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本書共8章，主要內(nèi)容包括緒論、平面約束與自由度、線矢量與旋量、約束與自由度代數(shù)分析方法、約束與自由度幾何分析方法、撓性機構(gòu)運動學(xué)設(shè)計、機械連接運動學(xué)設(shè)計、調(diào)平機構(gòu)運動學(xué)設(shè)計。附錄部分提供了一些實物圖和線性代數(shù)的基本概念以幫助讀者學(xué)習(xí)該課程。
本書可作為機械、儀器類高年級本科生、研究生教材，也可作為相關(guān)領(lǐng)域科技人員的參考用書。

動學(xué)原理主要研究物體的約束、自由度及其相互關(guān)系問題，兼具認知運動的科學(xué)意義和指導(dǎo)機械設(shè)計的應(yīng)用價值。運動學(xué)設(shè)計可以理解為運動學(xué)原理在機械設(shè)計中的應(yīng)用。它注重以理論最少的約束數(shù)目和正確的約束方式限制零件的運動，使其具有需要的自由度。符合這種原則的機械結(jié)構(gòu)具有運動確定、重復(fù)精度高以及元件變形小等優(yōu)點，如運動學(xué)軸系、運動學(xué)支撐以及光學(xué)調(diào)整架等。然而，傳統(tǒng)機械類教材對運動學(xué)原理介紹較少，學(xué)生對此了解不多，設(shè)計師主要基于靈感和經(jīng)驗設(shè)計運動學(xué)結(jié)構(gòu)，對其中的原理難與外人道。直覺思維對機械設(shè)計固然重要，但具有隨機性，既難于處理復(fù)雜問題，又可能導(dǎo)致錯誤。有鑒于此，本書旨在系統(tǒng)介紹運動學(xué)原理的概念、方法及應(yīng)用。在寫作過程中，作者注重機械設(shè)計的理性思維，強調(diào)有的放矢，貼近應(yīng)用，所用案例多取材于實際，同時嘗試采取新的方法和思路處理一些問題：
1）采用3維數(shù)組分析平面約束和自由度，具有數(shù)學(xué)簡單、便于理解的特點，同時為后續(xù)學(xué)習(xí)旋量理論提供鋪墊，對傳統(tǒng)機械原理教學(xué)具有借鑒意義。
2）對旋量概念追本溯源，從力系和運動特征量的角度引入力旋量和運動旋量，突出概念的由來和物理意義，體現(xiàn)知識的發(fā)展過程，避免使之成為無源之水、無根之木。
3）系統(tǒng)闡述串聯(lián)連接和并聯(lián)連接的約束和自由度分析方法，提供了豐富的運動學(xué)設(shè)計案例，特別是以調(diào)平機構(gòu)為例，完整地介紹了運動學(xué)原理在機構(gòu)分析和綜合中的應(yīng)用，展示其在機構(gòu)優(yōu)化和新機構(gòu)創(chuàng)造方面的實用價值。
本書是中國科學(xué)院大學(xué)立項教材，面向的讀者是機械工程、儀器科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)的研究生、本科生以及相關(guān)領(lǐng)域的科技人員。希望讀者通過本書系統(tǒng)掌握運動學(xué)原理的理論和方法，提高設(shè)計水平和創(chuàng)新能力。
全書成稿得益于師長、同事、朋友的幫助以及家人的支持，在此表示衷心的感謝。感謝中國科學(xué)院大學(xué)教材出版基金的資助以及中國科學(xué)院大學(xué)光電學(xué)院、中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所的大力支持。冗繁削盡留清瘦，畫到生時是熟時。雖然幾經(jīng)修改，書中難免存在錯誤和不妥之處，懇請讀者批評指正。
編者

