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基于MATLAB的RRR平面连杆机构的动态仿真[3]【12100字】【优秀机械毕业设计论文】

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基于MATLAB的RRR平面连杆机构的动态仿真[3]【】【优秀机械毕业设计论文】.rar

RRR-RRR六杆动力学

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RRR-RRR六杆运动学

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RRR四杆动力学

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RRR四杆运动学

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外文翻译

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运动模型图片

RRR-RRR六杆机构动力学模型.jpg

RRR-RRR六杆机构运动学模型.jpg

RRR四杆机构动力学模型.jpg

RRR四杆机构运动学模型.jpg

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关键词：: 基于 matlab rrr 平面连杆机构动态仿真优秀优良机械毕业设计论文

资源描述：

文档包括:
说明书一份,43页,12100字左右.
开题报告一份.
任务书一份.
外文翻译一份.
RRR-RRR六杆动力学
RRR-RRR六杆运动学
RRR四杆动力学
RRR四杆运动学
运动模型图片

目录
1 绪论
1.1选题的依据及意义 1
1.2国内外研究概况及发展趋势 1
1.3研究内容及实验方案 4
2 曲柄、RRRⅡ级杆组的MTALAB运动学仿真
2.1用MATLAB实现牛顿-辛普森求解 5
2.2用MATLAB进行速度分析 6
2.3曲柄、RRRⅡ级杆组MATLAB运动学仿真模块 7
2.4四杆机构的MATLAB运动学仿真 10
2.5四杆机构MATLAB运动学仿真结果 12
3 曲柄、RRRⅡ级杆组的MTALAB动力学仿真
3.1曲柄、RRRⅡ级杆组MATLAB动力学仿真模块 15
3.2四杆机构的MATLAB动力学仿真 19
3.3四杆机构MATLAB仿真模型的初值确定 21
3.4四杆机构MATLAB动力学仿真结果 21
4 RRR-RRR六杆机构的MTALAB运动学仿真
4.1 RRR-RRR六杆机构 24
4.2 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模型 24
4.3 RRR-RRR六杆机构MATLAB真模块 26
4.4 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块中初值的确定 27
4.5 RRR-RRR六杆机构MATLAB运动学仿真结果 29
5 RRR-RRR六杆机构的MTALAB动力学仿真
5.1 RRR-RRR六杆机构 33
5.2 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模型 33
5.3 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块 35
5.4 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块中初值的确定 38
5.5 RRR-RRR六杆机构MATLAB运动学仿真结果 38
总结 41
参考文献 42
致谢 43

论文摘要
RRR平面连杆机构的动态仿真

摘要：平面连杆机构的动态仿真分为机构的运动分析和动力分析两种。机构的运动分析，主要获得机构中某些构件的位移、角速度和角加速度，以及某些点的轨迹、速度和加速度，它是机械设计及评价机械运动和动力性能的基础，也是分析现有机械优化综合新机械的基本手段；机构的动力分析，主要是在运动学分析的基础上，由已知工作阻力，求出运动副的约束反力和驱动力（或力矩），为选择和设计轴承、零部件强度的计算及选择原动机提供理论依据。
本文用矢量和矩阵理论建立了适用于MATLAB／SIMULINK仿真的曲柄、RRRⅡ级杆组运动学和动力学数学模型，以该数学模型编制了M函数仿真模块，对给定的RRR四杆机构和RRR-RRR六杆机构进行了建模和仿真，通过仿真得到各转动副的反力及驱动力矩．其主要目的是以构成机构的基本杆组为仿真模块，搭建杆组MATLAB／SIMULINK仿真模型，可以对不同类型平面连杆机构进行运动学和动力学仿真和分析。

关键词：连杆机构运动学动力学 MATLAB/SIMULINK 仿真

指导老师签名：

Dynamic Simulation of RRR Planar Linkage

Student name: Li Bao Long class: 0781051

Supervisor: Zhu Bao Li
Abstract: Dynamic simulation of planar linkage is divided into two types of kinematic analysis and dynamic analysis. The Kinematic analysis, which is the basis of the mechanical design, evaluation of mechanical motion and the dynamic performance, and it is the basic of Analyze Optimal Synthesis of new machinery of existing machinery. the main access to institutions of certain components of the displacement, angular velocity and angular acceleration, and some points of track, speed and acceleration. The Dynamic Analysis, which provides a theoretical basis for Selecting and designing of bearings, parts strength calculation and selection of the original motivation, Constraints derived anti-vice campaign and the drive force (or torque) based on the analysis of kinematics and the Working resistance.
In this paper, using vector and matrix theory applicable to the MATLAB / SIMULINK simulation of the crank, RRR Ⅱ class bar group mathematical model of kinematics and dynamics, and using this mathematical model draw up M Function Simulation Module, a RRR four -bar linkage and a RRR-RRR six institutions were taken as example ,the procedures of modeling and simulating. Obtain the deputy of the anti-rotation force and driving torque through the simulation. Its main purpose is to constitute the body of the bar group Simulation Module, building the MATLAB / SIMULINK simulation model for the bar group, to do the kinematic and dynamic simulation and analysis for different types of planar linkage.
Keyword: Linkage Kinematics Dynamics MATLAB/SIMULINK Simulation

