《机械工程控制基础》是由电子工业出版社出版的书籍，本书系统地阐述了现代测试技术领域的传感器技术、信号处理技术、测试系统的构成和设计方法，并结合工程应用实际介绍了测试技术在现代工业生产中的应用。书中内容的编写，着重拓宽基础知识面，加强工程背景知识，以培养学生创新能力和工程实践能力为原则，尽可能减少在理论和原理性内容上与先修课程的重复，通过对应用实例的分析提高学生创新实践能力。为帮助读者理解掌握各章内容，书中有针对性地设置一定量的习题。

图书简介

本书根据应用型本科办学的定位，为适应机械类专业的教学需要而编写。本书讲述了机械工程控制的基本原理、分析和综合方法及其在机械工程中的实际应用，主要包括以下内容：机械工程控制的基本概念、研究对象和任务；机电系统数学模型的基本概念及建立方法，拉氏变换的应用，传递函数与方框图的求取、简化与演算等；典型机电系统的时域分析方法、性能指标以及系统误差分析方法；机电系统的频域分析方法；判别线性系统稳定性的基本概念和常用判据；系统的综合与校正的常用方法；根轨迹分析法等。本书适用于普通高等院校机械类相关专业，既可作为教材使用，也可供相关技术人员作为参考书。

图书目录

第1章绪论1

1.1概述1

1.2自动控制系统的分类及基本要求3

1.2.1自动控制系统的分类3

1.2.2自动控制系统的基本要求5

1.3反馈控制系统的基本组成6

1.4机械控制工程的研究对象8

1.5控制理论的发展9

1.6课程的主要内容13

1.7生活中的几个实例13

小结16

习题16

第2章系统的数学模型17

2.1系统的微分方程17

2.1.1线性微分方程17

2.1.2建立微分方程的步骤和方法18

2.1.3非线性微分方程的线性化处理20

2.2拉普拉斯变换与反变换21

2.2.1拉氏变换的定义21

2.2.2典型函数的拉氏变换21

2.2.3拉氏变换的基本定理23

2.2.4拉氏反变换26

2.2.5用拉氏变换与反变换求解常系数线性微分方程29

2.3传递函数31

2.3.1传递函数的定义31

2.3.2传递函数的零点与极点32

2.3.3典型环节的传递函数33

2.4系统的传递函数方框图及其简化41

2.5反馈控制系统的传递函数46

2.6相似原理49

2.7工程中典型机电液系统传递函数的建立51

2.8数学模型的Matlab描述52

习题61第3章系统的时域分析65

3.1时域响应及典型输入信号65

3.1.1时域响应65

3.1.2典型输入信号66

3.2一阶系统的时域响应68

3.2.1一阶系统的单位阶跃响应68

3.2.2一阶系统的单位脉冲响应69

3.2.3一阶系统的单位斜坡响应70

3.3二阶系统的时域响应71

3.3.1典型二阶系统的数学模型71

3.3.2二阶系统的单位阶跃响应73

3.3.3二阶系统的单位脉冲响应75

3.4瞬态响应的性能指标77

3.5高阶系统的时域响应83

3.5.1高阶系统的时间响应分析83

3.5.2高阶系统的简化84

3.6控制系统的误差分析与计算85

3.6.1稳态误差的基本概念85

3.6.2输入引起的稳态误差86

3.6.3干扰引起的稳态误差89

3.6.4减少系统误差的途径92

3.7用Matlab分析时域响应93

3.8实例分析98

习题99

第4章控制系统的频率特性分析103

4.1频率特性的基本概念103

4.1.1频率响应与频率特性103

4.1.2频率特性的求取方法106

4.2频率特性的极坐标图109

4.2.1极坐标图的基本概念109

4.2.2典型环节的极坐标图110

4.2.3极坐标图的一般画法114

4.3频率特性的对数坐标图119

4.3.1对数坐标图的基本概念119

4.3.2典型环节的对数坐标图120

4.3.3对数坐标图的一般画法126

4.3.4用幅频特性曲线求系统传递函数130

4.4频率特性的特征量135

4.5最小相位系统与非最小相位系统136

4.5.1最小相位系统与非最小相位系统136

4.5.2产生非最小相位的典型环节138

4.6用Matlab进行频域分析138

4.7实例:电液位置伺服控制系统141

习题143

第5章系统的稳定性分析145

5.1系统稳定性的基本概念及稳定的条件145

5.1.1系统稳定性的基本概念145

5.1.2系统稳定的充分必要条件147

5.2代数稳定性判据148

5.2.1劳斯稳定性判据148

5.2.2赫尔维茨稳定性判据153

5.3Nyquist(奈奎斯特)稳定性判据154

5.3.1Nyquist稳定性判据的数学基础154

5.3.2Nyquist稳定性判据156

5.4Bode(伯德)稳定性判据163

5.4.1Nyquist图和Bode图的对应关系163

5.4.2穿越的概念164

5.4.3Bode判据165

5.5系统的相对稳定性167

5.5.1相位裕度167

5.5.2幅值裕度168

5.6用Matlab分析系统的稳定性170

5.7实例:电液位置伺服控制系统稳定性分析175

习题176

第6章系统的性能分析与校正178

