【導(dǎo)讀】用曲柄和滑塊來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的平面連桿機(jī)構(gòu)，也稱(chēng)曲柄連桿機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于往復(fù)活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī)、沖床等的主機(jī)構(gòu)中。傳動(dòng)中必不可少的組成部分。MATLAB的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像。附加的工具箱擴(kuò)展。了MATLAB環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類(lèi)型的問(wèn)題?，F(xiàn)對(duì)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析及模擬。系統(tǒng)組成………………

　　

【正文】 Ports 對(duì)話(huà)框中為 需要 添加一個(gè)傳感器或激勵(lì)器接口 的， 對(duì)話(huà)框中選擇 1。在 ParametersAxes 對(duì)話(huà)框中輸入 [0 0 1]設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)軸矢量為 [0 0 1]，即 Body 與 Ground 模塊間繞連接點(diǎn)坐標(biāo)系的 Z 軸相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。 圖 17 Revolute 模塊 17 3） Body 模塊： 1）質(zhì)量屬性 —— 質(zhì)量和慣性張量： Mass（質(zhì)量）設(shè)置 參數(shù)如圖。 2）剛體坐標(biāo)系統(tǒng) —— 定義坐標(biāo)的位置和方向。 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。默認(rèn)有三個(gè)坐標(biāo)系，剛體重心坐標(biāo)系（ CG）和兩個(gè)附加坐標(biāo)系 CS1 和 CS2，分別固定在重心和剛體的兩端。并可通過(guò)操作增加和刪除坐標(biāo)系。 圖 18 Body 模塊 4） Prismatic 模塊設(shè)置如下： 在 ParametersAxes 對(duì)話(huà)框中輸入 [1 0 0 設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)軸矢量為 [1 0 0]，即 Body 與Ground 模塊間 沿著 X 軸方向平行移動(dòng) 。 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(xiàn)。 在需要輸出相應(yīng)的圖像時(shí)，可以在前面的框中選中 ，可以同時(shí)選擇幾個(gè)來(lái)顯示相關(guān)圖像。 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。 20 圖 22 Scope 模塊 設(shè)置 8） 機(jī)械環(huán)境模塊： 打開(kāi)機(jī)械環(huán)境模塊參數(shù)對(duì)話(huà)框，保持默認(rèn)值如圖示： 圖 23 機(jī)械環(huán)境模塊 仿真結(jié)果及圖像顯示 滑塊的圖像顯示 1） 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)仿真結(jié)果 參數(shù)設(shè)置之后運(yùn)行得到仿真結(jié)果，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)行之后得到如下圖所示界面 ： 21 圖 24 仿真結(jié)果的動(dòng)畫(huà)顯示 2） 在 Scope 中可以查看出運(yùn)動(dòng)副的位移圖，速度圖以及加速度圖，因?yàn)閰?shù)設(shè)計(jì)時(shí)為了更清楚的看到運(yùn)動(dòng)副的位移圖，速度圖，加速度圖，只選了其中一種顯示，要查看其他的圖像，只要在換其他選項(xiàng)即可。 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。另外 MATLAB 和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。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。 在現(xiàn)實(shí)生活和實(shí)際 應(yīng)用中平面四桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雖然簡(jiǎn)單，制造比較方便但其性能有很多的局限性，有時(shí)四按機(jī)構(gòu)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足應(yīng)用需求，為了需要有時(shí)必須采用六桿機(jī)構(gòu)、八桿機(jī)構(gòu)和多桿機(jī)構(gòu)，由于時(shí)間和能力關(guān)系這次軟件設(shè)計(jì)沒(méi)有考慮多桿機(jī)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)。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。由于 MATLAB軟件得組件繁多，由于安裝等其他因素會(huì)造成插件丟失等問(wèn)題，可能導(dǎo)致軟件運(yùn)行失敗，該軟件也必須依附于 MATLAB 才能運(yùn)行和完成計(jì)算任務(wù)。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。 25 第五章 設(shè)計(jì)心得 通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我 得到了很大的 收獲。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。更重要的是，它提高了我查閱資料，分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力，同時(shí)也培養(yǎng)了我不驕不躁、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的工作作風(fēng)， 培養(yǎng)了我正確的設(shè)計(jì)思想和思維方法，并使我查閱文獻(xiàn)資料、閱讀外文資料的能力、計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)和文字表達(dá)能力也得到了進(jìn)一步提高。 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。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)凸顯了我一些在計(jì)算機(jī)編程方面的弱勢(shì)，計(jì)算機(jī)運(yùn)用能力有待提高，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。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。 26 參考文獻(xiàn) [1 ] .孫桓， 陳作模 機(jī)械原理［ M］北京 高等教育出版社， 2020 [2 ] .楊正宇，周美立 基于 Simulink 的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)字仿真 [J ] 合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2020 ， 25 [3 ] .薛定宇，陳陽(yáng)泉 基于 MATLAB/ Simulink 的系統(tǒng)仿真技術(shù)與應(yīng)用 [M] 北京 清華大學(xué)出版社， 2020. [4] .周進(jìn)雄，張陵 機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)仿真 ——— 使用 MATLAB 和 SIMULINK[M] . 西安 西安交通大學(xué)出版社， 2020. [5 ] .李秀紅，吳風(fēng)林，任家駿 . 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真系統(tǒng) [J ] . 太 原 理工大學(xué)學(xué)報(bào)， 2020 ， 33 [6] .王芳，張海燕 基于 Simulink 的連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真［ J］機(jī)械設(shè)計(jì)與研究， 2020， 20 [7] .原思聰 MATLAB 語(yǔ)言及機(jī)械工程應(yīng)用 機(jī)械工業(yè)出版社 [8].丁亦農(nóng) simulink 與信號(hào)處理 北京航空航天大學(xué)出版社 2020 [9] .胡高舉，鄭才剛，王勤 一種鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析仿真算法 現(xiàn)代 制造工程 2020 [10] .李燕 在 MATLAB 環(huán)境下開(kāi)發(fā)四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析系統(tǒng) 機(jī)械研究 與應(yīng)用， 2020 27