柔顺机构设计理论与实例PDF电子书下载

第一部分 柔顺机构导论 3

第1章 柔顺机构简介 3

1.1 什么是柔顺机构？ 3

1.2 柔顺机构有哪些优点？ 5

1.3 柔顺机构带来了哪些挑战？ 6

1.4 为什么柔顺机构的应用变得越来越普遍？ 7

1.5 哪些基本概念可以帮助我们理解柔顺性？ 7

1.5.1 刚度和强度的不同 7

1.5.2 大柔度和高强度可以集于一身 8

1.5.3 产生柔性的基本方法 9

1.6 结论 11

参考文献 12

第2章 使用本书进行柔性装置设计 13

2.1 内容纲要 14

2.2 设计柔顺机构时的几点考虑 14

2.2.1 疲劳失效 14

2.2.2 获得大变形 15

2.2.3 保持高离轴刚度 16

2.2.4 力与变形之间的耦合 16

2.3 在图库中寻找思路和概念 17

2.4 柔顺机构建模 17

2.4.1 根据变形大小选择建模方法 18

2.4.2 解析建模法与近似建模法的比较 18

2.5 综合出自己的柔顺机构 18

2.5.1 修改图库中找到的概念设计 19

2.5.2 替换现有的刚体机构 19

2.5.3 从功能需求出发 19

2.6 柔顺机构设计方法总结 20

2.6.1 选择概念设计 20

2.6.2 确定设计参数的取值 20

扩展阅读 21

第二部分 柔顺机构建模 27

第3章 中行程柔性机构的分析 27

3.1 引言 27

3.2 挠曲梁的几何非线性建模 29

3.3 梁约束模型 32

3.4 实例分析：平行四边形柔性机构 35

3.5 结论 38

扩展阅读 39

第4章 大挠度变形单元的建模 41

4.1 引言 41

4.2 大挠度的弯曲方程 42

4.3 弯曲非线性方程的求解 43

4.4 例子 43

4.4.1 固定-铰接型柔性梁 43

4.4.2 固定-导向型柔性梁（双稳态机构） 45

4.5 结论 47

扩展阅读 48

参考文献 48

第5章 使用伪刚体模型 51

5.1 引言 51

5.2 平面梁的伪刚体模型 53

5.3 伪刚体模型的应用：开关机构的实例研究 56

5.3.1 设计方案Ⅰ：短臂柔性铰链（SLFP）开关 56

5.3.2 设计方案Ⅱ：柔性梁开关 57

5.3.3 设计方案Ⅲ：固定-导向型柔性梁开关 57

5.4 结论 59

致谢 59

参考文献 59

附录 伪刚体模型实例（Larry L.Howell撰写） 60

第三部分 柔顺机构综合 73

第6章 基于自由度与约束拓扑的综合 73

6.1 引言 73

6.2 基本原理 75

6.2.1 用旋量理论对运动进行建模 76

6.2.2 用旋量理论对约束进行建模 76

6.2.3 完备的自由度与约束空间图谱 78

6.2.4 运动学等效 79

6.3 FACT综合过程与案例研究 79

6.3.1 柔性球铰探针 80

6.3.2 X-Y-θz纳米定位台 81

6.4 FACT目前的功能以及未来的潜能 82

致谢 82

参考文献 82

第7章 基于拓扑优化的综合 85

7.1 什么是拓扑优化？ 85

7.2 柔顺机构的拓扑优化 86

7.3 基结构法 89

7.4 连续体法 91

7.4.1 SIMP法 91

7.4.2 均匀化法 93

7.5 讨论 94

7.6 优化算法 95

致谢 96

参考文献 96

第8章 用刚体置换法进行综合 99

8.1 定义、目的与局限性 99

8.2 刚体置换法的步骤 100

8.2.1 从刚体机构入手 100

8.2.2 从预定任务入手 103

8.2.3 从柔顺机构构型入手 103

8.2.4 如何根据载荷、应变以及运动特性选择最佳构型？ 104

8.3 简单的自行车变速器设计 105

参考文献 109

第9章 基于模块法的综合 111

9.1 引言 111

9.2 通用的模块综合法 111

9.3 基本模块 112

9.3.1 柔顺双杆组 112

9.3.2 柔顺四杆模块 113

9.4 功能特性的弹性运动学表示 113

9.4.1 柔度椭圆与瞬心 114

9.4.2 柔度椭球 115

9.4.3 特征运动旋量与特征力旋量 118

9.5 分解方法与设计实例 122

9.5.1 单点机构 122

9.5.2 运用柔度椭球设计多端口机构 126

9.5.3 基于瞬心的位移放大机构 129

9.6 结论 131

扩展阅读 132

参考文献 132

第四部分 柔顺机构图库 137

第10章 图库的组织 137

10.1 引言 137

10.2 分类 137

10.2.1 机构的组成单元 137

10.2.2 机构 139

10.2.3 分类方法的局限性 140

10.3 柔顺机构图库 140

10.4 结论 141

参考文献 141

第11章 机构的组成单元 143

11.1 柔性件 143

11.1.1 梁（beams） 143

11.1.2 转动副（revolute） 147

11.1.3 平移（translate） 164

11.1.4 虎克铰（universal） 165

11.2 刚体关节 168

11.2.1 旋转（revolute） 168

11.2.2 平移（prismatic） 169

11.2.3 虎克铰（universal） 170

11.2.4 其他 171

参考文献 172

第12章 机构 175

12.1 基本机构 175

12.1.1 四杆机构（four-bar mechanisms） 175

12.1.2 六杆机构（six-bar mechanisms） 176

12.2 运动学 178

12.2.1 平移（translational） 178

12.2.2 旋转 185

12.2.3 平移旋转 189

12.2.4 平行运动 194

12.2.5 直线 198

12.2.6 特定的运动路径 200

12.2.7 行程放大 207

12.2.8 空间定位 211

12.2.9 变胞 213

12.2.10 棘轮 216

12.2.11 锁 219

12.2.12 其他 221

12.3 动力学 223

12.3.1 能量存储 223

12.3.2 稳定性 229

12.3.3 恒力／常力 239

12.3.4 力放大器 240

12.3.5 阻尼 244

12.3.6 模态 244

12.3.7 其他 245

参考文献 247

第13章 应用实例 253

13.1 机构的组成单元：柔性单元（flexible elements） 253

13.2 机构：运动学（kinematic） 257

13.3 机构：运动力学（kinetic） 265

参考文献 287