6.1系统的性能指标178

6.1.1时域性能指标178

6.1.2频域性能指标179

6.1.3综合性能指标(误差准则)180

6.2系统的校正182

6.3串联校正183

6.3.1相位超前校正183

6.3.2相位滞后校正187

6.3.3滞后超前校正191

6.4PID校正193

6.4.1P调节器194

6.4.2PD调节器194

6.4.3PI调节器196

6.4.4PID调节器197

6.5反馈校正与顺馈校正198

6.5.1反馈校正198

6.5.2顺馈校正201

6.6用Matlab对系统进行校正202

习题208

第7章根轨迹法210

7.1根轨迹概述210

7.1.1根轨迹概念210

7.1.2根轨迹方程、相角条件及幅值条件212

7.2绘制根轨迹的基本规则215

7.3广义根轨迹224

7.3.1参数根轨迹224

7.3.2零度根轨迹226

7.3.3滞后系统的根轨迹228

7.4根轨迹分析法230

7.4.1主导极点与偶极子230

7.4.2系统性能的定性分析232

习题233

参考文献236

1绪论1

1.1机械设计基础课程的研究对象及内容1

1.1.1机械设计基础课程的研究对象1

1.1.2机械设计基础课程学习的内容、特点和任务3

1.2机械设计的基本要求和一般程序4

1.2.1机械设计的基本要求4

1.2.2机械设计的主要内容5

1.2.3机械设计的一般程序6

1.3机械零件的主要失效形式和设计准则6

1.3.1机械零件的主要失效形式6

1.3.2机械零件的设计准则7

1.3.3机械零件设计的一般步骤8

习题8

2平面机构的结构分析9

2.1运动副及其分类9

2.2平面机构的运动简图10

2.2.1构件的分类及其表示方法10

2.2.2机构运动简图11

2.3平面机构的自由度13

2.3.1自由度13

2.3.2平面机构自由度计算公式13

2.3.3计算平面机构自由度时的注意事项14

2.3.4机构具有确定运动的条件16

习题17

3平面连杆机构19

3.1概述19

3.2平面四杆机构的基本类型及其演化20

3.2.1铰链四杆机构的基本类型20

3.2.2铰链四杆机构的演化23

3.3平面四杆机构的基本特性26

3.3.1平面四杆机构的运动特性26

3.3.2平面四杆机构的传力特性29

3.4平面四杆机构的图解法设计31

习题34

4凸轮机构36

4.1凸轮机构的应用和分类36

4.1.1凸轮机构的组成36

4.1.2凸轮机构的应用36

4.1.3凸轮机构的分类37

4.2凸轮机构从动件常用的运动规律41

4.2.1凸轮机构中的相关名词术语41

4.2.2凸轮机构从动件常用的运动规律41

4.2.3凸轮机构从动件运动规律的选择45

4.3盘形凸轮轮廓曲线的设计45

4.3.1图解法设计盘形凸轮轮廓曲线的基本原理45

4.3.2图解法设计盘形凸轮轮廓曲线46

4.4凸轮机构设计应注意的问题49

4.4.1凸轮机构压力角49

4.4.2凸轮基圆半径的确定50

4.4.3滚子半径的确定51

习题52

5间歇运动机构及其他机构54

5.1棘轮机构54

5.1.1棘轮机构的工作原理及特点54

5.1.2棘轮机构的主要参数55

5.2槽轮机构56

5.2.1槽轮机构的工作原理及特点56

5.2.2槽轮机构的主要参数57

5.3螺旋机构58

5.4不完全齿轮机构60

5.5凸轮式间歇运动机构61

习题62

6连接63

6.1键连接63

6.1.1平键连接63

6.1.2花键连接66

6.2销连接67

6.3螺纹连接67

6.3.1螺纹形成原理、类型和主要参数67

6.3.2螺旋副的受力分析、效率和自锁69

6.3.3螺纹连接及螺纹连接件70

6.3.4螺纹连接的预紧和防松73

习题75

7带传动76

7.1带传动概述76

7.1.1带传动的组成及类型76

7.1.2带传动的特点及应用78

7.1.3V带的结构和规格78

7.1.4带传动的主要几何参数80

7.2带传动的工作能力分析81

7.2.1带传动的受力分析81

7.2.2带传动的运动分析82

7.2.3带的应力分析82

7.3普通V带传动设计83

7.3.1带传动的主要失效形式和设计准则83

7.3.2普通V带传动设计计算和参数选择83

7.4V带带轮的结构88

7.5带传动的张紧装置及维护89

习题91

8齿轮传动92

8.1齿轮传动概述92

8.1.1齿轮传动的特点92

8.1.2齿轮传动的类型93

8.2齿廓啮合基本定律95

8.3渐开线齿廓及其啮合特性96

8.3.1渐开线的形成及特性96

8.3.2渐开线齿廓齿轮的啮合特性97

8.4标准直齿圆柱齿轮机构98

8.4.1直齿圆柱齿轮各部分的名称及代号98

8.4.2直齿圆柱齿轮的基本参数99

8.4.3渐开线标准直齿圆柱齿轮的几何尺寸101

8.4.4直齿圆柱齿轮的啮合传动101

8.5渐开线齿轮的切齿原理及变位齿轮104

8.5.1仿形法105

