光机电一体化系统典型实例

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出版者:机械工业
作者:高学山
出品人:
页数:353
译者:
出版时间:2007-1
价格:32.00元
装帧:
isbn号码:9787111202776
丛书系列:
图书标签:
  • 光机电一体化
  • 机电一体化
  • 系统设计
  • 典型案例
  • 工程实例
  • 机械工程
  • 光电子技术
  • 自动化
  • 控制工程
  • 精密仪器
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具体描述

光机电一体化系统是一种高度集成的、技术门类众多的复杂系统,本书的目的是通过对光机电一体化产品典型实例的介绍,简要说明计算机技术、新机构设计、控制技术、传感器技术、光电子技术等的实用状况及其重要性。

  本书主要对智能机器人、智能无人车辆、数码相机、打印机、复印机、传真机、全自动洗衣机等常见的光机电一体化典型产品实例进行了介绍,所选实例基本上都是人们比较熟悉的、成熟的和工作可靠的实用化产品,在对实例的叙述上,力求语言简单明了、直观,没有进行复杂的理论推导,便于阅读。通过这些典型实例的介绍,使读者能够基本了解光机电一体化产品的工作原理和系统构成。此外,本书还简要阐述了开发设计光机电一体化产品时应采取的一些步骤。

  本书可以作为从事光机电一体化产品开发的技术人员和对光机电一体化产品有兴趣的人士的参考书,也可作为各大专院校机电专业学生的参考书。

机械设计与制造技术前沿探索 本书聚焦于现代机械工程领域中,不涉及光、机、电一体化系统具体应用案例的基础理论与前沿技术。它旨在为读者构建一个坚实的机械设计、先进制造工艺以及系统集成方法论的知识框架,为未来的工程创新奠定基石。 本书内容严格限定于机械设计理论的深化、新材料在结构件中的应用、先进制造过程的数学建模与控制,以及面向复杂系统(非光机电耦合)的可靠性分析。 第一部分:机械设计理论的深化与创新 本部分深入探讨了传统机械设计理论在面对高精度、高载荷以及极端环境条件时所展现出的局限性,并提出了相应的理论修正与拓展。 第一章:高级机构学与动力学分析 本章避开任何涉及光学元件或电磁驱动的机构设计,专注于纯粹的机械运动学和动力学分析。重点讲解了空间复杂连杆机构的位置、速度和加速度的精确解算方法,特别是针对变载荷、冲击载荷下的非线性动力学建模。引入了基于拓扑优化思想的机构布局设计流程,旨在实现机构在特定运动轨迹下的质量最小化与刚度最大化。详细讨论了接触力学在高速摩擦副中的应用,包括Hertz接触理论的修正模型,以及考虑表面粗糙度和润滑油膜厚度对实际接触状态的影响。 第二章:结构强度与疲劳寿命的极限预测 本章的核心在于预测和增强纯机械结构的耐久性。我们不再关注因光热效应或电磁干扰导致的结构应力,而是聚焦于材料本身的内在缺陷和外部载荷的累积效应。内容涵盖: 1. 多轴疲劳理论的对比与选择: 重点分析了S-N曲线法、应力-应变法以及基于断裂力学的Paris定律在复杂应力状态下的适用性。引入了随机载荷模型(如Troesch模型)下的损伤累积计算方法。 2. 断裂力学在结构完整性评估中的应用: 详细阐述了KIC、J积分等参数的确定方法,以及裂纹扩展的数值模拟技术(如XFEM)。讨论了如何通过结构设计避免应力集中,从而提高结构的整体抗断裂能力。 3. 超高周疲劳(HCF)的机理研究: 针对高频振动环境,探讨了表面完整性(如残余应力、表面硬化层)对HCF寿命的决定性影响。 第三章:摩擦、磨损与润滑理论的精进 本章完全聚焦于机械连接面的物理化学过程,排除了任何电化学腐蚀或电润滑的概念。 1. 边界润滑与混合润滑区的建模: 基于接触面积、剪切应力和表面能量的理论,推导了在极端压力下的润滑膜形成条件。 2. 干摩擦与自润滑材料的性能评估: 探讨了新型固体润滑剂(如石墨烯、二硫化钼)在高真空或高温环境下的摩擦学行为,并介绍了先进的磨损率测试标准和表征技术。 第二部分:先进制造工艺的数字化与控制 本部分探讨了不依赖于任何光束投射或电磁场控制的纯粹材料去除、材料添加和材料成型工艺。 