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第1章 绪论1

1.1 柔顺机构的优越性3

1.2 柔顺机构的挑战6

1.3 历史背景7

1.4 柔顺机构与大自然9

1.5 术语和图表10

1.5.1 柔顺机构与柔顺结构10

1.5.2 术语10

1.5.3 图表12

1.6 柔顺MEMS13

习题15

第2章 柔性与变形17

2.1 线性与非线性变形18

2.2 刚度和强度18

2.3 柔性19

2.4 位移与力载荷21

2.5 材料方面的考虑23

2.5.1 柔性梁的最大变形23

2.5.2 强度与杨氏模量之比24

2.5.3 材料选择的其他准则24

2.5.4 蠕变和应力松弛26

2.6 线性弹性变形27

2.7 能量储存30

2.8 应力刚化32

2.9 大变形分析33

2.9.1 末端受力矩载荷的梁33

2.9.2 椭圆积分解法35

2.9.3 数值方法41

习题41

第3章 失效预防45

3.1 应力46

3.1.1 主应力47

3.1.2 应力集中49

3.2 静态失效50

3.2.1 延性材料50

3.2.2 脆性材料54

3.3 疲劳失效57

3.3.1 疲劳基础57

3.3.2 疲劳失效预测57

3.3.3 疲劳极限和疲劳强度估计60

3.3.4 疲劳极限和疲劳强度修正系数60

3.3.5 表面系数61

3.3.6 尺寸系数61

3.3.7 载荷系数62

3.3.8 可靠性62

3.3.9 综合影响62

3.3.10 完全反向载荷63

3.3.11 脉动应力66

3.3.12 聚合材料的疲劳70

3.3.13 试验73

习题74

第4章 刚性构件机构79

4.1 引言80

4.1.1 活动度80

4.1.2 运动链及转化81

4.1.3 四杆机构的分类81

4.1.4 机械增益82

4.2 位置分析83

4.2.1 四杆机构：封闭形方程83

4.2.2 曲柄滑块机构：封闭形方程84

4.2.3 复数法84

4.3 速度和加速度88

4.4 运动系数89

4.4.1 四杆机构的运动系数89

4.4.2 曲柄滑块机构的运动系数90

4.5 机构综合90

4.5.1 函数生成90

4.5.2 轨迹生成91

4.5.3 运动生成92

习题93

第5章 伪刚体模型97

5.1 短臂柔铰98

5.1.1 主动力与被动力101

5.1.2 应力102

5.1.3 活动铰链104

5.2 自由端受力的悬臂（固定-铰接）梁104

5.2.1 梁变形轨迹的参数化近似法106

5.2.2 特征半径系数107

5.2.3 梁末端坐标108

5.2.4 特征半径系数的经验算法108

5.2.5 角变形近似109

5.2.6 刚度系数110

5.2.7 扭簧常数113

5.2.8 应力113

5.2.9 固定-铰接片段的实际应用115

5.3 固定-导向柔性片段117

5.4 末端受力矩载荷118

5.5 初始弯曲悬臂梁119

5.5.1 初始弯曲梁的刚度系数121

5.5.2 初始弯曲梁的应力122

5.6 铰接-铰接片段122

5.7 受力和力矩载荷的（固定-固定）片段125

5.8 模拟铰链的其他方法129

5.8.1 活动铰链130

5.8.2 被动铰链131

5.8.3 Q铰132

5.8.4 交错轴柔铰135

5.8.5 扭转铰链137

5.8.6 开口管道柔铰138

5.9 机构建模139

5.10 机构分析商业软件的应用147

习题149

第6章 力与变形的关系157

6.1 自由体图解法158

6.2 广义坐标162

6.3 功与能162

6.4 虚位移与虚功163

6.5 虚功原理165

6.6 虚功原理的应用165

6.7 固定-铰接构件的弹簧函数169

6.8 伪刚体四杆机构170

6.9 伪刚体滑块机构176

6.10 多自由度机构180

6.11 结论181

习题181

第7章 数值方法185

7.1 有限元分析186

7.2 链式算法187

第8章 柔顺机构综合197

8.1 转换刚体（运动）综合198

8.2 柔顺综合：运动静力综合206

8.2.1 附加方程和未知量206

