基于matlab的連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)(已修改)
2025-06-30 16:02 本頁面
【正文】 目 錄1 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析…………………………………………………………………………1 機(jī)構(gòu)的工作原理……………………………………………………………………………………1 機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型的建立……………………………………………………………………………1...................................................1.....................................................................22 基于MATLAB程序設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………4 程序流程圖…………………………………………………………………………………………4 M文件編寫…………………………………………………………………………………………6 程序運(yùn)行結(jié)果輸出…………………………………………………………………………………73 基于MATLAB圖形界面設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………11……………………………………………………………………………………………11……………………………………………………………………………………………124 小結(jié)…………………………………………………………………………………………………17參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………………………181 平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析 機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的任務(wù)、目的和方法曲柄搖桿機(jī)構(gòu)是平面連桿機(jī)構(gòu)中最基本的由轉(zhuǎn)動副組成的四桿機(jī)構(gòu)，它可以用來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動和擺動之間運(yùn)動形式的轉(zhuǎn)換或傳遞動力。對四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析的意義是：在機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)已知的情況下，假定主動件（曲柄）做勻速轉(zhuǎn)動，撇開力的作用，僅從運(yùn)動幾何關(guān)系上分析從動件（連桿、搖桿）的角位移、角速度、角加速度等運(yùn)動參數(shù)的變化情況。還可以根據(jù)機(jī)構(gòu)閉環(huán)矢量方程計(jì)算從動件的位移偏差。上述這些內(nèi)容，無論是設(shè)計(jì)新的機(jī)械，還是為了了解現(xiàn)有機(jī)械的運(yùn)動性能，都是十分必要的，而且它還是研究機(jī)械運(yùn)動性能和動力性能提供必要的依據(jù)。機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析的方法很多，主要有圖解法和解析法。當(dāng)需要簡捷直觀地了解機(jī)構(gòu)的某個或某幾個位置的運(yùn)動特性時，采用圖解法比較方便，而且精度也能滿足實(shí)際問題的要求。而當(dāng)需要精確地知道或要了解機(jī)構(gòu)在整個運(yùn)動循環(huán)過程中的運(yùn)動特性時，采用解析法并借助計(jì)算機(jī)，不僅可獲得很高的計(jì)算精度及一系列位置的分析結(jié)果，并能繪制機(jī)構(gòu)相應(yīng)的運(yùn)動線圖，同時還可以把機(jī)構(gòu)分析和機(jī)構(gòu)綜合問題聯(lián)系起來，以便于機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。 機(jī)構(gòu)的工作原理 在平面四桿機(jī)構(gòu)中，其具有曲柄的條件為：，即：最短桿長度+最長桿長度≤其余兩桿長度之和。 ，且其最短桿為連架桿或機(jī)架（當(dāng)最短桿為連架桿時，四桿機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；當(dāng)最短桿為機(jī)架時，則為雙曲柄機(jī)構(gòu)）。在如下圖1所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，構(gòu)件AB為曲柄，則B點(diǎn)應(yīng)能通過曲柄與連桿兩次共線的位置。 機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型的建立 在用矢量法建立機(jī)構(gòu)的位置方程時，需將構(gòu)件用矢量來表示，并作出機(jī)構(gòu)的封閉矢量多邊形。如圖1所示，先建立一直角坐標(biāo)系。設(shè)各構(gòu)件的長度分別為L1 、L2 、L3 、L4 ，其方位角為 、 、 、 。以各桿矢量組成一個封閉矢量多邊形，即ABCDA。其個矢量之和必等于零。即：式1式1為圖1所示四桿機(jī)構(gòu)的封閉矢量位置方程式。對于一個特定的四桿機(jī)構(gòu)，其各構(gòu)件的長度和原動件2的運(yùn)動規(guī)律，即 為已知，而 =0，故由此矢量方程可求得未知方位角 、 。角位移方程的分量形式為： 式2閉環(huán)矢量方程分量形式對時間求一階導(dǎo)數(shù)（角速度方程）為： 式3其矩陣形式為：式4聯(lián)立式3兩公式可求得： 式5 式6閉環(huán)矢量方程分量形式對時間求二階導(dǎo)數(shù)（角加速度方程）矩陣形式為： 式7由式7可求得加速度： 式8 式9注：式1~式9中，Li(i=1,2,3,4）分別表示機(jī)架曲柄連桿搖桿4的長度； （i=1,2,3,4）是各桿與x軸的正向夾角，逆時針為正，順時針為負(fù)，單位為 rad。 是各桿的角速度， ，單位為 rad/s。 為各桿的角加速度，單位為 。（1）求導(dǎo)中應(yīng)用了下列公式： 式10（2）在角位移方程分量形式（式2）中，由于假定機(jī)架為參考系，矢量1與x軸重合， =0，則有非線性超越方程組：式11可以借助牛頓辛普森數(shù)值解法或Matlab自帶的fsolve函數(shù)求出連桿3的角位移和搖桿4的角位移。（3）求解具有n個未知量 （i=1,2,…,n）的線性方程組： 式12式中，系列矩陣 是一個 階方陣： 式13的逆矩陣為 。常數(shù)項(xiàng)b是一個n維矢量： 式14因此，線性方程組解的矢量為： 式15式11是求解連桿3和搖桿4角速度和角加速度的依據(jù)。 基于MATLAB程序設(shè)計(jì)MATLAB 是Mathworks 公司推出的交互式計(jì)算分析軟件，具有強(qiáng)大的運(yùn)算分析功能，具有集科學(xué)計(jì)算、程序設(shè)計(jì)和可視化于一體的高度集成化軟件環(huán)境，是目前國際上公認(rèn)的最優(yōu)秀的計(jì)算分析軟件之一，被廣泛應(yīng)用于自動控制、信號處理、機(jī)械設(shè)計(jì)、流體力學(xué)和數(shù)理統(tǒng)計(jì)等工程領(lǐng)域。通過運(yùn)算分析，MATLAB 可以從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋找最佳途徑，獲取最優(yōu)結(jié)果，大大提高了設(shè)計(jì)水平和質(zhì)量。四連桿機(jī)構(gòu)的解析法同樣可以用MATLAB 的計(jì)算工具來求值，并結(jié)合MATLAB 的可視化手段，把各點(diǎn)的計(jì)算值擬合成曲線，得到四連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真軌跡。 程序流程圖
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