具体描述
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。本版手册全面地介绍了常规设计、机电一体化设计、机电控制、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、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，机电控制，机器人与机器人装备，数控技术，微机电及设计，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师生使用和参考。
作者简介闻邦椿，1930年9月29日出生于杭州，祖籍浙江温岭，东北大学教授，中国科学院院士，我国振动利用工程学科主要奠基者。机器理论与机构学联合会（IFToMM）中国委员会委员，转子动力学技术委员会委员，亚太振动会议指导委员会委员，中国振动工程学会名誉理事长。曾任第六、七、八、九届全国政协委员，国务院学位委员会第二、三、四届机械工程学科评议组成员，中国振动工程学会理事长，《振动工程学报》主编等职。曾获科技奖2项，国家技术发明奖和科技进步奖5项，省、部级一、二等科技奖10余项。
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 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设计的内容和步骤 24-43
4.1 PLC应用设计的内容和步骤 24-43
4.2 PLC应用的硬件设计 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
前 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书奖等奖项。1994年，《机械设计手册》曾在我国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、机电一体化及机械控制技术等方面做了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
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，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、机器人挖掘机的机电一体化创新设计、节能抽油机的创新设计、产品包装生产线的机构方案创新设计等。
（3）编入了一大批典型的创新机械产品。
“机械无级变速器”一章中编入了新型金属带式无级变速器，“并联机构的设计与应用”一章中编入了数十个新型的并联机床产品，“振动的利用”一章中新编入了激振器偏移式自同步振动筛、惯性共振式振动筛、振动压路机等十多个典型的创新机械产品。这些产品有的获得了国家或省部级奖励，有的是专利产品。
（4）编入了机械设计理论和设计方法论等方面的创新研究成果。
1）闻邦椿院士团队经过长期研究，在上首先创建了振动利用工程学科，提出了该类机械设计理论和方法。本版手册中编入了相关内容和实例。
2）根据多年的研究，提出了以非线性动力学理论为基础的深层次的动态设计理论与方法。本版手册编入了该方法并列举了若干应用范例。
3）首先提出了和谐设计的新概念和新内容，阐明了自然环境、社会环境（政治环境、经济环境、人文环境、环境、国内环境）、技术环境、资金环境、法律环境下的产品和谐设计的概念和内容的新体系，把既有的绿色设计篇拓展为绿色设计与和谐设计篇。
4）全面地阐述了产品化设计的理论和方法，提出了产品设计的总体目标、广义目标和技术目标的内涵，提出了应该用IQCTES六项设计要求来代替QCTES五项要求，详细阐明了设计的四个理想步骤，即“3I调研”“7D规划”“1 3 X实施”“5（A C）检验”，明确提出了产品化设计的基本内容是主辅功能、三大性能和特殊性能要求的具体实现。
5）本版手册引入了闻邦椿院士经过长期实践总结出的独特的、科学的创新设计方法论体系和规则，用来指导产品设计，并提出了创新设计方法论的运用可向智能化方向发展，即采用专家来完成。
用户评价