前言
第1章緒論1
11機械與儀器1
12機構(gòu)組成的基本概念2
121構(gòu)件2
122運動副2
123運動鏈4
124機架4
13機械設(shè)計基本原理6
131確定性6
132簡潔性6
133獨立性6
134對稱性6
135結(jié)構(gòu)環(huán)最短6
136共線原理7
1373原理8
14運動學(xué)原理的內(nèi)容9
15運動學(xué)原理的應(yīng)用10
151機械連接的自由度分析10
152機械連接的約束設(shè)計11
153多自由度并聯(lián)機構(gòu)綜合12
16運動學(xué)原理的發(fā)展12
思考與練習(xí)14
參考文獻14
第2章平面約束與自由度17
213維矢量17
211定義與運算17
212分量與坐標19
22力、力矩與力偶21
221力21
222力矩22
223力偶23
23直線的矢量方程23
24平面力系26
241特征量26
242表示方法27
25平面運動30
251特征量31
252表示方法32
26平面約束與自由度分析方程34
27平面機構(gòu)中的約束和自由度38
271串聯(lián)平面機構(gòu)38
272并聯(lián)平面機構(gòu)39
28平面約束與自由度幾何關(guān)系43
29平面機構(gòu)自由度公式45
思考與練習(xí)49
參考文獻50
第3章線矢量與旋量51
31線矢量51
32旋量54
33力旋量57
331力系的特征量57
332力螺旋、力與力偶矩59
34運動旋量62
341一般運動的特征量62
342運動螺旋、轉(zhuǎn)動與平動63
35力系的功率67
36互易積68
37力系平衡與靜定、超靜定69
371力系平衡69
372靜定與超靜定74
思考與練習(xí)78
參考文獻79
第4章約束與自由度代數(shù)分析方法80
41約束80
42自由度83
43約束的虛功率85
44運動副的約束與自由度87
45串聯(lián)連接的約束分析92
451串聯(lián)連接約束分析方程92
452分析案例95
46并聯(lián)連接的自由度分析100
461并聯(lián)連接自由度分析方程100
462分析案例103
47物體的位姿108
471物體的位姿描述108
472物體的確定位姿110
48空間機構(gòu)自由度公式114
思考與練習(xí)114
參考文獻115
第5章約束與自由度幾何分析方法116
51約束線116
52自由度線117
53約束線與自由度線位置關(guān)系118
531力約束線與自由度線的位置
關(guān)系119
532力偶約束線與自由度線的位置
關(guān)系120
54約束與自由度互補原理121
55約束與自由度幾何模型123
56非冗余約束模式127
5611條力約束線127
5622條力約束線128
5633條力約束線129
57運動學(xué)綜合131
58應(yīng)用案例133
581球面并聯(lián)機構(gòu)133
582螺旋運動機構(gòu)135
思考與練習(xí)135
參考文獻136
第6章?lián)闲詸C構(gòu)運動學(xué)設(shè)計137
61細桿138
62薄板140
63并聯(lián)薄板142
64串聯(lián)薄板143
65快速反射鏡機構(gòu)綜合146
思考與練習(xí)149
參考文獻149
第7章機械連接運動學(xué)設(shè)計150
71滾動軸承150
711基本概念151
712組合結(jié)構(gòu)153
72軸系154
721圓柱軸系154
722圓錐軸系155
723圓柱圓錐軸系155
724平面止推軸系156
73導(dǎo)軌157
731基本概念157
732約束分析158
74傳動連接160
741轉(zhuǎn)動傳動連接160
742直線傳動連接163
743螺旋傳動連接165
75運動學(xué)支撐169
思考與練習(xí)171
參考文獻172
第8章調(diào)平機構(gòu)運動學(xué)設(shè)計173
81三螺旋調(diào)平機構(gòu)175
8113HSE調(diào)平機構(gòu)175
8123HSC調(diào)平機構(gòu)178
8133HSV調(diào)平機構(gòu)179
814HSC&HSV&HSE調(diào)平機構(gòu)180
82兩螺旋調(diào)平機構(gòu)181
821直角SC&HSV&HSE調(diào)平機構(gòu)181
822兩螺旋調(diào)平原理183
823標準SCHSVHSE調(diào)平機構(gòu)185
83從調(diào)平到跟蹤186
831目標矢量186
832光軸矢量188
833目標跟蹤運動學(xué)方程190
834跟蹤盲區(qū)運動學(xué)分析193
835并聯(lián)跟蹤架綜合194
思考與練習(xí)199
參考文獻199
附錄200
附錄A實物圖200
附錄B線性代數(shù)基本概念202

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