)計技術(shù)
第1章概述2
1.1復(fù)雜機電系統(tǒng)的含義2
1.2機械的分類4
1.3機械工程的發(fā)展史5
1.3.1古代機械階段5
1.3.2近代機械階段6
1.3.3現(xiàn)代機械階段8
第2章設(shè)計的內(nèi)涵10
2.1設(shè)計的意義和必要性10
2.1.1機械工程師應(yīng)具有的素質(zhì)10
2.1.2機械產(chǎn)品的全生命周期11
2.2問題的提出和產(chǎn)品規(guī)劃12
2.2.1用途描述12
2.2.2限制條件12
2.3設(shè)計的流程13
2.3.1設(shè)計計劃13
2.3.2草案圖繪制14
2.3.3計劃圖繪制15
2.3.4零件圖、裝配圖、電氣控制圖繪制16
2.3.5制造、裝配、調(diào)試階段16
2.3.6檢查、試車階段16
2.3.7設(shè)計的后期工作16
2.4設(shè)計的思考過程17
2.4.1一般的思考過程17
2.4.2創(chuàng)造性的思考方法18
2.5設(shè)計技術(shù)23
第3章機構(gòu)分析與方案設(shè)計26
3.1機構(gòu)選型26
3.1.1執(zhí)行構(gòu)件運動的常用機構(gòu)26
3.1.2機構(gòu)選型的運動特性分析31
3.1.3機構(gòu)選型的基本原則33
3.2機械系統(tǒng)方案設(shè)計34
3.2.1運動方案設(shè)計34
3.2.2運動方案確定37
3.2.3執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計（運動循環(huán)圖設(shè)計）39
3.2.4原動機選擇46
3.2.5系統(tǒng)方案評價與決策47
3.3機構(gòu)運動分析與力分析49
3.3.1機構(gòu)運動分析49
3.3.2機構(gòu)力分析50
第4章機械零件結(jié)構(gòu)設(shè)計51
4.1典型工藝零件結(jié)構(gòu)設(shè)計51
4.1.1金屬切削件結(jié)構(gòu)設(shè)計51
4.1.2鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計54
4.1.3焊接件結(jié)構(gòu)設(shè)計57
4.1.43D打印件結(jié)構(gòu)設(shè)計59
4.2典型功能零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計61
4.2.1動連接件結(jié)構(gòu)設(shè)計61
4.2.2靜連接件結(jié)構(gòu)設(shè)計68
4.2.3其他典型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計75
4.3零件精度設(shè)計79
4.3.1孔、軸公差與配合79
4.3.2滾動軸承的公差與配合81
4.3.3鍵和花鍵的公差83
4.3.4圓柱齒輪的公差86
第5章機械結(jié)構(gòu)力學性能分析90
5.1有限元基本概念90
5.2有限元分析模型與求解基本流程91
5.2.1有限元分析建模準備91
5.2.2有限元模型建立與求解94
5.2.3有限元模型結(jié)果分析97
5.2.4常用軟件98
5.3機械結(jié)構(gòu)靜特性分析99
5.3.1結(jié)構(gòu)分析和簡化99
5.3.2受力分析101
5.3.3機床主軸箱的靜特性分析103
5.4機械結(jié)構(gòu)動力學分析106
5.4.1基本概念106
5.4.2結(jié)構(gòu)在載荷作用下的動特性計算107
5.4.3機床主軸箱模態(tài)分析109
第6章機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計110
6.1機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化的設(shè)計準則110
6.1.1優(yōu)化數(shù)學模型110
6.1.2機械結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計111
6.2機械結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的流程112
6.2.1一般設(shè)計流程112
6.2.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計技術(shù)分類和特點114
6.3結(jié)構(gòu)構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計115
6.3.1基于變密度法的結(jié)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計117
6.3.2基于仿生原理的結(jié)構(gòu)加強筋分布設(shè)計118
6.4結(jié)構(gòu)形狀優(yōu)化設(shè)計120
6.4.1形狀優(yōu)化的數(shù)學模型121
6.4.2形狀優(yōu)化的設(shè)計過程121
