機電一體化系統(tǒng)（附形成性考核冊）

第1章 緒論

1．1 機電一體化系統(tǒng)概述

1．2 機電一體化系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)

1．3 機電一體化系統(tǒng)的基本功能和要素

1．4 機電一體化系統(tǒng)的分類及設(shè)計方法

本章小結(jié)

本章習(xí)題

第2章 機械傳動與支承技術(shù)

2．1 機械傳動機構(gòu)

2．2 機械支承機構(gòu)

2．3 實踐應(yīng)用：滾珠絲杠副的設(shè)計與選型

本章小結(jié)

本章習(xí)題

第3章 傳感檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)

3．1 傳感檢測技術(shù)概述-

3．2 機電一體化系統(tǒng)中常用的傳感器

3．3 傳感器的選用原則及使用方法

3．4 信號變換電路

3．5 傳感器測量電路與計算機接口

3．6 實踐應(yīng)用：汽車防撞檢測系統(tǒng)設(shè)計

本章小結(jié)

本章習(xí)題

第4章 伺服驅(qū)動技術(shù)

4．1 脈寬調(diào)制技術(shù)

4．2 步進電動機及其驅(qū)動控制方式

4．3 直流伺服電動機及其驅(qū)動控制

4．4 交流伺服電動機及其驅(qū)動控制

4．5 實踐應(yīng)用：自動送粉器的交流伺服傳動控制設(shè)計

本章小結(jié)

本章習(xí)題

第5章 系統(tǒng)控制技術(shù)

5．1 機電一體化自動控制技術(shù)概述

5．2 計算機控制技術(shù)

5．3 PLC技術(shù)

5．4 實踐應(yīng)用：基于PLC的控制系統(tǒng)設(shè)計

5．5 嵌入式技術(shù)

5．6 實踐應(yīng)用：嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)實例

本章小結(jié)

本章習(xí)題

第6章 典型機電一體化產(chǎn)品——工業(yè)機器人

6．1 工業(yè)機器人概述

6．2 串聯(lián)機器人

6．3 并聯(lián)機器人概述

6．4 工業(yè)搬運機器人概述

本章小結(jié)

本章習(xí)題

第7章 典型機電一體化產(chǎn)品——FMS

7．1 FMS概述

7．2 FMS中的加工工作站控制技術(shù)

7．3 實踐應(yīng)用：FMS中加工工作站的裝配

本章小結(jié)

本章習(xí)題

第8章 新型機電一體化產(chǎn)品

8．1 3D打印機

8．2 三維掃描儀

本章小結(jié)

本章習(xí)題

參考文獻2100433B

《機電一體化系統(tǒng)（附形成性考核冊）》是結(jié)合當(dāng)前我國經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的形勢要求，力求培養(yǎng)實用型、應(yīng)用型、創(chuàng)新型（技術(shù)技能復(fù)合型）人才，并根據(jù)工科課程的特點，結(jié)合“三導(dǎo)——導(dǎo)思、導(dǎo)學(xué)、導(dǎo)做”教學(xué)法而編寫的一本創(chuàng)新型教材。《機電一體化系統(tǒng)（附形成性考核冊）》以“思”為主線貫穿整個編寫過程，以章節(jié)形式來講授知識；針對教學(xué)大綱中的章節(jié)要求，融合了一些實驗，使得理論與工程實踐的結(jié)合更加緊密。全書共分8章，第1章緒論，介紹了機電一體化系統(tǒng)概述、相關(guān)技術(shù)、基本功能和要素、分類及設(shè)計方法，第2章介紹了機械傳動與支承技術(shù)，第3章介紹了傳感檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)，第4章介紹了伺服驅(qū)動技術(shù)，第5章介紹了系統(tǒng)控制技術(shù)，第6和第7章介紹了典型機電一體化產(chǎn)品——工業(yè)機器人和柔性制造系統(tǒng)，第8章介紹了新型機電一體化產(chǎn)品。

《機電一體化系統(tǒng)（附形成性考核冊）》可作為開放大學(xué)、成人高校、高職院校專科機電類、機械類、電子類、控制類等專業(yè)的“機電一體化系統(tǒng)”課程教材，也可作為自考等學(xué)校教材以及相關(guān)行業(yè)工程技術(shù)人員的參考書。

量化考核與非量化考核

績效考核包含量化考核（定量）與非量化考核（定性），量化考核是績效考核的其中一種方法。

績效量化考核量化考核

NEC的量化考核 量化考核（定量）：如個人或部門完成產(chǎn)品生產(chǎn)的數(shù)量；月、季、年銷售額等等可以用準(zhǔn)確數(shù)據(jù)表示的。量化考核就是將數(shù)理統(tǒng)計方法引入考核中，將整個考核內(nèi)容分解成若干指標(biāo)，以定量的形式為定性考核提供量化的依據(jù)，使定性更為準(zhǔn)確，盡可能排除和糾正主觀評價的偏頗。