内容简介：: 伪陀一 , , ,卜, ,一一 , , 一一 ,一一一 ,一 ,一一一几 , 月触一, 仃别始朽 , ,一介 , , , , , , 一们触一一 ,一 ,初而 , , , , ,月 , 林 , 一, , , , 面一 , , 口。 , 尸, 卜、、。 ” ”一梦肠一五七刃凡、苏 , 。 , , , , ,比、少、住了,凡 ,古才、了、城五力艺人肠二百刀,月产、几 ,产尸了、产、场峨月。凡一 , , 一 ,代 , 蟋人介、夕了百才布、场。, ,一一一夕一七一, 份一喜大。 , 二、、、 , 、, 二几乙肚二立色一二二二丫二二二一二二丫、。分的 , , 峥的, 一 ” 凡 “ 、凡伪, 廿均 ,、、、夕八尸了、了飞、压为五亿一一石力艺一了了、 , ,蟋一、脱、 , 一均。一、 ,产、少,气几几了、 ,么一 , “ 。 “ 、号一 “, , “ , ,号 “ “ 。 “ 。号、百 , , 百。十百 , 万 ” , 、, 一百 “ 百。万 “ , 一百 , 百 “刀于卜 , 一乙咬因况 “ ,凡、鲁凡凡号一五五月一凡、、” 一氏线蜘万一热叼万况, 二鲁、百 “ 蕊 , , ,左君凡于一凡、号初一一幼一叮 ,血伪 ,伪月五叙脚七切就 “ 】斤月免】】 , 吐恤因盆笑功幻一一八一一, ,一一幻一幻 “ 因月魁尸理户田叭 , 协,一一,一叭城城城嶙城二、、厂 ,卜一一匀从忆叭帆帆田田叭一 ,州比七甩伪认而一 , ,一 , 伪议 , 池出伪田甩一 , 伪 , 田油 ,面田肚 , , 恤, 一一,一一 , 一, , , , , , , 一 , 一 , 一。二乙乙。匆匆。妙妙又又岁岁使产 , 。叭甘甘甘甘二上工以吠可班班班 ,月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月月吐吐寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸寸呢可旅旅旅减减心心心心心心心心心心心心心心心心心心心心含含上工上上 , 工二以日日峨咋咋成可筑筑筑筑儿工人又二翻田岛岛田忍傲傲左左玉以以肠肠。区价 , 角角刀刀刀一一几 ,姐肚肚忍忍一一忍朽朽一班刀叭书书忍忍一一几田 ,王曰曰乍沪沪以田田一一幻肛田 ,幻叮叮一一崛麟 ,兀心明明用用盯泊泊一一川川组仪阶一一丘份份份岛锹月月口口双泌钾田田 , 肠肠肠一一从肠叭田田田峨困困砚份份一旅臼岛招招一一瓜宙份份份田瓜拍终钾兀兀觅田拍一拍介代一一一伽, 而一一一 ,一一, 一 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2=B+A、，所以，这个结果定义如下：弹簧：由公式（ 1） ),B 分别为其中，由此可得，当趋于无穷大时，连接的刚度是刚性的。当考虑梁末端的相对位移时，构件两末端的轴向位移分别为部件末端的横向位移分别为因此：构件末端轴向应力：构件末端力矩：构件末端剪应力：由公式（ 2） 3),半刚性连接构件的结构刚度矩阵是由公式（ 14）而导出的：刚性连接钢架的几何非线性影响二阶效应包括横向位移关于垂直力的影响（）和构件挠度关于轴向力的影响（结构的变形将会带来附加内力，同时这个附加内力也会导致结构变形，就这样不断地重复。二阶效应一直以来对钢架的稳定性造成不利的影响。尤其是对于那些有很多层次和那些抗侧刚度不足的钢架，他的影响是更显而易见的。当钢架是由计算机考虑二阶效应的时候，几何刚度矩阵应该结合在单元刚度矩阵中其中，轴向应力是拉应力时， P 为正值。这个单元刚度矩阵考虑半刚性连接和二阶效应为：为了简单地进行钢架分析，它规定所用材料限制在塑料材料类的构件的屈服区域。换句话说，所用材料的所有截面都含有双线性的理想的力矩曲率的弹塑性关系。当截面的力矩低于塑料材料截面的力矩面就表现除了弹性的特性。一旦截面的力矩超出了塑料材料截面的力矩，塑性铰就会起作用并且更多的力矩将不会被截面提供。当结构必须承受被带来的更多载荷的时候，它规定截面力矩要等于常数塑料材料的力矩那样，铰接的旋转就产生了。带有塑料铰的梁柱的构件末端载荷增量的关系如下面的公式 16 所示： 3 计算实例算程序钢架的分析程序考虑到半刚性连接，几何非线性和材料非线性已经被编译于公式翻译语言这本书中。这个程序包括一些子程序。一个是半刚性连接构件的单元刚度矩阵，在承受载荷的时候，矩阵中的每一个因素都应该根据所选择的连接的关系而改变；另一个是几何刚度矩阵，主要考虑由于横向位移关于垂直力的影响（）导致每一个单元的内应力和位移的变化。这个矩阵应该以每一次载荷增加之后钢架的变形为基础，一步一步的变化。几何刚度矩阵考虑到半刚性连接的特性，并且随着连接的刚度而改变。，同时，塑性铰接理论也用于这个程序，构件末端力矩和塑性力矩作比较，一旦截面力矩超出了这个塑性力矩，塑性铰接便产生了。构件的内应力就重新分配了。算实例用上面的程序，分析一个有两个跨度和四个趁此的钢架。图 36中包含了载荷的分布，单元节点的分布和力矩及一些其他因素的分布。且这个连接类型是顶表格一钢架的物理参数图三：单元和节点的分布图四：载荷的分布图五：钢架的力矩图六：半刚性钢架的力矩和二阶效应表格二内应力和位移的比较由表格二，可以看出，半刚性连接的梁跨中力矩比刚性连接的梁跨中的力量举要更大。半刚性连接两末端的力矩通常要比刚性连接的梁末端的力矩小一些。