第四章:切削加工的物理模型与优化 本章深入研究传统减材制造(如车削、铣削)过程中的物理现象,目标是提高加工精度和表面质量。 1. 切削力与热场的瞬态耦合分析: 建立了基于有限元方法(FEM)的切削过程三维模型,精确模拟刀具与工件界面的温度分布、残余应力和微观形貌的形成机理。 2. 刀具磨损的在线监测与寿命预测: 重点研究基于振动信号分析和声发射技术(非光学传感)的刀具磨损状态评估,并构建了预测模型,用于优化换刀周期。 3. 复杂曲面加工的刀具路径规划: 针对五轴联动机床,研究了基于几何约束和加工效率的非均匀进给速度规划算法。 第五章:增材制造(不含定向能量沉积)的材料科学 本章主要关注粉末床熔融或粘合剂喷射等制造技术中,材料的粉末特性、烧结过程和最终性能,排除激光或电子束作为能量源的特定过程。 1. 粉末材料的流变学特性研究: 分析了不同粒径分布、球形度的金属或陶瓷粉末在铺粉过程中的堆积密度和流动性对成型质量的影响。 2. 烧结与致密化过程的动力学: 建立了基于扩散理论和界面能最小化的烧结模型,预测了多孔结构在热处理过程中的收缩率和内部缺陷的演化。 3. 高强度金属合金的组织控制: 探讨了如何通过精确控制热循环曲线,来调控增材制造件的晶粒尺寸、取向及第二相析出,以优化其力学性能。 第三部分:复杂机械系统的集成与可靠性评估 本部分着眼于大型、纯机械或机电耦合度较低的复杂系统(如重型机械、传动系统)的系统级设计方法论。 第六章:可靠性工程与寿命周期管理(LCM) 本章侧重于保证机械系统在长期运行中的稳定性和可预测性,所有分析均基于传统的失效模式。 1. 威布尔(Weibull)分布在机械寿命预测中的应用拓展: 探讨了在多重失效模式并存时,如何使用混合威布尔模型进行更精确的寿命推算。 2. FMEA/FMECA在冗余机械系统中的应用: 详细分析了在存在机械备份或容错结构(如多回路液压系统、双行星齿轮组)中,如何量化系统级的失效概率和关键组件的失效影响度。 3. 状态监测(SBM)中的振动与温度特征提取: 重点介绍傅里叶分析、小波包分解等信号处理技术,用于识别轴承损伤、齿轮啮合缺陷等典型机械故障特征。 第七章:先进传动系统的集成设计 本章聚焦于高效率、高承载能力的纯机械传动结构设计,如行星齿轮箱、谐波传动等。 1. 齿轮系统的承载能力校核与优化: 引入齿廓修形技术(Profile Modification)以降低啮合冲击,并结合有限元分析优化齿根加强结构。 2. 特种轴承的选型与润滑优化: 针对极端温度或高真空环境,分析了陶瓷轴承、磁悬浮轴承(侧重于结构与支撑,不含驱动)在摩擦特性和承载限制。 3. 静力学与误差传递分析: 建立高精度减速器的误差传递模型,分析装配公差如何累积并影响输出轴的定位精度和反向间隙。 本书旨在提供一个全面且深入的机械工程本体论视图,帮助读者掌握不依赖于特定光电技术的现代设计、分析和制造的底层核心技术。

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读后感

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用户评价

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坦白说,当我拿到这本《光机电一体化系统典型实例》时,心里还是有些忐忑的,毕竟“光机电一体化”这个词听起来就带着点高深莫测的意味。但读下去之后,我的疑虑完全消散了。作者的写作风格非常接地气,不是那种只写给专家看的技术手册。他选择的“典型实例”确实非常具有代表性,涵盖了从日常生活中可能接触到的设备,到尖端科技领域的核心技术。比如,书中关于智能家居照明系统的那一部分,虽然看似简单,但作者却深入浅出地讲解了如何通过光学传感器感知环境光,如何利用微处理器控制LED的亮度与色温,以及如何通过无线通信模块实现远程控制。这让我意识到,原来我们身边已经有那么多光机电一体化的应用了!而且,作者在讲解每一个实例时,都会追溯到最基本的物理原理,比如光学折射、衍射,机械传动原理,以及电路控制基础,但又不会长篇大论,而是恰到好处地与实际应用相结合。这种循序渐进的讲解方式,极大地降低了理解门槛,让我在学习新知识的同时,也能巩固和加深对基础知识的认识。