績效量化考核非量化考核

非量化考核（定性）：如工作態(tài)度、與部門人員的配合等等無法用準(zhǔn)確數(shù)據(jù)表示的。

人力資源管理專家——分析員認(rèn)為，績效考核指標(biāo)有些適合定性考核，有些適合定量考核，定量指標(biāo)側(cè)重于考核工作的結(jié)果，定性指標(biāo)側(cè)重于考核工作的過程。有效平衡定量指標(biāo)與定性指標(biāo)在績效考核中的關(guān)系，是合理發(fā)揮量化績效考核指標(biāo)的前提。合理的將績效考核指標(biāo)進行量化不僅可以增強考核的準(zhǔn)確性，避免受到評估人主觀傾向性的影響，還可以使被考核者對考核結(jié)果的認(rèn)同和信服感增強。

馬氏體由奧氏體急速冷卻（淬火）形成，這種情況下奧氏體中固溶的碳原子沒有時間擴散出晶胞。當(dāng)奧氏體到達馬氏體轉(zhuǎn)變溫度（Ms）時，馬氏體轉(zhuǎn)變開始產(chǎn)生，母相奧氏體組織開始不穩(wěn)定。在Ms以下某溫度保持不變時，少部分的奧氏體組織迅速轉(zhuǎn)變，但不會繼續(xù)。只有當(dāng)溫度進一步降低，更多的奧氏體才轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。最后，溫度到達馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束溫度Mf，馬氏體轉(zhuǎn)變結(jié)束。馬氏體還可以在壓力作用下形成，這種方法通常用在硬化陶瓷上（氧化釔、氧化鋯）和特殊的鋼種（高強度、高延展性的鋼）。因此，馬氏體轉(zhuǎn)變可以通過熱量和壓力兩種方法進行。

馬氏體和奧氏體的不同在于，馬氏體是體心正方結(jié)構(gòu)，奧氏體是面心立方結(jié)構(gòu)。奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變僅需很少的能量，因為這種轉(zhuǎn)變是無擴散位移型的，僅僅是迅速和微小的原子重排。馬氏體的密度低于奧氏體，所以轉(zhuǎn)變后體積會膨脹。相對于轉(zhuǎn)變帶來的體積改變，這種變化引起的切應(yīng)力、拉應(yīng)力更需要重視。

馬氏體在Fe-C相圖中沒有出現(xiàn)，因為它不是一種平衡組織。平衡組織的形成需要很慢的冷卻速度和足夠時間的擴散，而馬氏體是在非?？斓睦鋮s速度下形成的。由于化學(xué)反應(yīng)（向平衡態(tài)轉(zhuǎn)變）溫度高時會加快，馬氏體在加熱情況下很容易分解。這個過程叫做回火。在某些合金中，加入合金元素會減少這種馬氏體分解。比如，加入合金元素鎢，形成碳化物強化機體。由于淬火過程難以控制，很多淬火工藝通過淬火后獲得過量的馬氏體，然后通過回火去減少馬氏體含量，直到獲得合適的組織，從而達到性能要求。馬氏體太多將使鋼變脆，馬氏體太少會使鋼變軟。

性能

眾所周知，馬氏體是強化鋼件的重要手段，而且一般認(rèn)為，馬氏體是一種硬而脆的組織，尤其是高碳片狀馬氏體。要想提高淬火鋼的塑性和韌性，必須用提高回火溫度的方法，犧牲部分強度而換取韌性，就是說強度和塑性很難兼得。但是近年來的研究工作表明，這種觀點只是適用于片狀馬氏體，而板條狀馬氏體不是這樣，板條狀馬氏體不但具有很高的強度而且具有良好的塑性和韌性，同時還具有低的脆性轉(zhuǎn)變溫度，其缺口敏感性和過載敏感性都較低。

馬氏體的硬度和強度

鋼中馬氏體機械性能的顯著特點是具有高硬度和高強度。馬氏體的硬度主要取決于馬氏體的含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)。馬氏體的硬度隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而升高，當(dāng)含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)達到0.6%時，淬火鋼硬度接近最大值，含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)進一步增加，雖然馬氏體的硬度會有所提高，但由于殘余奧氏體數(shù)量增加，反而使鋼的硬度有所下降。合金元素對鋼的硬度關(guān)系不大，但可以提高其強度。

馬氏體具有高硬度和高強度的原因是多方面的，其中主要包括固溶強化、相變強化、時效強化以及晶界強化等。

(1)固溶強化。首先是碳對馬氏體的固溶強化。過飽的間隙原子碳在a相晶格中造成晶格的正方畸變，形成一個強烈的應(yīng)力場。該應(yīng)力場與位錯發(fā)生強烈的交換作用，阻礙位錯的運動從而提高馬氏體的硬度和強度。