考虑到半刚性连接和二阶效应，柱底端和钢架的边缘的力矩会明显的增加。那是因为半刚性连接消弱了梁末端的限制并同时扩大了二阶效应对钢架的影响。在程序的计算过程中，二阶效应和半刚性连接都被考虑在内，横向应力 H 和连接的类型是相关的。但是，在设计代码计算时，横向应力。且不能够正确地反映二阶效应，因此，钢架的边缘和内应力很少用于设计代码。二阶效应的程度随着半刚性连接的改变而改变。当连接的刚度变小的时候，钢架的边缘会更重。 4 结论半刚性连接的梁跨中的力矩比刚性连接的梁跨中的力矩要大一些。半刚性连接梁末端的力矩通常要比刚性连接梁末端的力矩要小一些。考虑到半刚性连接和二阶效应，钢架柱底端和钢架的边缘的力矩会明显的增加。二阶效应的程度是随着半刚性连接的改变而改变的。当连接的刚度变小的时候，钢架的边缘会更重。毕业设计（论文）外文翻译题目对半刚性连接钢架的非线性有限元分析专业名称机械设计制造及其自动化班级学号 078105110 学生姓名黎宝龙指导教师朱保利填表日期 2011 年 03 月 08 日毕业设计（论文）任务书 I、毕业设计 (论文 )题目：面连杆机构的动态仿真业设计 (论文 )使用的原始资料 (数据 )及设计技术要求： 1、原始资料： 1）杆机构的原动曲柄转速、各构件长度与质量、工作阻力矩； 2）杆机构的原动曲柄转速、各构件长度与质量、工作阻力矩。 2、设计技术要求： 1）机构的运动学仿真； 2）机构的动力学仿真。业设计 (论文 )工作内容及完成时间： 1. 收集资料、开题报告、外文翻译 . 熟悉件杆组运动学和动力学仿真模块 . 机构的运动学仿真 . 机构的动力学仿真 . 撰写毕业设计论文、主要参考资料： 1 孙桓，陈作模主编第七版等教育出版社，曲秀全主编面连杆机构的动态仿真哈尔滨工业大学出版社，邱晓林主编 . 基于动态模型与系统仿真工具 . 西安：西安交通大学出版社，张策主编 . 机械动力学 . 北京：高等教育出版社， 2000 5 械系机械设计制造及自动化专业类 0781051 班学生：日期：自 2010 年 2 月 16 日至 2010 年 6 月 12 日指导教师：朱保利助理指导教师 (并指出所负责的部分 )：机械设计教研部主任：附注 :任务书应该附在已完成的毕业设计说明书首页。毕业设计（论文）题目：平面连杆机构的动态仿真系别：航空工程系专业名称：机械设计制造及其自动化班级学号： 078105110 学生姓名：黎宝龙指导教师：朱保利二 O 一一年六月学士学位论文原创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果 ,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名：日期：导师签名：日期：毕业设计（论文）开题报告题目面连杆机构的动态仿真专业名称机械设计制造及其自动化班级学号 078105110 学生姓名黎宝龙指导教师朱保利填表日期 2011 年 03 月 08 日一、选题的依据及意义：平面连杆机构是许多构建用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。低副是面接触，耐磨损；加上转动副和移动副的接触表面是圆柱面和平面，制造简便，易于获得较高的制造精度。因此，平面连杆机构在各种机械和仪器中获得广泛应用。连杆机构的缺点是：低副中存在间隙，数目较多的低副会引起运动累积误差；而且它的设计比较复杂，不易精确地实现复杂地运动规律。机构的从动系统一般还可以进一步分解成若干个不可再分的自由度为零的构件组合，这种组合称为基本杆组，简称为杆组。称为三大数学软件之一。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，并且吸收了像软件的优点 ,使为一个强大的数学软件，故用解算问题要比用 C，语言完成相同的事情简捷得多。所以采用对平面连杆机构进行动态仿真。二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：国内外研究概况：机构学是着重研究机械中机构的结构和运动等问题的学科，是机械原理的主要分支。研究各种机械中有关机构的结构、运动和受力等共性问题的一门学科。研究内容分两个方面：第一是对已有机构的研究，即机构分析（结构分析，运动分析和动力分析）；第二是按要求设计新的机构，即机构综合（结构综合，运动综合和动力综合）。传统的机构学把机构的运动 (例如旋螺母的运动 )看作只与其几何约束方式有关 ,而与受力、质量和时间等无关。这样，在 19 世纪中叶 ,机构学就从一般力学中独立出来，并日益发展。机构学的研究内容是对各种常用机构如连杆机构（见平面连杆机构和空间连杆机构）、凸轮机构、齿轮机构 (见齿轮传动 )、差动机构、间歇运动机构、直线运动机构、螺旋机构 (见螺旋传动 )和方向机构等的结构和运动，以及这些机构的共性问题，在理论上和方法上进行机构分析和机构综合。机构分析包括结构分析和运动分析两部分。前者研究机构的组成并判定其运动可能性和确定性；后者考察机构在运动中位移、速度和加速度的变化规律，从而确定其运动特性。掌握机构分析的方法对于如何合理使用机器、验证机械设计是否完善等是必不可少的，所以机构分析也是机构综合的基础。但是综合有时不存在唯一解，因而机构分析和综合往往是不可逆的。