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我必须说,《光机电一体化系统典型实例》是一本令人印象深刻的书。作者以一种非常独特且富有洞察力的方式,向我们展示了光、机械和电子工程如何巧妙地融合,创造出各种令人惊叹的系统。书中的“典型实例”选择非常具有前瞻性和多样性,从机器人领域的精密运动控制,到医疗设备中的无创诊断技术,再到新能源领域的智能能源管理系统,几乎覆盖了当前技术发展的热点和前沿。我尤其对书中关于智能制造的那几章印象深刻,作者通过对全自动生产线和智能仓储系统的深入剖析,生动地展现了光机电一体化技术如何极大地提高生产效率、降低成本并提升产品质量。书中对每一个实例的讲解都充满了细节,不仅包括了系统的工作流程和关键技术,还探讨了在实际应用中可能遇到的挑战,比如传感器精度、执行器响应速度、数据传输的实时性以及系统的鲁棒性等。作者提出的解决方案和优化思路,对于我们这些在工程实践中寻求突破的人来说,具有极高的参考价值。

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读完《光机电一体化系统典型实例》,我感觉自己仿佛完成了一次深入的行业考察。书中呈现的每一个“典型实例”,都像一个微缩的实验室,让我有机会近距离观察和学习那些在幕后默默工作的先进技术。我特别欣赏作者的叙事方式,他能够将复杂的工程概念用一种生动形象的语言表达出来,让即使是没有深厚技术背景的读者也能领略到其中的精妙。例如,关于自动驾驶汽车中的激光雷达(LiDAR)系统,书中不仅详细解释了激光扫描、信号处理以及数据融合的原理,还描绘了其在构建三维环境模型、实现障碍物检测和路径规划中的关键作用。这种对实际应用场景的详细描绘,让我对这项技术有了更深刻的理解和认识。同时,作者在介绍每个实例时,都会提及相关的关键技术指标和性能评估方法,这对于指导我们进行实际的项目开发非常有帮助。可以说,这本书不仅是知识的宝库,更是启发创意的源泉。

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这本书给我打开了一个全新的视野!我一直对那些能让机械动起来、与光线互动、同时又具备智能控制的系统感到好奇,但总觉得它们遥不可及。这本书就像一把钥匙,解锁了我对光机电一体化系统的理解。它并没有直接堆砌枯燥的理论公式,而是通过一系列“典型实例”来展现这些系统的魅力。从工业生产线上的高精度机器人手臂,到医疗影像设备中的精密驱动,再到航空航天领域的复杂光学测量系统,每一个案例都栩栩如生,让我能够直观地感受到光、机械和电子是如何协同工作的。作者在描述每一个实例时,都详略得当,既有对核心原理的深入剖析,又不乏对实际应用中的挑战和创新解决方案的探讨。我尤其喜欢书中对几个经典工业自动化案例的讲解,比如在精密注塑成型过程中,如何利用光学传感器实时监测模具状态,并配合高精度伺服电机进行动态补偿,从而保证产品的一致性和良品率。这种将抽象概念具象化的方式,让我这个非专业读者也能茅塞顿开,仿佛亲身参与到这些复杂系统的设计和优化过程中。

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这本书的价值远超我最初的预期!作为一个在相关领域摸爬滚打多年的工程师,我一直在寻找能够系统性地梳理和展示光机电一体化技术发展脉络的文献。而《光机电一体化系统典型实例》正是这样一本难得的著作。它没有拘泥于单一的技术细节,而是将目光聚焦于“系统”层面,通过剖析一系列具有代表性的实际应用案例,展现了不同技术模块如何有机结合,形成强大的整体功能。书中的实例选择非常独到,既包含了像精密激光加工、3D打印这样我们耳熟能详的前沿技术,也涉及了一些在特定行业中至关重要的、但相对不那么广为人知的系统,例如高性能显微镜的光学扫描系统和高精度机器人视觉引导系统。作者对每个案例的分析都非常到位,不仅介绍了系统的基本构成和工作原理,更深入探讨了在实际设计中会遇到的各种工程挑战,比如精度要求、稳定性、成本控制以及可靠性等问题,并给出了相应的解决方案。这种从宏观到微观、从原理到实践的讲解方式,对于提升工程师的系统设计能力和解决复杂工程问题的能力,有着巨大的启发作用。

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