作为一名在机械设计领域摸爬滚打多年的工程师，我阅过的技术书籍不计其数。然而，《机械设计手册》第六版第五卷的出现，无疑是为我的知识体系增添了一笔浓墨重彩。这第五卷的内容实在太丰富了，简直是应有尽有。我一直以来都在探索某个技术难题，总是觉得差那么一点火候。但是，当我阅读了这本书中关于该领域的详细论述后，感觉豁然开朗。它不仅仅是提供了解决方案，更重要的是，它帮助我构建了解决问题的思维框架。书中的案例分析非常经典，每一个案例都经过了深入的剖析，让我能够学习到作者的思考过程和决策依据。我特别欣赏它在讲解某个复杂公式时，会给出其推导的完整过程，这对于我这种喜欢刨根问底的人来说，简直是太友好了。它还提供了许多关于材料性能、加工精度、表面处理等方面的实用数据和表格，这些都是在实际工作中非常宝贵的参考资料。这本书的编排逻辑清晰，章节之间过渡自然，我能够很流畅地阅读下去。
评分拿到《机械设计手册》第六版第五卷的那一刻，我感觉自己像是得到了一个开启无限可能的钥匙。这套书简直就是一本百科全书，它的深度和广度都远超我的想象。我一直对某个特定领域的精密机械结构设计感到困惑，查阅了很多资料，但总觉得不够系统和权威。而这第五卷，恰好就填补了我知识上的空白。书中对于那些复杂的力学分析、材料选择、加工工艺等方面的讲解，简直是面面俱到。它不是简单地罗列公式，而是深入浅出地解释了每一个参数的意义，以及它们是如何影响最终的设计结果的。我特别欣赏的是，它在讨论某个技术方案的时候，会从多个角度去权衡利弊，比如成本、性能、可靠性、可制造性等等，这对于我们工程师来说，做出最优决策至关重要。书中的案例分析更是让我受益匪浅，每一个案例都非常贴近实际工程应用，让我能够将理论知识与实践相结合。我甚至发现了一些在国际前沿期刊上才能看到的最新研究成果的介绍，这让我对该领域的最新动态有了更清晰的把握。而且，这本书在细节处理上也非常到位，比如公式的推导过程、图纸的标注规范等等，都体现了严谨的学术态度。我感觉，拥有了这本书，就像是拥有了一位经验丰富的导师，随时随地都能为我答疑解惑。
评分当我第一次拿到《机械设计手册》第六版第五卷的时候，我并没有立刻被它的厚重所压倒，反而感受到了一种沉甸甸的责任感。因为我知道，这里面蕴含着无数工程师的心血和智慧。这套书的内容，对我来说，简直就像是打开了一个新的世界。我一直在尝试优化某个机械系统的性能，但总是难以达到预期的效果。然而，这第五卷中关于该领域的最新研究成果和设计方法的介绍，为我提供了全新的视角和思路。我尤其赞赏书中对各种复杂问题的处理方式，总是能够从宏观到微观，层层递进，直至将问题根源彻底揭示。它还提供了许多关于可靠性分析和故障诊断的实用技巧，这对于提高产品的质量和稳定性至关重要。我喜欢它在介绍某个设计规范的时候，会引用相关的国际标准，这让我能够更好地与国际接轨。这本书的语言表达非常精炼，字字珠玑，丝毫没有冗余。
评分我必须诚实地说，《机械设计手册》第六版第五卷的质量，完全超出了我的预期。作为一名长期从事机械设计的从业者，我阅过的书籍数不胜数，但能够让我如此眼前一亮的，实属罕见。这第五卷的内容，可以说是集大成者，为我提供了无与伦比的帮助。我最近正在攻克一个技术瓶颈，寻求突破性的解决方案。而这本书中关于该领域的最新研究进展和创新设计理念的介绍，为我指明了方向。我尤其赞赏书中对复杂工程案例的剖析，能够将理论与实践完美结合，提供具有启发性的解决方案。它还提供了许多关于工业4.0和智能制造的最新发展趋势的讨论，让我对未来的机械设计有了更宏观的认识。这本书的语言风格严谨而不失可读性，使得阅读过程轻松愉快。
评分说实话，我之前对《机械设计手册》第六版第五卷并没有抱有太高的期望，毕竟市面上的技术书籍琳琅满目，很多都只是故步自封，缺乏创新。但是，当我翻开这第五卷的时候，我彻底被它的内容所震撼了。它不仅仅是一本简单的参考书，更像是一部关于机械设计智慧的结晶。书中的内容非常前沿，很多技术点都是我之前在其他地方从未接触过的。尤其是在某个我一直研究的领域，它提供了一种全新的设计思路和方法，这对我启发很大。我特别喜欢它对复杂问题的分析方式，总是能够层层剥茧，将问题分解成易于理解的部分，并且给出清晰的解决方案。它还引入了一些新的设计软件和仿真工具的应用技巧，这对于提高我的工作效率非常有帮助。而且，这本书在语言表达上也相当到位，通俗易懂，即使是复杂的概念，也能被解释得非常清楚。我甚至觉得，它不仅仅是给工程师看的，对于那些对机械设计感兴趣的学生来说，也是一本极好的入门读物。这本书的排版设计也让人赏心悦目，字体大小适中，行距合理，长时间阅读也不会感到疲劳。