设计新机器时 ,先要考虑两个问题：一是为了完成某一工艺或生产要求采取什么运动 ,这属于专业问题 ;二是采用什么机构来实现这种运动，这是机构综合问题。所谓机构综合就是根据要求实现的运动选定机构的结构类型 ,确定机构的几何尺寸 ,亦即进行机构的结构综合和运动综合 ,然后画出能够实现所求运动的机构运动简图。对于高速或高精度的机构，为更好地符合实际情况，还应考虑构件弹性和运动副间隙等实际因素的动力分析和动力综合。字由词的前三个字母组合而成。那是 20世纪七十年代后期的事：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用俗易用”的接口，此即用经几年的校际流传，在推动下，由 1984 年成立了司，并把式推向市场。从这时起，内核采用 C 语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据图视功能。商品形式出现后，仅短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性，使原先控制领域里的封闭式软件包（如英国的典的国的纷淘汰，而改以平台加以重建。在时间进入 20 世纪九十年代的时候，经成为国际控制界公认的标准计算软件。到九十年代初期，在国际上 30 几个数学类科技应用软件中，数值计算方面独占鳌头，而分居符号计算软件的前两名。其提供计算、图形、文字处理的统一环境而深受中学生欢迎。司于 1993 年推出本，从此告别。在继承和发展其原有的数值计算和图形可视能力的同时，出现了以下几个重要变化：（ 1）推出了是一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。它的出现使人们有可能考虑许多以前不得不做简化假设的非线性因素、随机因素，从而大大提高了人们对非线性、随机动态系统的认知能力。（ 2）开发了与外部进行直接数据交换的组件，打通了行实时数据分析、处理和硬件开发的道路。（ 3）推出了符号计算工具包。 1993 年司从加拿大滑铁卢大学购得擎”开发了司此举加快结束了国际上数值计算、符号计算孰优孰劣的长期争论，促成了两种计算的互补发展新时代。（ 4）构作了司瞄准应用范围最广的运用现了无缝连接，从而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水准环境。 1997 年仲春，问世，紧接着是及和 1999 。与比，现今的有更丰富的数据类型和结构、更友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和数据分析资源、更多的应用开发工具。（关于特点下节将作更详细的介绍。）诚然，到 1999 年底，已经升到，它特别加强了以前欠缺的大规模数据处理能力。赶在 2000 年到来之前推出了 000 ，它购买了核和库的部分使用权，打通了与接口，从而把其数学计算能力提高到专业层次。但是，就影响而言，至今仍然没有一个别的计算软件可与敌。当前数值计算方面应用地非常广泛的一种计算机软件。该软件具有一下几个特点：（ 1）该软件语言接近自然语言，极易入门有其他程序设计语言基础的人士学起来则更为容易；（ 2）该软件提供了大量的内部函数这使得其在使用中非常方便再则，日益庞大的得该软件的应用领域越来越广泛；（ 3）该软件语言以向量、矩阵为着眼点，这使得它特别适宜于数值分析；（ 4）绘图功能强大。由于上述原因，世界范围内很是流行，特别是在工程计算领域近年来越来越多的国人也喜爱上了这一套软件也含有概率统计方面的库函数概率方面的库函数主要有各种常见分布的分布函数、概率密度、分布率以及生成服从各种分布随机数的函数统计方面的库函数含盖了简单随机样本下常见的参数估计（点估计、区间估计），假设检验此外还含有大量涉及实验设计、线性回归、非线性回归等方面的库函数发展趋势：在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把为内容。这几乎成了九十年代教科书与旧版书籍的区别性标志。在那里，攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。在国际学术界，经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流学术刊物上，（尤其是信息科学刊物），都可以看到应用在设计研究单位和工业部门，认作进行高效研究、开发的首选软件工具。如美国司信号测量、分析软件司信号和通信分析设计软件，或者直接建筑在上，或者以主要支撑。又如司的件，司的司的各种硬卡、仪器等都接受支持。着强大的功能和提供了丰富的资源，而将机械原理中的片面连杆机构有关运动学和动力学模型放到行仿真方面的研究在国内还是比较少，而这方面的文献在国内更是不多。所以基于平面连杆机构动态仿真将必将有力地促进机电产品的创新设计和开发，并在高科技发展进程中发挥重要作用三、研究内容及实验方案：研究内容： 1、外文翻译； 2、件的使用； 3、平面连杆机构的组成原理； 4、杆组动学仿真模块； 5、杆组力学仿真模块； 6、杆机构和杆机构的设计； 7、杆机构和杆机构的运动学仿真； 8、杆机构和杆机构的动力学仿真。