8.5.2范成法105

8.5.3渐开线齿廓的根切现象107

8.5.4变位齿轮108

8.6斜齿圆柱齿轮机构109

8.6.1斜齿圆柱齿轮的齿廓曲面及其特点109

8.6.2斜齿圆柱齿轮的基本参数及尺寸计算109

8.6.3一对斜齿圆柱齿轮啮合传动111

8.6.4斜齿圆柱齿轮的当量齿轮112

8.7直齿圆锥齿轮机构113

8.7.1直齿圆锥齿轮的齿廓113

8.7.2直齿圆锥齿轮各部分名称及基本参数113

8.7.3直齿圆锥齿轮的背锥和当量齿轮114

8.8轮齿的失效和齿轮材料115

8.8.1轮齿的失效形式116

8.8.2齿轮材料117

8.9齿轮强度计算120

8.9.1直齿圆柱齿轮传动的强度计算120

8.9.2斜齿圆柱齿轮传动的强度计算124

8.9.3直齿圆锥齿轮传动的强度计算128

8.10蜗杆传动129

8.10.1蜗杆传动的特点和类型129

8.10.2普通圆柱蜗杆传动的基本参数及几何尺寸计算131

8.10.3蜗杆传动的相对滑动速度、失效形式和材料选择135

8.10.4蜗杆传动的强度计算136

8.10.5蜗杆传动的热平衡计算137

8.11齿轮、蜗杆及蜗轮的结构及润滑138

8.11.1齿轮结构138

8.11.2蜗杆及蜗轮结构140

8.11.3齿轮传动和蜗杆传动的润滑141

习题142

9轮系144

9.1轮系的分类144

9.2轮系传动比的计算145

9.2.1定轴轮系传动比的计算145

9.2.2周转轮系传动比的计算147

9.2.3混合轮系传动比的计算149

9.3轮系的应用149

习题151

10轴承153

10.1概述153

10.2滑动轴承的结构型式154

10.2.1向心滑动轴承154

10.2.2推力滑动轴承156

10.3滑动轴承的材料和轴瓦结构156

10.3.1滑动轴承材料156

10.3.2轴瓦的结构157

10.4滚动轴承结构、类型、代号及选用157

10.4.1滚动轴承的结构157

10.4.2滚动轴承的类型158

10.4.3滚动轴承的代号161

10.4.4滚动轴承的选用163

10.5滚动轴承的失效形式及寿命计算163

10.5.1主要失效形式163

10.5.2滚动轴承寿命164

10.5.3角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷(FA)计算167

10.6滚动轴承的组合设计、润滑与密封169

10.6.1滚动轴承的组合设计169

10.6.2滚动轴承的润滑和密封172

习题174

11轴176

11.1轴的类型和材料176

11.1.1轴的类型176

11.1.2轴的材料177

11.2轴的结构设计178

11.2.1轴上零件定位179

11.2.2各轴段直径和长度的确定180

11.2.3轴的结构工艺性要求181

11.2.4轴的强度要求181

11.3轴的强度计算182

11.3.1按扭转强度估算最小轴径183

11.3.2按弯扭合成强度计算183

11.3.3轴设计时应注意的事项189

习题190

12联轴器、离合器191

12.1联轴器191

12.1.1刚性联轴器191

12.1.2弹性联轴器194

12.2离合器195

习题196

13互换性与测量技术基础知识197

13.1概述197

13.1.1互换性及其作用197

13.1.2公差与检测198

13.1.3标准化与优先数系199

13.2孔、轴的极限与配合199

13.2.1基本术语及其定义200

13.2.2极限值201

13.2.3配合203

13.2.4基准制及其选择210

13.2.5常用和优先用公差带与配合211

13.2.6公差与配合在图样上的标注213

13.3几何公差214

13.3.1概述214

13.3.2几何公差的标注和公差带215

13.3.3几何公差的选择226

13.4表面粗糙度228

13.4.1表面粗糙度对零件使用性能的影响228

13.4.2表面粗糙度的评定229

13.4.3表面粗糙度符号及其标注230

13.4.4表面粗糙度的选择231

13.5典型零件的公差与配合232

13.5.1平键连接的互换性232

13.5.2滚动轴承的互换性233

13.5.3齿轮传动的精度及互换性237

13.5.4综合举例244

习题248

14机械系统运动方案设计249

14.1概述249

14.1.1机械系统设计的概念249

14.1.2机械运动方案设计的过程和内容250

14.2功能原理设计250

14.2.1功能原理设计的构思与选择250

14.2.2功能原理的创造性设计253

14.2.3执行系统的运动规律设计254

14.3执行机构型式设计255

14.3.1执行机构型式设计的原则255

14.3.2机构的选型256

14.3.3机构的构型257

14.4执行系统协调设计261

14.5总体方案评价与决策263

14.6机械传动系统方案设计264

习题267 参考文献268