评分我一直认为，《机械设计手册》是一个值得信赖的品牌，而第六版第五卷，更是将这种信任推向了新的高度。这第五卷的内容，是我在职业生涯中遇到的最宝贵的参考资料之一。我最近一直在研究某个新兴技术在机械设计中的应用，总觉得资料碎片化，不够系统。但是，这本书恰好为我提供了一个非常全面和深入的视角。它不仅仅是介绍了技术本身，更重要的是，它分析了这项技术在实际应用中可能遇到的挑战以及相应的解决方案。我特别欣赏书中对某个关键工艺参数的详细讲解，能够帮助我更精确地控制设计结果。它还提供了许多关于质量控制和可靠性评估的最新方法，这对于提升产品的整体竞争力至关重要。这本书的排版设计非常考究，每一个细节都经过了精心的打磨，给人一种专业而可靠的感觉。
评分收到《机械设计手册》第六版第五卷的那一刻，我感觉自己就像是获得了一张通往机械设计宝藏的地图。这第五卷的内容，简直就像是我一直在寻找的答案。我之前在处理某个棘手的工程问题时，总是感到力不从心。但是，当我阅读了这本书中相关的章节后，我发现原来还有这么多我未曾考虑到的方法和思路。它不仅仅是罗列了各种公式和图表，更重要的是，它通过深入浅出的讲解，帮助我理解了每一个细节的意义。我尤其喜欢它对某个复杂理论的阐释，能够将抽象的概念具象化，让我更容易理解和应用。它还提供了许多关于安全设计和环保要求的最新资讯，这对于我们工程师来说，责任重大。这本书的印刷质量非常高，纸张也很有质感，拿在手里就有一种厚重感。
评分我一直对《机械设计手册》系列情有独钟，所以当第六版第五卷问世时，我毫不犹豫地入手了。我必须说，这第五卷的内容，再一次刷新了我对它的认识。它不仅仅是知识的堆砌，更是一种工程智慧的传承。我最近正在负责一个高精度设备的开发项目，其中涉及到一些非常复杂的机构设计。而这本书中恰好有我需要的相关内容，而且讲解得非常透彻。它不仅仅提供了设计方法，更重要的是，它让我理解了这些方法背后的原理和逻辑。我特别喜欢它在介绍某个新材料的应用时，会详细分析其性能优势和局限性，这对于我们选择合适的材料非常有指导意义。它还提供了许多关于仿真分析和优化设计的实用技巧，这对于我提高设计效率非常有帮助。这本书的图文并茂，色彩搭配也很协调，阅读体验非常好。
评分我必须承认，《机械设计手册》第六版第五卷的到来，彻底改变了我对技术书籍的看法。我之前接触过一些类似的书籍，但很多都显得杂乱无章，缺乏系统性。然而，这第五卷，却以一种极其专业和严谨的态度，为我呈现了一个完整的机械设计体系。书中的内容非常扎实，每一页都充满了干货，让我受益匪浅。我尤其对其中关于某个特定部件的优化设计部分印象深刻，它提供了一套系统性的方法论，让我能够从根本上解决设计中的瓶颈问题。它不仅提供了理论支持，更提供了实践指导，让我能够将理论知识转化为实际的工程成果。我喜欢它在介绍某个设计原则的时候，会追溯到其背后的物理定律，这样我就能从更深层次去理解。而且，书中的一些图示都非常精美，细节描绘清晰，能够帮助我更直观地理解复杂的机械结构。我甚至发现了一些关于绿色设计和可持续发展的相关内容，这让我对机械设计的未来有了更深的思考。总而言之，这本书是一部值得反复研读的经典之作，我强烈推荐给所有机械设计从业者。
评分终于入手了这套《机械设计手册》第六版第五卷，我简直太兴奋了！作为一名机械工程师，这套书对我来说简直就是神圣的宝典，里面的内容丰富得令人发指，几乎涵盖了我日常工作中所能遇到的一切问题。尤其是我最近正在攻克的某个复杂结构的设计，以前总是摸索着来，走了不少弯路，但有了这第五卷，感觉思路一下子就清晰了。书里对各种传动机构的原理、设计方法、计算公式以及注意事项都进行了非常详尽的阐述，而且还配了大量的图表和实例，这对于我这种需要直观理解的人来说，简直是福音。我特别喜欢它在介绍某个技术点的时候，会先从基础理论讲起，然后逐步深入到实际应用，这样我就能很好地理解背后的原理，而不是死记硬背公式。而且，它还提供了许多实用的小技巧和经验总结，这些都是在学校里学不到的，对提高工作效率和避免设计失误非常有帮助。我甚至发现了一些我之前从未接触过的新材料和新工艺的应用介绍，这让我对机械设计的未来发展有了更深的认识。这本书的编排也非常合理，章节划分清晰，索引也很完善，我能够快速地找到我需要的信息。虽然是厚厚的一本，但翻阅起来一点也不费力，纸质也很不错，印刷清晰，排版舒适。总而言之，这本书绝对是我职业生涯中不可或缺的工具书，我强烈推荐给所有机械设计领域的同仁们。
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