设计方案： 1、收集有关资料、写开题报告； 2、翻译外文资料； 3、熟悉件； 4、学习杆组动学和动力学仿真； 5、设计一个杆机构和一个杆机构； 6、画出所设计的机构连杆图； 7、杆机构和杆机构的动态仿真； 8、撰写毕业设计论文。四、目标、主要特色及工作进度 1、目标：设计一个杆机构和一个杆机构，并采用 2、主要特色： 1）、平面连杆机构耐磨损，制造简便，易于获得较高的制造精度。 2）、件语言接近自然语言，极易入门；该软件提供了大量的内部函数这使得其在使用中非常方便；软件语言以向量、矩阵为着眼点，这使得它特别适宜于数值分析；绘图功能强大。 3、工作进度： 1）、收集资料、开题报告、外文翻译（ 6000 字符以上））、熟悉件）、级杆组运动学和动力学仿真模块）、机构的运动学仿真）、机构的动力学仿真）、撰写毕业设计论文、参考文献 1、孙桓，陈作模主编第七版等教育出版社， 2、曲秀全主编面连杆机构的动态仿真尔滨工业大学出版社， 3、邱晓林主编 . 基于动态模型与系统仿真工具 . 西安：西安交通大学出版社， 4、张策主编 . 机械动力学 . 北京：高等教育出版社， 2000； 5、论文摘要学生姓名：黎宝龙班级： 0781051 指导老师：朱保利摘要：平面连杆机构的动态仿真分为机构的运动分析和动力分析两种。机构的运动分析，主要获得机构中某些构件的位移、角速度和角加速度，以及某些点的轨迹、速度和加速度，它是机械设计及评价机械运动和动力性能的基础，也是分析现有机械优化综合新机械的基本手段；机构的动力分析，主要是在运动学分析的基础上，由已知工作阻力，求出运动副的约束反力和驱动力（或力矩），为选择和设计轴承、零部件强度的计算及选择原动机提供理论依据。本文用矢量和矩阵理论建立了适用于杆组运动学和动力学数学模型，以该数学模型编制了给定的过仿真得到各转动副的反力及驱动力矩其主要目的是以构成机构的基本杆组为仿真模块，搭建杆组以对不同类型平面连杆机构进行运动学和动力学仿真和分析。关键词：连杆机构运动学动力学真指导老师签名： 0781051 i of is of is of of it is of of to of of of a of of or on of In to of of a a as of of is to of to do of 南昌航空大学科技学院学士学位论文 1 1 绪论平面连杆机构是许多构建用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。机构的从动系统一般还可以进一步分解成若干个不可再分的自由度为零的构件组合，这种组合称为基本杆组，简称为杆组。机构的计算机仿真是指在研究中利用数学模型来获取系统的一些重要特性参数，这些数学模型通常是由以时间为变量的常微分方程来描述，并用数值方法进行计算机仿真求解。利用计算机仿真可以对整个机械制造系统及过程进行广泛地研究。一般而言，机构设计的目标之一是能够实现某一预先设定的运动轨迹。在研究机械系统的运动规律时，借助于计算机仿真是十分有益的。但是，大多数有关动力学方面的教科书较少涉及到计算机仿真，只是某些需要对研究对象进行运动方程精确描述的高等动力学教材才对计算机仿真有所体现。称为三大数学软件之一。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，并且吸收了像软件的优点 ,使为一个强大的数学软件，故用解算问题要比用 C，所以采用对平面连杆机构进行动态仿真。机构学是着重研究机械中机构的结构和运动等问题的学科，是机械原理的主要分支。研究各种机械中有关机构的结构、运动和受力等共性问题的一门学科。研究内容分两个方面：第一是对已有机构的研究，即机构分析（结构分析，运动分析和动力分析）；第二是按要求设计新的机构，即机构综合（结构综合，运动综合和动力综合）。传统的机构学把机构的运动 (例如旋螺母的运动 )看作只与其几何约束方式有关 ,而与受力、质量和时间等无关。这样，在 19 世纪中叶 ,机构学就从一般力学中独立出来，并日益发展。机构学的研究内容是对各种常用机构如连杆机构（见平面连杆机构和空间连杆机构）、凸轮机构、齿轮机构 (见齿轮传动 )、差动机构、间歇运动机构、直线运动机构、螺旋机构 (见螺旋传动 )和方向机构等的结构和运动，以及这些机构的南昌航空大学科技学院学士学位论文 2 共性问题，在理论上和方法上进行机构分析和机构综合。机构分析包括结构分析和运动分析两部分。前者研究机构的组成并判定其运动可能性和确定性；后者考察机构在运动中位移、速度和加速度的变化规律，从而确定其运动特性。掌握机构分析的方法对于如何合理使用机器、验证机械设计是否完善等是必不可少的，所以机构分析也是机构综合的基础。但是综合有时不存在唯一解，因而机构分析和综合往往是不可逆的。设计新机器时 ,先要考虑两个问题：一是为了完成某一工艺或生产要求采取什么运动 ,这属于专业问题 ;二是采用什么机构来实现这种运动，这是机构综合问题。所谓机构综合就是根据要求实现的运动选定机构的结构类型 ,确定机构的几何尺寸 ,亦即进行机构的结构综合和运动综合 ,然后画出能够实现所求运动的机构运动简图。对于高速或高精度的机构，为更好地符合实际情况，还应考虑构件弹性和运动副间隙等实际因素的动力分析和动力综合。字由词的前三个字母组合而成。