【正文】 2）在連桿機(jī)構(gòu)中，原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變，可用改變各構(gòu)件的相對(duì)長(zhǎng)度來(lái)使從動(dòng)件得到不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。此時(shí)，如果取最短桿為機(jī)架，則得到雙曲柄機(jī)構(gòu)；若取最短桿的任何一個(gè)相連桿為機(jī)架，則得到曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；如果取最短桿對(duì)面構(gòu)件為機(jī)架，則得到雙搖桿機(jī)構(gòu)。用表示通常用行程速度變化系數(shù) K 來(lái)衡量急回運(yùn)動(dòng)的相對(duì)程度。 雖然可以利用連桿機(jī)構(gòu)來(lái)滿足一些運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡的設(shè)計(jì)要求，但其設(shè)計(jì)十分繁難，且一般只能近似地得以滿足。在設(shè)計(jì)要求上已不再局限于運(yùn)動(dòng)學(xué)要求， 而是同時(shí)兼顧機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性，特別是對(duì)于高速機(jī)械，考慮構(gòu)件彈性變形的運(yùn)動(dòng)彈性動(dòng)力學(xué)（ KED）已得到很快的發(fā)展。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中，若以曲柄為原動(dòng)件時(shí)，可將曲柄的連續(xù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)閾u桿的往復(fù)擺動(dòng)；若以搖桿為原動(dòng)件時(shí)，可將搖桿的擺動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榍恼苻D(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)如圖 (b)所示，設(shè)將搖桿 3做成滑塊形式，使其沿圓弧導(dǎo)軌 β β 往復(fù)滑動(dòng)，顯然其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)不發(fā) 生改變，但此時(shí)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)已演化為具有曲線導(dǎo)軌的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 圖 3 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的相關(guān)知識(shí) 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化形式 ,由若干剛性構(gòu)件用低副 (回轉(zhuǎn)副、移動(dòng)副 )聯(lián)接而成的一種機(jī)構(gòu)。對(duì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)特性分析是當(dāng)已知各構(gòu)件尺寸參數(shù)、位置參數(shù)和原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律時(shí) ,研究機(jī)構(gòu)其余 構(gòu)件上各點(diǎn)的軌跡、位移、速度、加速度等 ,從而評(píng)價(jià)機(jī)構(gòu)是否滿足工作性能要求 ,機(jī)構(gòu)是否發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉等。 Simulink 就是一個(gè)用以對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析 的軟件包，其主要功能是預(yù)先對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析，從而在形成實(shí)際系統(tǒng)之前，能進(jìn)行適時(shí)的修正，以減少系統(tǒng)反復(fù)修改的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)的目的。使用這些模塊可以方便的建立復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的圖示化模型， 進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)的單獨(dú)分析或與任何 Simulink 設(shè)計(jì)的控制器及其它動(dòng)態(tài)系統(tǒng)相連進(jìn)行綜合仿真。其強(qiáng)項(xiàng)就是其強(qiáng)大的矩陣計(jì)算以及仿真能力。 Matlab提供了自己的編譯器：全面兼容 C++以及 Fortran 兩大語(yǔ)言。 MATLAB/SIMULINK 的特點(diǎn) MATLAB 具有以下特點(diǎn)： 1). Matlab 有強(qiáng)大的自帶的幫助手冊(cè)，基于 HTML 的完整的幫助功能； 2). 運(yùn)算符豐富。 5). 程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各種型號(hào)的計(jì)算機(jī)和操作系統(tǒng)上運(yùn)行。 8). 功能強(qiáng)大的工具箱是 MATLAB 的另一特色。除內(nèi)部函數(shù)以外，所有 MATLAB 的核心文件和工具箱 文件都是可讀可改的源文件，用戶可通過(guò)對(duì)源文件的修改以及加入自己的文件構(gòu)成新的工具箱。 5) 提供 API 用于與其他仿真程序的連接或與手寫(xiě)代碼集成。 9) 可訪問(wèn) MATLAB 從而對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)。運(yùn)用軟件仿真機(jī)構(gòu)大大減輕了設(shè)計(jì)人員的工作，使機(jī)構(gòu)學(xué)研究人員可以方便的進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，仿真結(jié)果的實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)顯示，更有利于對(duì)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的理解，并能和虛擬現(xiàn)實(shí)工具箱結(jié)合，得到更具有真實(shí)感的虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景。通過(guò)對(duì)此數(shù)學(xué)模型分析，分離出可獨(dú)立求解的機(jī)構(gòu)模型，并用相應(yīng)的機(jī)構(gòu)分析方法對(duì)它進(jìn)行求解，建立了平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué) 9 分析專家系統(tǒng)。 