8.2.2 方程的耦合207

8.2.3 设计约束208

8.2.4 θ0=θj的特殊情况209

8.3 其他综合方法212

8.3.1 有限位移的Burmester理论213

8.3.2 无限位移213

8.3.3 伪刚体模型的优化213

8.3.4 最优化方法213

习题213

第9章 连续模型的优化综合215

9.1 引言217

9.1.1 分布柔顺218

9.1.2 连续模型219

9.1.3 用有限元法进行弹性静力分析219

9.1.4 结构优化220

9.2 优化问题方程式221

9.2.1 目标函数、约束条件和设计变量221

9.2.2 刚性和柔性的度量222

9.2.3 多准则方程式223

9.3 尺度、形状及拓扑优化224

9.3.1 尺度优化225

9.3.2 形状优化229

9.3.3 拓扑优化230

9.4 计算方面232

9.4.1 优化算法233

9.4.2 灵敏度分析233

9.5 最佳准则法234

9.5.1 最佳准则的导出235

9.5.2 求解过程236

9.5.3 例题236

9.6 结论239

9.7 致谢239

习题239

第10章 特殊用途机构243

10.1 柔顺常力机构244

10.1.1 柔顺滑块机构的伪刚体模型244

10.1.2 尺度综合245

10.1.3 确定力的大小247

10.1.4 举例248

10.1.5 柔性铰链中应力的估算249

10.1.6 举例249

10.2 平行机构250

10.2.1 柔顺平行导向机构251

10.2.2 应用251

10.2.3 伪刚体模型253

10.2.4 其他设计因素254

习题255

第11章 双稳态机构257

11.1 稳定性259

11.2 柔顺双稳态机构260

11.3 四杆机构261

11.3.1 能量方程261

11.3.2 双稳态性能要求262

11.3.3 杨氏双稳态机构266

11.4 曲柄滑块或摇杆滑块机构269

11.4.1 能量方程270

11.4.2 双稳态性能要求270

11.4.3 各种弹簧位置举例270

11.5 双滑块机构274

11.5.1 用铰链连接滑块的双滑块机构274

11.5.2 用连杆连接滑块的双滑块机构275

11.5.3 双稳态性能要求276

11.6 弹簧波纹梁277

11.7 双稳态凸轮机构278

习题278

附录A 参考文献280

附录B 截面特性293

B.1 矩形293

B.2 圆293

B.3 空心圆293

B.4 实心半圆294

B.5 直角三角形294

B.6 等厚凸缘工字梁294

附录C 材料特性295

附录D 线弹性梁变形299

D.1 自由端受力的悬臂梁299

D.2 沿长度方向受力的悬臂梁299

D.3 受均布载荷的悬臂梁299

D.4 自由端受力矩作用的悬臂梁300

D.5 中点受力的简支梁300

D.6 沿长度方向受力的简支梁300

D.7 受均布载荷的简支梁301

D.8 一端固定另一端简支的梁301

D.9 中点受载荷的两端固定梁301

D.10 受均布载荷的两端固定梁302

D.11 一端固定另一端导向的梁302

附录E 伪刚体模型303

E.1 短臂柔铰303

E.2 自由端受垂直力作用的悬臂梁303

E.3 自由端受力的悬臂梁304

E.4 固定-导向梁306

E.5 自由端受力矩作用的悬臂梁306

E.6 初始弯曲悬臂梁307

E.7 铰接-铰接片段309

E.8 力-力矩复合的末端载荷310

附录F 椭圆积分计算311

附录G 柔顺机构的型综合313

G.1 刚性构件机构的矩阵表达式313

G.2 柔顺机构矩阵315

G.2.1 片段类型规定315

G.2.2 连接类型规定315

G.2.3 例子316

G.3 同构机构的判定317

G.3.1 刚体机构同构的检测方法317

G.3.2 柔顺机构的同构检测317

G.4 型综合319

G.5 设计要求的确定319

G.6 柔顺机构的拓扑综合320

G.6.1 片段类型枚举320

G.6.2 连接类型枚举321

G.6.3 片段和连接类型的组合结果323

G.6.4 柔顺机构的构成325

G.7 举例327

中英文名词对照332