那是 20 世纪七十年代后期的事：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用程序的“通俗易用”的接口，此即用 993年推出本，从此告别现了以下几个重要变化：（ 1）推出了是一个交互式操作的动态系统建模、仿真、分析集成环境。它的出现使人们有可能考虑许多以前不得不做简化假设的非线性因素、随机因素，从而大大提高了人们对非线性、随机动态系统的认知能力。（ 2）开发了与外部进行直接数据交换的组件，打通了行实时数据分析、处理和硬件开发的道路。（ 3）推出了符号计算工具包。 1993 年司从加拿大滑铁卢大学购得使用权，以 “引擎”开发了司此举加快结束了国际上数值计算、符号计算孰优孰劣的长期争论，促成了两种计算的互补发展新时代。（ 4）构作了司瞄准应用范围最广的运用现了而为专业科技工作者创造了融科学计算、图形可视、文字处理于一体的高水准环境。 1997 年仲春，问世，紧接着是及和 1999 年春的技学院学士学位论文 3 版。与今的友善的面向对象、更加快速精良的图形可视、更广博的数学和数据分析资源、更多的应用开发工具。（关于诚然，到 1999 年底，已经升到，它特别加强了以前欠缺的大规模数据处理能力。赶在 2000 年到来之前推出了 000 ，它购买了核和库的部分使用权，打通了与接口，从而把其数学计算能力提高到专业层次。但是，就影响而言，至今仍然没有一个别的计算软件可与当前数值计算方面应用地非常广泛的一种计算机软件。该软件具有一下几个特点：（ 1）该软件语言接近自然语言，极易入门有其他程序设计语言基础的人士学起来则更为容易；（ 2）该软件提供了大量的内部函数这使得其在使用中非常方便再则，日益庞大的（ 3）该软件语言以向量、矩阵为着眼点，这使得它特别适宜于数值分析；（ 4）绘图功能强大。由于上述原因，世界范围内很是流行，特别是在工程计算领域近年来越来越多的国人也喜爱上了这一套软件也含有概率统计方面的库函数概率方面的库函数主要有各种常见分布的分布函数、概率密度、分布率以及生成服从各种分布随机数的函数统计方面的库函数含盖了简单随机样本下常见的参数估计（点估计、区间估计），假设检验此外还含有大量涉及实验设计、线性回归、非线性回归等方面的库函数在欧美大学里，诸如应用代数、数理统计、自动控制、数字信号处理、模拟与数字通信、时间序列分析、动态系统仿真等课程的教科书都把为内容。这几乎成了九十年代教科书与旧版书籍的区别性标志。在那里，攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本工具。在国际学术界，经被确认为准确、可靠的科学计算标准软件。在许多国际一流学术刊物上，（尤其是信息科学刊物），都可以看到应用。在设计研究单位和工业部门，认作进行高效研究、开发的首选软件工具。如美国司信号测量、分析软件者直接建筑在者以技学院学士学位论文 4 要支撑。又如器等都接受着强大的功能和提供了丰富的资源，而将机械原理中的片面连杆机构有关运动学和动力学模型放到行仿真方面的研究在国内还是比较少，而这方面的文献在国内更是不多。所以基于平面连杆机构动态仿真将必将有力地促进机电产品的创新设计和开发，并在高科技发展进程中发挥重要作用。究内容及实验方案研究内容： 1、外文翻译； 2、 3、平面连杆机构的组成原理； 4、 5、 6、 7、 8、设计方案： 1、收集有关资料、写开题报告； 2、翻译外文资料； 3、熟悉件； 4、学习杆组 5、设计一个杆机构和一个杆机构； 6、 7、撰写毕业设计论文。南昌航空大学科技学院学士学位论文 5 2 曲柄、杆组的动学仿真机构的运动分析，主要获得机构中某些构件的位移、角速度和角加速度，某些点的轨迹、速度和加速度。它是机械设计及评价机械运动和动力性能的基础，也是分析现有机械优化综合新机械的基本手段。一般的机构的运动分析，使用言或言 /编写程序进行计算，其缺点是“透明性”差，修改麻烦等。本文用真，利用真模型的数据可视化的特点，就可以很容易观察到运动参数是如何变化的，极其简便。同时，用立和修改求解模型具有方便、快捷、很容易扩展等优点。解器提供很多求解不同微分方程的方法，可以根据不同的微分方程类型选择相应的求解方法。为了利用大的矩阵运算功能，本毕业设计课题对应用最为广泛的杆组推导了矩阵数学模型，并编制了相应的对相应的杆组进行了运动学仿真。现牛顿如图构件的尺寸为 1r =400r =1000m,3r=700r =1200数向量坐标如图所示。已知构件 1的角位移 1 = 60 。由图以写出角位移方程为图链四杆机构 1r 12r 24r 03r 3 将上式展开，整理得 (由式（出雅可比矩阵为 0s i ns i ns i n),(0c o sc o sc o s),(3322113223342211321 技学院学士学位论文 6 （根据式 (（制的 y =x) f)=)*x(6)* x(5)*)*; )*(*f); ); ); f=x(4)*x(1)+x(5)*x(7)*x(4)*x(1)+x(5)*x(6)*; f); y(1) = y(2) = x)函数为求构件 2和构件 3角位移的函数，输入参数为 x(1)=x(2)=x(3)=x(4)=x(5)=x(6)=x(7)=出参数为铰链四杆机构在图计构件 2和构件 3的角位移为 110,45 32 ，则输入参数 x=0 45*80 110*80 入上面的构件 2和构件 3的角位移分别为 2 =， 3 =。