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宝鸡文理学院学报(自然科学版)第39卷，第2期，第6366页,2019年6月Journal of Baoji University of Arts and Sciences(Natural Science)•Vol.39•No.2•pp.63-66•Jun.2019DOI：10.13467/旊i.jbuns.2019.02.002hup：///kcms/detail/61.1290.N.20190612.0952.002.html曲柄滑块机构的MATLAB优化设计与SolidWorks运动仿真"许海强，唐海平灣(宝鸡文理学院机械工程学院，陕西宝鸡721016)摘要：目的得到曲柄滑块机构的最优传力性能，验证其急回特性暎方法以机构运动学参数为设计变量，针对作业任务的要求，通过几何分析导出运动学参数必须满足的约束方程，提出量化机构力学性能的指标，建立机构的优化设计数学模型，给定滑块行程和行程速比系数，用MATLAB优化工具箱求解机构运动学参数的最优尺寸，用SolidWorks建模和运动学仿真暎结果得到了机构运动学参数的最优尺寸和运动学曲线，验证了偏置曲柄滑块机构的急回特性暎结论以MATLAB和SolidWorks 为设计平台进行机构设计与运动分析，具有简单可行和直观高效等优点，可以将其推广到工程实际中暎关键词：曲柄滑块机构；优化设计；M ATL AB；SolidWorks；运动分析中图分类号:TH111文献标志码:A文章编号：1007-1261(2019)02006304 MATLAB optimization design of crank-slider mechanism and SolidWorks motion simulationXU Hai-qiang,TANG Hai-ping灣(Inslilule of Mechanical Engineering•Baoji University of Arts and Sciences•Baoji721016•Shaanxi•China)Abstract：Purposes—To obtain the optimal force transfer performance of the crank-slider mechanism,and to verify its quick-return characteristics.Methods—According to the requirement,of job task,the constraint equation which kinematic parameters shall meet is deduced through geometric analysis with the kinematic parameters of the crank-slider mechanism as design variables,then the mechanic performance indicators of quantitative mechanisms is put forward,and a mathematical model of optimization design is established.When the slider stroke and travel speed ratio coefficient are given, MATLAB optimization toolbox is utilized to solve the optimal size of the kinematic parameters,and SolidWorks is used for modeling and kinematics simulation.Results—The optimal size and kinematic curves of kinematic parameters of the mechanism are obtained,and the quick-return characteristics of offset crank slider mechanism is verified.Conclusions—The mechanism design and motion analysis with MATLAB and SolidWorks as the design platform is simple,feasible,intuitive and efficient,so theycanbeextendedtoengineeringpractice.Key words:crank-slider mechanism；optimization design；MATLAB；SolidWorks；motion analysis曲柄滑块机构是一种平面连杆机构，通过曲柄的回转带动滑块做水平的往复移动，已广泛应用于空气压缩机、往复活塞式发动机等机械系统中暎偏置曲柄滑块机构具有急回特性，在设计机构时，为了保证传动系统的效率，必须对各构件的尺寸参数、位置参数等进行优化设计暎文献［1—收稿日期：2019-01-17,修回日期：2019-03-05,网络出版时间：201906-1209：52：52.