基于MATLAB的曲柄滑块机构仿真研究

安徽技术师范学院学 报, 2005 19( 4): 31~ 34 , Journa l of A nhui T echnical T eachers College基于 MATLAB的曲柄滑块机构仿真研究陈杰平, 姚智华(安徽科技学院 摘 工学院, 安徽 凤阳 233100)要: 曲柄滑块机构是各种机器装置中一种常用的传动机构。然而, 机构的运动学性能分析比较困难,难以在机构设计完成之后准确判定其性能。借助于功能强大的分析仿真软件 MATLAB, 可以方便的实现 机构性能分析和动态仿真, 降低分析的难度, 有效提高设计工作效率、 产品开发质量, 降低开发成本。 关键词: 曲柄滑块机构; 仿真; MATLAB 中图分类号: TP 311 25 . 文献标识码: A 文章编号: 1672- 3589( 2005) 04- 0031- 04Study on the Si ulation of Slider- C rank m M echanis s Based onMATLAB mCH EN Jie- p ing, YAO Zh i- hua ( Ins. of Eng. & T ech , Anhui Science and T echno logy U niversity F engyang 233100 China ) t . , , Abstract S lider- C rank m echanism p is one transm issio n m echanism that has been used in a ll kin ds o f m echan i : ca l transm ission. H ow ever the m o tion analysis o fm echanism s is d ifficu l, and th e perfor ance can t' be acquired , t m after w e had f in ished design and had checked. By using MATLAB analysis& si u lation softw are that has strong m function, th e analysis& si ulation o f m echan ism s can be carried out conveniently and th e difficulty of analysis m , can reduce T he design e ff iciency and level can be upgraded and the desig n costs can be decreased . . K ey w ord s S lider- C rank m echan ism s S i ulat ion; MATLAB : ; m 曲柄滑块机构是一种工程上广泛应用的传动机构, 常用的设计方法有解析法和图解法。解析法需要 大量的数据计算, 需要编制程序才能进行。因此, 实际工程中大多使用作图法进行设计。但是, 由于作图 法设计精度较低, 同时也无法在设计过程中对所设计机构的运动性能仿真分析, 常常难以准确地满足工程 需要。 MATLAB是 M athw orks公司推出的交互式计算分析软件, 最早开发是为解决矩阵运算问题的, 具有强 大的运算分析功能。目前被广泛应用于自动控制、 信号处理、 机械设计、 流体力学和数理统计等工程领域, 利用该软件的仿真工具箱, 我们可以在完成了设计之后, 方便的实现对机构的动态仿真分析, 完成对新产 品的设计性能检验。可以从众多的设计方案中寻找出最佳设计方案, 大大提高设计水平和质量。由于该 软件的功能强大, 具有集科学计算、 程序设计和可视化于一体的高度集成软件环境, 使它已经成为具有广 泛应用前景的高级编程语言, 是目前国际上公认的最优秀计算分析软件。1 系统模型建立[ 1 2] 、为 了对机构进行运动仿真分析, 首先必须建立机构的数学模型 MATLAB仿真分析工具箱 S i ulink对其进行仿真分析。 m

对于任何的曲柄滑块机构都可以建立模型如图 1所示。收稿日期: 2005- 02- 28即位置方程, 然后利用强大的作者简介: 陈杰平 ( 1963- ) , 男, 河南省巩义市人, 硕士, 讲师, 主要从事机械 CA D /CAM 和控制方向的教学与研究。32安徽技 术师范学院学报2005年图 1 数学模型 F ig. 1 M athema ticsM odel可以建立其矢量方程表达式为: R 2 + R3 = R1 ( 1) 建立如图所示的笛卡儿平面坐标系。规定如图所示的角度为正值。从而可以得到矢量方程的两个分 量表达式 (坐标系与 R1重合, 故 r2 cos 2 + r3 cos 3 = r1 r2 sin 2 + r3 sin 3 = 0 当机构确定后其曲柄和连杆的长度已经确定。满足当 - r2 r22 2 1恒为零 ) : ( 2) ( 3) = 0 时, r1 = r2 + r3,3=0。 ( 4) ( 5)将式 ( 2) 和 ( 3) 对时间进行一、 二次求导, 可以得到其运动方程为:2sin 2 - r22 22 2cos 2 - r333sin 3 - r32 32 3cos 3 =  r1cos 2 - r2sin 2 + r3sin 3 - r3sin 3 = 0当确定曲柄 2为主动件、 滑块为工作输出部件后, 对上式移项整理可以得到其数学模型的矩阵方程: r3 sin31 03- r3 cos 3= r1- ( r2 r222sin 2 + r222 2cos 2 + r32 32 2+ cos 2 + r33 22 3 3cos 3 )cos 2 - r2cos 2 - r2sin 2 - r3sin( 6)2 编程与仿真[ 2 3 4 5] 、、、利用 MATLAB 进行仿真分析, 主要包括两个步骤: 首先编制计算所需的函数模块, 然后利用其仿真工 具箱 S i u link建立仿真系统框图, 设定初始参数进行仿真分析。 m 2 1 计算函数编制 . 进行仿真分析, 第一步工作就是根据建立的数学模型, 进行功能运算函数的编制。编制计算函数 ac ccalcu late m 如下: . function [ x ] = acccalcu late( u) % u( 1) = 2, 即曲柄的角加速度 % u( 2) = % u( 3) = % u( 4) =2 3, 即曲柄 2的角速度, 即连杆 3的角速度 2, u( 5) = 3 % 给定曲柄和连杆长度, 以 mm 为单位r2= 100 r3= 400 ; ;% 以下为根据数学模型列写的计算公式 a= [ r3 sin ( u( 5) ) 1 - r3 cos( u( 5) ) 0] ; * ; * b= [ - ( r2 u( 1)* sin( u( 4) ) + r2 u( 2) ^2* cos( u( 4) ) + r3 u( 3) ^2 cos( u( 5) ) ); * * * * r2 u( 1)* cos( u( 4) ) - r2 u( 2) ^2 sin ( u( 4) ) - r3 u( 3) ^2 sin ( u( 5) ) ]; * * * * * x= inv( a) * b; % 矩阵计算 2 2 系统仿真框图 . 进入 MATLAB, 在命令栏中键入 Si u link进入仿真界面, 建立仿真系统框图如图 2所示。 m第 19卷第 4期陈杰平, 等基于 MAT LAB 的曲柄滑块机构仿真研究33图 2 仿真框图 F ig 2 T he diag ram o f si ulation . m然后根据仿真要求设定各环节的初始参数, 即可以对机构进行运动学仿真分析。 其中 Scope可以显示所有运动参数变化曲线, 直接观察。也可以将其仿真结果以数据文件的形式存 放在工作台, 然后利用 MAT LAB的 plot命令根据需要绘制曲线。下面以实例来说明仿真的过程和步骤。 2 3 仿真的实现 . 初

始参数值的设定需要根据具体的要求进行。例如, 已知曲柄 r2= 100mm, 连杆 r3= 400mm; 初始 …… 此处隐藏：3086字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……