行速度分析对式（导并整理成矩阵形式为（根据式（写的 y = x) A = )*x(2) x(7)*x(3);x(6)*x(2) )*x(3); B = x(5)*x(1);)*x(1)*x(4); 3322 3322 c o sc o s s rr 1111113322332232c o ss o ss 技学院学士学位论文 7 y = )*B; x)函数为求构件 2和构件 3角速度的函数，输入参数为 x(1)=x(2)=x(3)=x(4)=x(5)=x(6)=x(7)=出参数为图链四杆机构中 1 =0 由位移分析计算出的 2 和曲柄 1 的角速度 1 =10s 及各个构件长度，则输入参数x=0 80 80 10 上面的和构件 3的角速度分别为 2 =s， 3 =s。柄、杆组动学仿真模块柄动学仿真模块图柄位置参数如图复数坐标系中，曲柄常数、幅角 j 为变量，通过转动副动副常量、幅角i为常量，曲柄的位移、速度和加速度的推导如下：（将方程（边对时间（由式（成矩阵形式有：（ ,)2/()2/( jj )s )2/s )c o s ()2/c o s (技学院学士学位论文 8 根据式 (写曲柄原动件 M 函数如下： y = x) x(1)*x(4)*x(2)+)+x(1)*x(3)2*x(2)+ x(1)*x(4)*x(2)+)+x(1)*x(3)2*x(2)+; y = x）函数为曲柄原动机的运动学仿真模块函数，其输入参数为 x(1)=rj、x(2)=x(3)=x(4)=出函数为 y(1)=Re y(2) = Im 杆组动学仿真模块如图示，在复数坐标系中，由 3 个转动副（ B,C,D）和 2 个构件（长度分别为ji 组成杆组， 2 个构件的幅角i和j为变量，则点 C 的加速度推到如下图杆组位置参数 ji （整理式（ ji （对方程式（导数并整理得（对方程式（导数并整理得 2/2/南昌航空大学科技学院学士学位论文 9 （由（成矩阵形式有（由式（成矩阵形式有（式（时间 t 求导数，得点（式（时间 t 求导数，得（根据式（式（编写杆组函数如下： y = x) a = x(1)*x(3)+) )*x(4)+); x(1)*x(3)+) )*x(4)+); b=)*x(3)+x(2)*x(4)+ )*x(3)+x(2)*x(4)+ *x(5)2;x(6)2+x(9);x(10); a)*b; y(1) = ); y(2) = ); y(3) = x(7)+x(1)*)*x(3)+)+x(1)*x(5)2*x(3)+ 2/2/s i n ()s i n ()c o s ()c o s ()2/s i n ()2/s i n ()2/c o s ()2/c o s (22 jj c o sc o )2/s )2/c o s (s i n ()c o s ()2/s i n ()2/c o s ( 南昌航空大学科技学院学士学位论文 10 y(4) = x(8)+x(1)*)*x(3)+)+x(1)*x(5)2*x(3)+ x)函数为杆组运动学的仿真模块函数，其输入参数为 x(1)=ri、x(2)= x(3)= x(4)= x(5)= x(6)=x(7)=Re、 x(8)=Im、 x(9)=Re、 x(10)=Im，输出参数为y(1)=y(2)=y(3)=Re y(4)=Im 杆机构的动学仿真铰链四杆机构如图由原动件（曲柄 1）和 1个组构成。各构件的尺寸为 1r =400r =1000m,3r=700r =1200立如图 1所示复数向量坐标，构件 1以等角速度 10求点件 2,3的角加速度。在在图各个数据线上都表明了相应参数，其中示构件 2 的角位移 2 ；的角速度 2 ；的角加速度 2 ； Re Im别表示点他数据线上参数含义以此类推。各个积分模块的名称与该积分模块的输出参数名称一致，其值代表相应构件的长度或相应参数值。 2个函数模块函数。块存放运动分析的结果。在图的各积分模块所设定的初值是以曲柄 1的幅角为 0 ，角速度为 10s 时，相应各个构件的位移、速度值，这些通过长度单位为 m，角度单位为于曲柄转速为 10s,因此没转动 1 周的时间是置仿真时间为 1s，仿真结果输出到工作空间变量南昌航空大学科技学院学士学位论文 11 图柄滑块机构真模型南昌航空大学科技学院学士学位论文 12 杆机构动学仿真结果用绘图命令， 7），， 8） ,， 5）和， 6）分别绘制出点 C 加速度的水平分量和垂直分量以及构件 2的角加速度、构件 3的角加速度，如图示。图图坐标为 )/( 2 坐标为 t/s,从图中曲线的变化可以看出在经过南昌航空大学科技学院学士学位论文 13 图图坐标为 )/( 2 横坐标为 t/s,从图中曲线的变化可以看出在经过图件 2 的角加速度图坐标为 )/( 22 ，横坐标为 t/s,从图中曲线的变化可以看出在经过件 2的角加速度发生周期变化。南昌航空大学科技学院学士学位论文 14 图件 3 的角加速度图坐标为 )/( 23 横坐标为 t/s,从图中曲线的变化可以看出在经过件 3的角加速度发生周期变化。南昌航空大学科技学院学士学位论文 15 3 曲柄、杆组的力学仿真机构的动力分析，主要是在运动学分析的基础上，由已知工作阻力，求出运动副的约束反力和驱动力（或力矩），为选择和设计轴承，零部件强度的计算及选择原动机提供理论依据。