作者简介：许海强(1994-)，男，陕西宝鸡人，硕士研究生，研究方向：机电一体化技术.Email:xhq9425@ 通讯作者：唐海平C1976-),男，陕西宝鸡人，副教授，博士，硕士生导师，研究方向：材料物理化学.64宝鸡文理学院学报(自然科学版)2019年2］在给定行程速比系数K并且已知曲柄长度a,连杆长度S偏心距e中的任意一个量的情况下,通过解析法推导出其他任意2个未知量暎文献［3—5］通过辅助圆图解法设计了曲柄滑块机构暎但随着MATLAB等计算机优化软件的出现，这2种方法已经不再适用暎作为优化设计领域应用最广的软件之一，MATLAB不仅可以使用优化工具箱中的函数，还能通过算法编程实现相应的最优化设计［］暎偏置曲柄滑块机构的运动学分析是指在不考虑力的前提下，对机构的位移、速度、加速度随时间的变化进行仿真分析暎作为三维设计软件,SolidWorks不但能对机构进行三维建模,还可以使用Motion插件执行复杂机构的运动学和动力学仿真，通过动画、图表、曲线等反映机构的运动特性［］暎本文以曲柄滑块机构在作业任务中满足滑块行程H和行程速比系数K的前提下，以最小传动角Ymin作为目标函数，曲柄长度a,连杆长度b,偏心距e为设计变量暎首先用MATLAB软件进行优化设计，得到机构的最优尺寸参数，再用Solid-Works软件建立偏置曲柄滑块机构的三维模型,最后用Motion插件进行机构运动学仿真，并对仿真结果进行分析暎1优化设计的数学模型优化设计基于数学最优化理论,并使用计算机找到最优解暎在优化实际工程问题时，首先要建立数学模型，即确定设计变量、构造目标函数、选择约束条件；其次根据数学模型选择合适的最优化算法，最后编写程序上机电算择优［］暎1.1确定设计变量优化设计中需要调整和优选的参数称为设计变量。
基于MATLAB曲柄滑块机构运动仿真1.题目描述题目：对如图1所示的曲柄滑块机构的运动过程进行仿真，并用动画的方式显示曲柄滑块机构的运动过程，位移曲线、速度曲线和加速度曲线。
图中，AB长R2，BC长R3mm，A点为坐标原点。
图1 曲柄滑块机构示意图2.实现方法利用GUI界面设计来对曲柄滑块机构的运动过程进行仿真，并用动画的方式显示曲柄滑块机构的运动过程。
3.界面设计1. Gui 设计1）新建GUI：菜单-新建-gui，并保存为test52）界面设计：拖拽左侧图标到绘图区，创建GUI界面拖拽左侧图标值绘图区设置如下的按钮最终的仿真界面如图所示3）代码添加：进入代码界面4.代码编程%模型求解a1=str2double(get(handles.edit1,'String'));a2=str2double(get(handles.edit2,'String'));a3=str2double(get(handles.edit3,'String'));a4=str2double(get(handles.edit4,'String'));a5=str2double(get(handles.edit5,'String'));a=a1*((1-cos(a4*a5))+0.25*(a1/a2)*(1-cos(2*a4*a5))); set(handles.edit6,'String',a);a0=(a4*a1)*(sin(a4*a5)+0.5*(a1/a2)*sin(2*a4*a5));set(handles.edit7,'String',a0);a6=(a4*a4*a1)*(cos(a4*a5)+(a1/a2)*cos(a4*a5));set(handles.edit8,'String',a6);%绘制位移、速度、加速度曲线axes(handles.axes3);r1=str2double(get(handles.edit1,'String'));r2=str2double(get(handles.edit2,'String'));omiga1=str2double(get(handles.edit4,'String'));x11=1:720;for i=1:720x1(i)=i*pi/180;%sin(x2(i)=r1/r2*sin(x1(i));x2(i)=asin(-r1/r2*sin(x1(i)));x22(i)=x2(i)*180/pi;r3(i)=r1*cos(x1(i))+r2*cos(x2(i));B=[-r1*omiga1*sin(x1(i));r1*omiga1*cos(x1(i))];A=[r2*sin(x2(i)) 1;-r2*cos(x2(i)) 0];X=inv(A)*B;omiga2(i)=X(1,1);v3(i)=X(2,1);endplot(x11/60,0.5*r1*sin(x1));xlabel('ʱ¼äÖá t/sec')ylabel('Á¬¸ËÖÊÐÄÔÚYÖáÉϵÄλÖÃ/mm')figure(2)plot(x11/60,r3);title('λÒÆÏßͼ')grid