6.5結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化設(shè)計123
6.6多學科綜合優(yōu)化設(shè)計的基本概念124
第7章機械制造工藝規(guī)程設(shè)計127
7.1工藝規(guī)程設(shè)計的前期準備127
7.1.1基本要求127
7.1.2原始資料127
7.1.3內(nèi)容與步驟127
7.2毛坯的設(shè)計與制造128
7.2.1毛坯的選擇128
7.2.2等材制造129
7.2.3增材制造134
7.3機械加工工藝規(guī)程設(shè)計136
7.3.1擬定零件的機械加工工藝路線136
7.3.2確定各工序采用的設(shè)備137
7.3.3切削用量的選擇及相關(guān)計算138
7.3.4機械加工工藝文件設(shè)計140
7.4典型零件機械加工工藝規(guī)程設(shè)計實例142
7.4.1主軸類零件的機械加工工藝規(guī)程142
7.4.2箱體類零件的機械加工工藝規(guī)程150
7.4.3齒輪類零件的機械加工工藝規(guī)程152
7.4.4連桿類零件的機械加工工藝規(guī)程154
第8章電氣控制系統(tǒng)設(shè)計161
8.1電氣控制系統(tǒng)設(shè)計的原則和內(nèi)容161
8.1.1設(shè)計的基本原則161
8.1.2設(shè)計的內(nèi)容161
8.1.3設(shè)計的基本流程162
8.2電氣控制電路的設(shè)計163
8.2.1電氣傳動方案的選擇163
8.2.2常用低壓電器164
8.2.3基本控制電路166
8.2.4繼電器-接觸器控制系統(tǒng)設(shè)計的基本方法172
8.3現(xiàn)代電氣控制電路的設(shè)計174
8.3.1單片機控制系統(tǒng)174
8.3.2可編程序控制器PLC177
8.3.3接口電路的選擇179
8.4現(xiàn)代伺服驅(qū)動系統(tǒng)設(shè)計179
8.4.1驅(qū)動器和驅(qū)動系統(tǒng)179
8.4.2常用傳感器180
8.4.3工業(yè)PC控制系統(tǒng)181
8.4.4伺服系統(tǒng)控制設(shè)計181
第2篇典型設(shè)計案例
第9章小型沖床設(shè)計184
9.1設(shè)計內(nèi)容184
9.1.1原理方案設(shè)計要求184
9.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計要求185
9.1.3工藝設(shè)計要求185
9.1.4控制設(shè)計要求186
9.2原理方案設(shè)計186
9.2.1原理方案選擇186
9.2.2沖壓機構(gòu)的原理方案187
9.2.3機構(gòu)的傳動方案分析189
9.3結(jié)構(gòu)設(shè)計及優(yōu)化190
9.3.1結(jié)構(gòu)設(shè)計190
9.3.2曲軸強度分析192
9.3.3曲軸尺寸優(yōu)化193
9.4工藝方案設(shè)計197
9.4.1曲軸的主要技術(shù)要求197
9.4.2曲軸的材料與毛坯198
9.4.3曲軸的機械加工工藝198
9.5控制方案設(shè)計200
9.5.1沖床實現(xiàn)的主要功能200
9.5.2沖床電氣元件的選擇200
9.5.3電氣控制原理圖200
第10章四足行走機器人設(shè)計202
10.1設(shè)計內(nèi)容202
10.1.1原理方案設(shè)計要求202
10.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計要求203
10.1.3工藝設(shè)計要求203
10.1.4控制設(shè)計要求204
10.2原理方案設(shè)計204
10.2.1原理方案選擇204
10.2.2行走機構(gòu)的原理方案205
10.2.3原動機的選擇207
10.3結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計208
10.3.1結(jié)構(gòu)方案設(shè)計208
10.3.2回轉(zhuǎn)副設(shè)計與校核210
10.3.3主軸設(shè)計與校核212
10.3.4總裝圖213
10.4工藝方案設(shè)計213
10.4.1軸承座的主要技術(shù)要求213
10.4.2軸承座的材料與毛坯213
10.4.3小端軸承座的機械加工工藝217
10.5控制方案設(shè)計217
10.5.1電氣控制總體方案確定217
10.5.2電氣元件表218
10.5.3電氣原理圖220
第11章模塊化工業(yè)機器人設(shè)計221
11.1設(shè)計內(nèi)容221
11.1.1原理方案設(shè)計要求221
11.1.2電氣控制設(shè)計要求221
11.2原理方案設(shè)計222
11.2.1機構(gòu)運動簡圖222
11.2.2Delta機器人運動分析223
11.3控制方案設(shè)計224
11.3.1電氣元件的選擇225
11.3.2運動控制器功能與連線227
11.3.3電氣原理圖230
參考文獻234
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