用机构进行动力学求解，利用可以很容易观察到动力参数是如何变化的，极其简便。同时，用捷、很容易扩展等优点。以根据不同的微分方程类型选择相应的求解方法。为了利用大的矩阵运算功能，本毕业设计课题对应用最为广泛的杆组推导了矩阵数学模型，并编制了相应的对相应的杆组进行了动力学仿真。曲柄、杆组曲柄图柄的受力模型如图 4所示，已知曲柄角i为变量，质心到转动副量为质心转动惯量为用于质心上的外力为力矩为柄与机架联接，转动副动力矩为 1M 。由理论力学可得： e （ m（南昌航空大学科技学院学士学位论文 16 （由运动学知识可推得： )c o s ()2/c o s ( )s )2/s 将式（式（入式（式（并与式（并得 : （根据式 (写曲柄原动件 M 函数如下： y=x) g=9.8 .4;i=; ; y(1) = mi*x(3)*x(1)+)+mi*x(2)2*x(1)+x(4); y(2) = mi*x(3)*x(1)+)+mi*x(2)2*x(1)+x(5)+mi*g; y(3)=Ji*x(3)*x(1)+y(2)*x(1)*(x(1)+x(5)*(x(1)x)函数为曲柄的动力学矩阵仿真模块函数，其输入参数为 x(1)=i、 x(2)=x(3)=x(4)=x(5)=出参数为 y(1)=y(2)=y(3)=数中的已知参数为 g=.4;.2;i=;。杆组力学仿真模块如图示，杆组，分别以 2 个构件度为度为y c o s)(s c o ss c o s)(s i n)(c o ss i n)s i n ()2/s i n ()c o s ()2/c o s (221南昌航空大学科技学院学士学位论文 17 为受力分析对象进行受力分析，其受力情况同曲柄 1M ，只是不受驱动力矩，则转动副 B,C, 图对构件（（ c o s)(s i n)(c o ss i n（对构件（（ c o s)(s i n)(c o ss i n（由运动学可推得 )s )2/c o s ( （南昌航空大学科技学院学士学位论文 18 )c o s ()2/s )s i n ()2/c o s ( )c o s ()2/s i n ( 将式（ -（别代入式（式（式（式（与式（式（成矩阵为（根据式（写杆组函数如下： y = x) g= 1; 0.7; 0.5; 3; i = j = 0; 0; 0; 0; 0; a = ); a(1,1) = 1;a(1,3) = 1; a(2,2) = 1;a(2,4) = 1; a(3,1) = x(1);a(3,2) = x(1);a(3,3) = -(x(1);a(3,4) = (x(1); a(4,3) = -1;a(4,5) = 1; )s i n ()2/s i n (Im)c o s ()2/c o s (Re)s i n ()2/s i n (Im)c o s ()2/c o s (o ss i nc o s)(s i n)(0010100001010000c o s)(s i n)(c o ss i 技学院学士学位论文 19 a(5,4) = -1;a(5,6) = 1; a(6,3) = (x(2);a(6,4) = -(x(2);a(6,5) = x(2);a(6,6) = x(2); b =,1); b(1,1) = mi*x(5)*x(1)+)+mi*x(7)+mi*x(3)2*x(1)+b(2,1) = mi*x(5)*x(1)+)+mi*x(8)+mi*x(3)2*x(1)+mi*g; b(3,1) = Ji*x(5)b(4,1) = mj*x(6)*x(2)+)+mj*x(4)2*x(2)+x(9); b(5,1) = mj*x(6)*x(2)+)+mj*x(4)2*x(2)+x(10)+mj*g; b(6,1) = Jj*x(6)1); y = a)*b; x)函数为杆组的动力学仿真模块，其输入参数 x(1)=x(2)=x(3)=x(4)=x(5)=x(6)=x(7)=Re x(8)=Im x(9)=x(10)=x(11)=输出参数为y(1)=y(2)=y(3)=y(4) = y(5)=y(6)=中的已知参数为 g=9.8; 1; 0.7; 0.5; 3; i = j = 0; 0; 0; 0; 0。铰链四杆机构如图由原动件（曲柄 1）和 1个组构成。各构件的尺寸为 1r =400r =1000m,3r=700r =1200心为1000050量为 1m =2m =3m=动惯量为 21 016.0 ，22 25.0 ， 23 09.0 ，构件 3的工作阻力矩 1003 ，顺时针方向，其他构件所受外力和外力矩均为零，构件 1以等角速度 10求在不计摩擦时，转动副 A 的约束反力、驱动力矩 1M 以及所作的功。在南昌航空大学科技学院学士学位论文 20 图链四杆机构真模型南昌航空大学科技学院学士学位论文 21 杆机构真模型的初值确定铰链四杆机构内容求得，而内容求得。杆机构力学仿真结果用绘图命令， 1），， 2） ,， 3）和， 4）分别绘制出转动副动力矩及其所作的功，如图图动副 A 的水平方向力图，纵坐标为，横坐标为 t/s,动副南昌航空大学科技学院学士学位论文 22 图动副 A 的垂直方

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