onhold off;xlabel('ʱ¼ät/sec')ylabel('»¬¿éλÒÆ r3/mm')figure(3)plot(x11/60,omiga2);title('Á¬¸Ë½ÇËÙ¶È')grid onhold off;xlabel('ʱ¼ä t/sec')ylabel('Á¬¸Ë½ÇËÙ¶È omiga2/rad/sec') figure(4)plot(x11/60,v3*pi/180);title('»¬¿éËÙ¶È')grid onhold off;xlabel('ʱ¼ä t/sec')ylabel('»¬¿éËÙ¶È v3/mm/sec')%绘制表格axes(handles.axes3);grid onaxes(handles.axes1);grid on%制作动画axes(handles.axes1);hf=figure('name','Çú±ú»¬¿é»ú¹¹'); set(hf,'color','r');hold onaxis([-6,6,-4,4]);grid onaxis('off');xa0=-5;%»îÈû×󶥵ã×ø±êxa1=-2.5;%»îÈûÓÒ¶¥µã×ø±êxb0=-2.5;%Á¬¸Ë×󶥵ã×ø±êxb1=2.2;%Á¬¸ËÓÒ¶¥µã×ø±êx3=3.5;%תÂÖ×ø±êy3=0;%תÂÖ×ø±êx4=xb1;%ÉèÖÃÁ¬¸ËÍ·µÄ³õʼλÖúá×ø±êy4=0;%ÉèÖÃÁ¬¸ËÍ·µÄ³õʼλÖÃ×Ý×ø±êx5=xa1;y5=0;x6=x3;%ÉèÖÃÁ¬Öá³õʼºá×ø±êy6=0;%ÉèÖÃÁ¬Öá³õʼ×Ý×ø±êa=0.7;b=0.7c=0.7a1=line([xa0;xa1],[0;0],'color','b','linestyle','-','linewidth',40); %ÉèÖûîÈûa3=line(x3,y3,'color',[0.5 0.60.3],'linestyle','.','markersize',300);%ÉèÖÃתÂÖa2=line([xb0;xb1],[0;0],'color','black','linewidth',10);%ÉèÖÃÁ¬¸Ëa5=line(x5,y5,'color','black','linestyle','.','markersize',40);%ÉèÖÃÁ¬¸Ë»îÈûÁ¬½ÓÍ·a4=line(x4,y4,'color','black','linestyle','.','markersize',50);%ÉèÖÃÁ¬¸ËÁ¬½ÓÍ·a6=line([xb1;x3],[0;0],'color','black','linestyle','-','linewidth',10 );a7=line(x3,0,'color','black','linestyle','.','markersize',50);%ÉèÖÃÔ˶¯ÖÐÐÄa8=line([-5.1;-0.2],[0.7;0.7],'color','y','linestyle','-','linewidth' ,5);%ÉèÖÃÆû¸×±Úa9=line([-5.1;-0.2],[-0.72;-0.72],'color','y','linestyle','-','linewi dth',5);%ÉèÖÃÆû¸×±Úa10=line([-5.1;-5.1],[-0.8;0.75],'color','y','linestyle','-','linewid th',5);%ÉèÖÃÆû¸×±Úa11=fill([-5,-5,-5,-5],[0.61,0.61,-0.61,-0.61],[a,b,c]);%ÉèÖÃÆû¸×ÆøÌålen1=4.8;%Á¬¸Ë³¤len2=2.5;%»îÈû³¤r=1.3;%Ô˶¯°ë¾¶dt=0.015*pi;t=0;while 1t=t+dt;if t>2*pit=0;endlena1=sqrt((len1)^2-(r*sin(t))^2);%Á¬¸ËÔÚÔ˶¯¹ý³ÌÖкáÖáÉϵÄÓÐЧ³¤¶Èrr1=r*cos(t);%°ë¾¶ÔÚÔ˶¯¹ý³ÌÖкáÖáÉϵÄÓÐЧ³¤¶Èxaa1=x3-sqrt(len1^2-(sin(t)*r)^2)-(r*cos(t));%»îÈûÔÚÔ˶¯¹ý³ÌÖеÄÓÒ¶¥µã×ø±êλÖÃxaa0=xaa1-2.5;%%»îÈûÔÚÔ˶¯¹ý³ÌÖеÄ×󶥵ã×ø±êλÖÃx55=x3-cos(t)*r;%Á¬¸ËÔÚÔ˶¯¹ý³ÌÖкá×ø±êλÖÃy55=y3-sin(t)*r;%Á¬¸ËÔÚÔ˶¯¹ý³ÌÖÐ×Ý×ø±êλÖÃset(a4,'xdata',x55,'ydata',y55);%ÉèÖÃÁ¬¸Ë¶¥µãÔ˶¯set(a1,'xdata',[xaa1-2.5;xaa1],'ydata',[0;0]);%ÉèÖûîÈûÔ˶¯set(a2,'xdata',[xaa1;x55],'ydata',[0;y55]);set(a5,'xdata',xaa1);%ÉèÖûîÈûÓëÁ¬¸ËÁ¬½ÓÍ·µÄÔ˶¯set(a6,'xdata',[x55;x3],'ydata',[y55;0]);set(a11,'xdata',[-5,xaa0,xaa0,-5]);%ÉèÖÃÆøÌåµÄÌî³äset(gcf,'doublebuffer','on');%Ïû³ýÕð¶¯drawnow;end5．结果（1）对它的结构参数进行设置，如下图所示。
