机械装置的图谱化创新设计

前言

第1章 绪论

1.1 创新设计

1.2 基本概念

1.2.1 机械装置的基本组成元素：构件与运动副

1.2.2 运动链、结构与机构

1.2.3 机械装置的简化表达

1.2.4 自由度与约束

1.2.5 结构分析与结构综合

1.3 典型的机械装置

1.4* 几种常用创新设计方法的比较

1.5 本书内容

参考文献

第2章 图谱法的雏形一一精确约束设计原理

2.1 自由度线与约束线

2.1.1 自由度线

2.1.2 约束线

2.1.3 自由度（或约束）线图

2.2 自由度（约束）的等效线

2.3 冗余线

2.4 自由度线图与约束线图之间的对偶关系一一图谱法的萌芽

2.5 基于图谱法的瞬时自由度分析

2.5.1 自由度计算的基本公式

2.5.2 自由度分析的图谱法

2.5.3 实例分析

2.6 本章小结

参考文献

第3章 线图分析法的数学基础

3.1 自由度线与约束线的数学描述

3.1.1 直线与Plucker坐标

3.1.2 偶量与Plucker坐标

3.1.3 直线与偶量的物理意义

3.2 自由度线与约束线之间对偶关系的数学描述

3.2.1 两直线的互易积

3.2.2 直线与偶量的互易积

3.2.3 两偶量的互易积

3.3 自由度（约束）线图的数学描述

3.3.1 线集、线簇及分类

3.3.2 不同几何条件下的线集相关性判别

3.3.3 线空间

3.3.4 偶量空间

3.3.5 自由度（或约束）等效线的数学解释

3.3.6 子空间

3.4 自由度线图与其对偶约束线图之间几何关系的数学描述

3.4.1 线簇及偶量集的互易积

3.4.2 Blanding法则的广义化

3.4.3 对偶线（子）空间的求解

3.5 自由度与对偶约束图谱

3.5.1 自由度&约束线空间图谱（只含直线及偶量）的绘制

3.5.2 实例分析

3.6 本章小结

参考文献

第4章 图谱法创新设计初探

4.1 两个简单的构型设计实例

4.2 同维子空间

4.3 常见运动副的自由度&约束线图

4.3.1 简单运动副的自由度&约束线图

4.3.2 运动子链的自由度&约束线图

4.3.3 复杂铰链的自由度&约束线图

4.4 图谱法构造运动链

4.4.1 特定约束作用下的运动副空间

4.4.2 利用约束&自由度线图构造运动链

4.4.3 不同自由度&约束线图下所对应的常用运动链

4.5 运动副（或约束）空间的分解

4.6 一个稍复杂的设计实例

4.7 本章小结

参考文献

第5章 图谱设计的旋量解析

5.1 旋量及其互易性

5.1.1 旋量

5.1.2 运动旋量和力旋量

5.1.3 旋量的互易积

5.1.4 特殊几何条件下的互易旋量对

5.2 旋量系及其互易性

5.2.1 旋量系的定义

5.2.2 旋量系维数（或旋量集的相关性）的一般判别方法

5.2.3 特殊几何条件下旋量系（旋量集）的维数——特殊旋量系

5.2.4* 旋量系的分类及其线图表达

5.3 互易旋量系一一自由度空间与约束空间

5.3.1互易旋量系

5.3.2 旋量系与其互易旋量系之间的几何关系

5.3.3 互易旋量空间线图表达及图谱绘制

5.3.4 自由度空间与约束空间

5.4 旋量空间中包含同维线子空间的条件

5.4.1 理论基础

5.4.2 设计实例

5.5 本章小结

参考文献

第6章 典型机械装置的自由度&约束线图

6.1 机构自由度分析中的困难与困惑

6.2 经典机构及其自由度&约束线图

6.3 可提供刚性约束的可拆连接

6.4 一些典型的单自由度机械约束装置

6.5* 位移子群&子流形与自由度&约束线图之间的映射

6.6 本章小结

参考文献

第7章 并／混联机械装置的创新设计

7.1 并／混联机器及其应用

7.2 并联机构中的旋量系及旋量空间

7.3 并联机构的图谱化构型综合

7.3.1 实用型并联机构的构型分布特征

7.3.2 一般综合过程

7.3.3 并联机构驱动副的选取

7.3.4 构型综合实例

7.4 混联装置的图谱化创新设计

7.4.1 五轴混联机械装置的结构特点

7.4.2 一种高灵活性五轴混联机床的构型综合实例

7.5 本章小结

参考文献

第8章 柔性设计

8.1 柔性机构及其应用

8.2 与柔性有关的基本术语及主要性能指标

8.3 材料选择

8.4 加工方法概述

8.5 基本柔性单元及其等效自由度（或约束）模型

8.5.1 基本柔性单元

8.5.2 基本柔性单元（对称结构）的等效自由度或约束模型

8.6 常见柔性铰链及柔性机构的分类

8.6.1 柔性铰链的分类与枚举

8.6.2 常用柔性模块（机构）的分类

8.7 柔性机构自由度分析的图谱法和解析法

8.7.1 柔性机构自由度分析的图谱法

8.7.2* 柔性机构自由度分析的解析法

8.8 柔性机构构型综合的图谱法

8.8.1 构型综合的基本思路

8.8.2 并联式柔性机构的构型综合

8.8.3 串／混联式柔性机构的构型综合

8.9 并／混联柔性机构构型设计的深层考虑

8.9.1 简单全并联的实现条件

8.9.2 柔性机构的混联实现

8.9.3 柔性机构的驱动空间

8.9.4 大行程柔性精微机构的构型综合

8.10 柔性装置图谱化创新设计的应用实例

8.10.1 一种模块化、可重构柔性教具的设计与使用

8.10.2 柔性重力梯度敏感机构的概念设计

8.11* 柔性机构创新设计的几种主要方法概述

8.11.1 与图谱法相关的几种设计方法

8.11.2 其他几种构型设计方法

8.12 本章小结

参考文献

附录A 柔度矩阵的建模与坐标变换

A.1 柔度的坐标变换

A.2 空间柔度矩阵的建模

A.3 实例

参考文献

构型是机械装置及装备创新的原始基础。受传统图谱法在平面机构及并联机构运动综合中成功应用的启发，建立了一套适用于复杂机构及装备的图谱化构型设计方法。通过将抽象设计与形象设计相结合，期望为工程师提供一种简单实用的创新设计手段。