10 圖 7 曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖 以 A 點(diǎn)為原點(diǎn) 可以得到如下結(jié)論 : B點(diǎn)的坐標(biāo) B(0， L1) AC= L3 C 點(diǎn)的坐標(biāo) 為 C（ L3,0） 角 c 的角度由正弦定理得 C 點(diǎn)的速度 VC為 VC = VBWla/ cosθ C 點(diǎn)的加速度 aC 即對(duì) VC求導(dǎo)可得 設(shè)計(jì)的結(jié)果和運(yùn)用 使用同樣的方法，可以對(duì)四桿機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等其他類(lèi)似機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。 11 第三章 程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)的組成 1） Simulink 系統(tǒng) Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。 SimMechanics 為多體動(dòng)力機(jī)械系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)提供了直觀有效的建模分析手段，一切工作均在 Simulink 環(huán)境中完成。如果鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的各桿長(zhǎng)度滿足桿長(zhǎng)條件，則有。 2） 機(jī)構(gòu)系統(tǒng) 仿真框圖繪制 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，假設(shè)曲柄 AB 繞 A 點(diǎn)以 ω的角速度旋轉(zhuǎn)，分析滑塊的運(yùn)動(dòng)情況。 圖 16 Ground 模塊 2） Revolute 模塊： 在 Number of Sensor/actuatorPorts 對(duì)話框中為 需要 添加一個(gè)傳感器或激勵(lì)器接口 的， 對(duì)話框中選擇 1。 隨動(dòng)坐標(biāo)固定在剛體上并隨著剛體一起運(yùn)動(dòng)，剛體最少有一個(gè)坐標(biāo)，并且坐標(biāo)的原點(diǎn)在重心。 在 Prismatic 模塊設(shè)置中 需接入傳感器把number of sensor/actuator ports 中改為 1. 18 圖 19 Prismatic 模塊 5） 傳感器模塊： 模塊設(shè)置如圖，在原始輸出值選項(xiàng)區(qū)內(nèi)選中角位移（ Angle） 、 角速度（ Angle velocity） 和角加速度 (Acceleration)，單位分別為 deg、 deg/s， deg/s^2， 并取消下端 Output selected parameters as one signal 選項(xiàng)，這樣輸出兩個(gè)值就會(huì)有對(duì)應(yīng)的兩條信號(hào)線。 滑塊機(jī)構(gòu)的位移圖顯示為： 圖 25 滑塊機(jī)構(gòu)的位移圖 22 3）滑塊速度圖 圖 26 滑塊速度圖 5）滑塊 加速度圖 圖 27 滑塊 加速度圖 23 從動(dòng) (AB)桿圖像的顯示 1）中心點(diǎn)軌跡 圖 28 中心點(diǎn)軌跡 2） 也可以用來(lái)比較同一桿兩個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)， 如： 圖 29 同一桿兩個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 24 第四章 設(shè)計(jì)結(jié)果分析 軟件使用方法 MATLAB 的 simulink\simMechanics 動(dòng)態(tài) 模擬 仿真工具為平臺(tái)，建立了平面四連桿機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析與動(dòng)態(tài)模擬軟件，運(yùn)用分析與動(dòng)態(tài)模擬軟件，對(duì)雙搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，即可得到結(jié)果，將運(yùn)行結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相比較，從而引導(dǎo)設(shè)計(jì)者修改設(shè)計(jì)，其中 simulink 和 SimMechanics 工具 的運(yùn)用較多，具體方法如下： （ 1）掌握 MATLAB 的基本使用方法 （ 2）掌握 simulink 的基本操作 （ 3）熟練查找 SimMechanics 中的各模塊 （ 4）掌握 SimMechanics 中各模塊的運(yùn)用 （ 5）熟悉模塊參數(shù)設(shè)置 存在的缺點(diǎn)和今后改進(jìn)的方向 此次用到的程序達(dá)到了基本的運(yùn)算分析仿真功能，但是在人機(jī)更高水平的互動(dòng)上尚有待提高和完善。由于 MATLAB 軟件容量較大，對(duì)硬件的要求程度也相對(duì)較高，它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。首先，使我對(duì)軟件開(kāi)發(fā)的方法和步驟有了一個(gè)比較清晰、具體的了解，邁出了我開(kāi)發(fā)軟件的第一步。使我不僅接受了全新的思想觀念，還樹(shù)立了嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)術(shù)研究態(tài)度，領(lǐng)會(huì)了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到了機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其在解析法求解分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)規(guī)律中， 計(jì)算機(jī)編程對(duì)工作的巨大支持，提高了對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)尤其是計(jì)算機(jī)編程的興趣，培養(yǎng)了嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)，以及對(duì)查閱資料、總結(jié)歸納能力的重要性的認(rèn)識(shí)、對(duì)我以后的工作學(xué)習(xí)有了很大的幫助與啟迪。由于能力關(guān)系該軟件沒(méi)有經(jīng)過(guò)加密和封裝，使用人 員由于操作失誤會(huì)更改軟件內(nèi)部的參數(shù)和程序，而引起運(yùn)算和模擬的錯(cuò)誤。由于 MATLAB 的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。 19 圖 20 傳感器模塊 6） Joint Initial Condition 模塊： 模塊設(shè)置如圖 圖 21 Joint Initial Condition 模塊 7） Scope 模塊 雙擊打開(kāi)模塊，單擊 按鈕，彈出設(shè)置框，在 General 區(qū)內(nèi) Numbleof axes設(shè)置框內(nèi)輸入 1，單擊 OK 后示波器模塊將變成如下圖的雙波形圖。并可通過(guò)操作增加和刪除坐標(biāo)系。