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出版者:Thomson Learning

作者:Rosenberg, Paul

出品人:

页数:383

译者:

出版时间:2005-10

价格:$ 25.93

装帧:Pap

isbn号码:9780975970966

丛书系列:

图书标签:

• Dewalt
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• 电力系统

聚焦精密机械的基石：现代工业传动与控制系统设计指南 本书聚焦于现代工业自动化领域中，作为核心驱动力的精密机械传动与控制系统的设计、应用与优化。我们深入探讨了从基础力学原理到尖端智能控制算法的完整技术栈，旨在为机械工程师、自动化专家以及相关领域的研究人员提供一份全面、实用的技术参考。 --- 第一部分：精密传动系统的基础理论与材料科学 本部分奠定了理解现代机械驱动系统的理论基础，侧重于效率、可靠性与长期耐久性的实现。 第一章：机械能转换与效率分析 本章详细阐述了能量在机械系统中的转换过程，重点分析了摩擦、热损耗、惯性对系统整体效率的影响。引入了高级的有限元分析（FEA）方法，用于模拟不同负载和速度条件下的能量分布，特别是针对高频启停和间歇性负载工况下的瞬态效率评估。讨论了如何通过优化几何形状和表面处理来最小化能量损失。 第二章：先进轴承技术与润滑科学 轴承是决定机械寿命和精度的关键部件。本章超越了传统的滚动轴承概念，深入研究了磁悬浮轴承（Maglev Bearings）在超高速和无污染环境中的应用潜力，以及流体动力轴承在重载低速环境下的承载能力提升。润滑科学部分，重点分析了合成酯类润滑油、固态润滑剂（如二硫化钼、石墨烯基涂层）在极端温度和真空条件下的性能表现，并提供了基于油品粘度指数和氧化稳定性的选择指南。 第三章：高强度材料在传动部件中的应用 精确的传动系统需要能够承受高应力、高循环疲劳的材料。本章对比分析了超高强度钢（如Maraging Steel）、镍基高温合金以及先进陶瓷材料（如氮化硅）在齿轮、连杆和曲轴等关键部件中的应用优势与局限性。特别关注了增材制造（Additive Manufacturing）技术如何改变了复杂几何结构件的材料性能和内部应力分布，包括激光粉末床熔融（LPBF）工艺对最终部件微观结构的影响。 --- 第二部分：动态驱动单元的选型与集成 本部分将理论知识转化为实际应用，侧重于不同类型驱动单元的特性分析及其在复杂系统中的集成策略。 第四章：高性能伺服驱动系统的架构与调试 伺服系统是现代数控机床和精密机器人的核心。本章系统地介绍了永磁同步电机（PMSM）和无刷直流电机（BLDC）的拓扑结构，重点分析了其反电动势波形对转矩脉动的影响。详细阐述了先进的磁场定向控制（FOC）算法的实现细节，包括滑模观测器（SMO）和基于模型的预测控制（MPC）在提高动态响应速度和抗干扰能力方面的应用。此外，深入探讨了驱动器散热设计（热阻抗匹配）对持续转矩输出能力的影响。 第五章：步进电机与直驱系统：精度与速度的权衡 步进电机在定位控制中仍有其独特的优势。本章分析了混合式步进电机（Hybrid Stepper）的细分驱动技术，以及如何通过优化电流波形来抑制共振点。直驱系统（Direct Drive）部分，则重点分析了力矩电机（Torque Motors）的低速大扭矩特性，探讨了如何利用高分辨率编码器实现亚微米级别的闭环定位精度，并比较了它们在高速往复运动中的能耗表现。 第六章：齿轮箱与减速器的设计优化 减速机构是实现高扭矩输出和精确速度控制的必要环节。本章深入探讨了行星齿轮传动（Planetary Gearboxes）的负载分配理论，以及如何设计具有低背隙（Backlash）的精密齿轮组。详细介绍了谐波减速器（Harmonic Drives）的工作原理，并提供了影响其传动精度和刚度的关键几何参数计算方法，尤其关注蠕变（Creep）现象的抑制策略。 --- 第三部分：先进的运动控制与系统集成 本部分关注如何通过软件和电子技术，实现对复杂机械运动的精确、实时、智能的控制。 第七章：多轴协调运动控制与运动学模型 在机器人和CNC领域，多轴联动是实现复杂轨迹的关键。本章详细解析了工业机器人运动学（正运动学与逆运动学）的数学模型建立，特别是对非标准结构（如Delta或SCARA）的运动学解耦方法。重点讨论了五轴联动CNC中的工具中心点（TCP）补偿技术，确保加工精度不受工具长度变化的影响。 第八章：实时操作系统（RTOS）与控制器设计 高性能运动控制对时间敏感性要求极高。本章对比了VxWorks、QNX等实时操作系统的内核特性，并讨论了在嵌入式系统中实现周期性任务调度的策略。详细介绍了基于FPGA和高速DSP的运动控制算法硬件加速方案，以及如何利用总线技术（如EtherCAT, Profinet IRT）实现毫秒级甚至微秒级的同步控制。 第九章：系统集成中的电磁兼容性（EMC）与噪声抑制 随着电子元件集成度的提高，电磁干扰成为影响系统稳定性的主要威胁。本章提供了实用的EMC设计指南，包括屏蔽层（Shielding）的有效性计算、接地回路（Grounding Loops）的消除技术，以及功率电缆与信号电缆的隔离布局标准。特别关注了变频驱动器（VFD）和高频开关电源产生的谐波对周边传感器的影响及对策。 --- 第四部分：预测性维护与系统性能提升 本部分着眼于系统的生命周期管理，利用数据分析技术提升机械系统的可靠性和运行效率。 第十章：振动分析与故障诊断技术 振动是机械系统健康状况的直接反映。本章系统地介绍了傅里叶变换（FFT）、功率谱密度（PSD）分析在旋转机械故障诊断中的应用。重点讲解了轴承剥落、齿轮啮合缺陷和转子不平衡等常见故障的特征频率识别。引入了基于机器学习的异常检测模型，用于从在线振动数据中自动识别早期性能衰退的迹象。 第十一章：传感器融合与高精度反馈系统 现代控制依赖于准确、快速的反馈信号。本章深入分析了激光干涉仪、光学编码器（绝对式与增量式）以及高精度力/扭矩传感器的技术规格与误差源分析。讨论了如何通过卡尔曼滤波（Kalman Filtering）等传感器融合算法，结合位置、速度和加速度数据，提供一个比任何单一传感器都更平滑、更准确的系统状态估计。 第十二章：系统能效优化与绿色制造实践 面向可持续发展，本部分探讨了如何通过优化驱动曲线和减少空载运行时间来提升整体能效。分析了再生制动系统（Regenerative Braking）在往复运动和起重设备中的能量回收潜力，以及通过智能待机模式（Smart Standby）来降低设备在非生产周期内的功耗。 --- 本书旨在成为一本实用手册，其内容深度覆盖了驱动系统从材料选择到最终控制策略的每一个关键环节，是驱动技术领域工程师不可或缺的参考资源。

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