(2)相變強化。其次是相變強化。馬氏體轉(zhuǎn)變時，在晶格內(nèi)造成晶格缺陷密度很高的亞結(jié)構(gòu)，如板條馬氏體中高密度的位錯、片狀馬氏體中的孿晶等，這些缺陷都阻礙位錯的運動，使得馬氏體強化。這就是所謂的相變強化。實驗證明，無碳馬氏體的屈服強度約為284Mpa,此值與形變強化鐵素體的屈服強度很接近，而退火狀態(tài)鐵素體的屈服強度僅為98~137Mpa，這就說明相變強化使屈服強度提高了147~186MPa

(3)時效強化。時效強化也是一個重要的強化因素。馬氏體形成以后，由于一般鋼的點Ms大都處在室溫以上，因此在淬火過程中及在室溫停留時，或在外力作用下，都會發(fā)生自回火。即碳原子和合金元素的原子向位錯及其它晶體缺陷處擴散偏聚或碳化物的彌散析出，釘軋位錯，使位錯難以運動，從而造成馬氏體的時效強化。

(4)原始奧氏體晶粒大小及板條馬氏體束大小對馬氏體強度的影響。原始奧氏體晶粒大小及板條馬氏體束的尺寸對馬氏體強度也有一定影響。原始奧氏體晶粒越細小、馬氏體板條束越小，則馬氏體強度越高。這是由于相界面阻礙位錯的運動造成的馬氏體強化。

馬氏體的塑性和韌性

馬氏體的塑性和韌性主要取決于馬氏體的亞結(jié)構(gòu)。片狀馬氏體具有高強度高硬度，但韌性很差，其特點是硬而脆。在具有相同屈服強度的條件下，板條馬氏體比片狀馬氏體的韌性好很多，即在具有較高強度、硬度的同時，還具有相當(dāng)高的韌性和塑性。

其原因是由于在片狀馬氏體中孿晶亞結(jié)構(gòu)的存在大大減少了有效滑移系；同時在回火時，碳化物沿孿晶不均勻析出使脆性增大；此外，片狀馬氏體中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)高，晶格畸變大，淬火應(yīng)力大，以及存在大量的顯微裂紋也是其韌性差的原因。而板條馬氏體中含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)低，可以發(fā)生“自回火”，且碳化物分布均勻；其次在胞狀位錯亞結(jié)構(gòu)中位錯分布不均勻，存在低密度位錯區(qū)，為位錯提供了活動余地，由于位錯運動能緩和局部應(yīng)力集中。

為什么片狀馬氏體和板條馬氏體在性能上有很大的差異呢？近年來做了大量的研究工作，有關(guān)使馬氏體強度高的原因是很多的，如碳原子的固溶強化、相變強化以及時效強化等，其中以碳原子強化起主要作用，而且馬氏體中固溶的碳越多強度也越高，所以馬氏體有很高的強度；但韌性的變化卻隨馬氏體中含碳量的增加而下降，當(dāng)馬氏體含碳量很高時（大于0.6%C）即使經(jīng)過低溫回火韌性也很低，為了弄清楚影響韌性的原因，作了如下實驗，研究了馬氏體的亞結(jié)構(gòu)和韌性的關(guān)系。用含碳量為0.35%的碳鋼，淬火后得到位錯型的板條狀馬氏體，其強度和韌性都比較高，為了改變其亞結(jié)構(gòu)，在該種鋼中加入鉻元素，隨著鉻含量的增加，馬氏體的亞結(jié)構(gòu)由位錯型向?qū)\晶型轉(zhuǎn)化，即孿晶型馬氏體數(shù)量逐漸增加，位錯型馬氏體數(shù)量逐漸減少，經(jīng)測定其斷裂韌性KIC逐漸降低，而且發(fā)現(xiàn)，在屈服強度相同的條件下，亞結(jié)構(gòu)為位錯型的馬氏體的斷裂韌性高于亞結(jié)構(gòu)為孿晶型的馬氏體的斷裂韌性。經(jīng)過回火后仍然是位錯型的馬氏體的斷裂韌性高于孿晶型馬氏體的斷裂韌性。這個規(guī)律已用大量的實驗得到了證實。斷裂韌性值位錯馬氏體比孿晶馬氏體高三倍，而馬氏體的韌性主要決定于馬氏體的亞結(jié)構(gòu)。

為什么亞結(jié)構(gòu)為位錯型的馬氏體韌性高，而孿晶型馬氏體的韌性低呢？這是因為位錯型馬氏體有一定的塑性變形能力，可以緩沖矛盾。而孿晶馬氏體不能發(fā)生塑性變形，另外，孿晶面的存在，在回火時碳化物沿孿晶面析出，造成碳的分布不均勻，因而使片狀馬氏體很脆。