************************计算机仿真技术matlab报告************************曲柄滑块机构目录一、基于GUI的曲柄滑块机构运动仿真二、基于simulink的曲柄滑块机构运动仿真曲柄滑块机构1.题目描述题目：对如图1所示的曲柄滑块机构的运动过程进行仿真，并用动画的方式显示曲柄滑块机构的运动过程，位移曲线、速度曲线和加速度曲线。
图中，AB长R2，BC长R3mm，A点为坐标原点。
图1 曲柄滑块机构示意图2.实现方法利用GUI界面设计来对曲柄滑块机构的运动过程进行仿真，并用动画的方式显示曲柄滑块机构的运动过程。
3.界面设计1. Gui 设计1）新建GUI：菜单-新建-gui，并保存为test52）界面设计：拖拽左侧图标到绘图区，创建GUI界面拖拽左侧图标值绘图区设置如下的按钮最终的仿真界面如图所示3）代码添加：进入代码界面4.代码编程%模型求解a1=str2double(get(handles.edit1,'String'));a2=str2double(get(handles.edit2,'String'));a3=str2double(get(handles.edit3,'String'));a4=str2double(get(handles.edit4,'String'));a5=str2double(get(handles.edit5,'String'));a=a1*((1-cos(a4*a5))+0.25*(a1/a2)*(1-cos(2*a4*a5))); set(handles.edit6,'String',a);a0=(a4*a1)*(sin(a4*a5)+0.5*(a1/a2)*sin(2*a4*a5));set(handles.edit7,'String',a0);a6=(a4*a4*a1)*(cos(a4*a5)+(a1/a2)*cos(a4*a5));set(handles.edit8,'String',a6);%绘制位移、速度、加速度曲线axes(handles.axes3);r1=str2double(get(handles.edit1,'String'));r2=str2double(get(handles.edit2,'String'));omiga1=str2double(get(handles.edit4,'String'));x11=1:720;for i=1:720x1(i)=i*pi/180;%sin(x2(i)=r1/r2*sin(x1(i));x2(i)=asin(-r1/r2*sin(x1(i)));x22(i)=x2(i)*180/pi;r3(i)=r1*cos(x1(i))+r2*cos(x2(i));B=[-r1*omiga1*sin(x1(i));r1*omiga1*cos(x1(i))]; A=[r2*sin(x2(i)) 1;-r2*cos(x2(i)) 0];X=inv(A)*B;omiga2(i)=X(1,1);v3(i)=X(2,1);endplot(x11/60,0.5*r1*sin(x1));xlabel('ʱ¼äÖá t/sec')ylabel('Á¬¸ËÖÊÐÄÔÚYÖáÉϵÄλÖÃ/mm') figure(2)plot(x11/60,r3);title('λÒÆÏßͼ')grid onhold off;xlabel('ʱ¼ät/sec')ylabel('»¬¿éλÒÆ r3/mm')figure(3)plot(x11/60,omiga2);title('Á¬¸Ë½ÇËÙ¶È')grid onhold off;xlabel('ʱ¼ä t/sec')ylabel('Á¬¸Ë½ÇËÙ¶È omiga2/rad/sec') figure(4)plot(x11/60,v3*pi/180);title('»¬¿éËÙ¶È')grid onhold off;xlabel('ʱ¼ä t/sec')ylabel('»¬¿éËÙ¶È v3/mm/sec')%绘制表格axes(handles.axes3);grid onaxes(handles.axes1);grid on%制作动画axes(handles.axes1);hf=figure('name','Çú±ú»¬¿é»ú¹¹');set(hf,'color','r');hold onaxis([-6,6,-4,4]);grid onaxis('off');xa0=-5;%»îÈû×󶥵ã×ø±êxa1=-2.5;%»îÈûÓÒ¶¥µã×ø±êxb0=-2.5;%Á¬¸Ë×󶥵ã×ø±êxb1=2.2;%Á¬¸ËÓÒ¶¥µã×ø±êx3=3.5;%תÂÖ×ø±êy3=0;%תÂÖ×ø±êx4=xb1;%ÉèÖÃÁ¬¸ËÍ·µÄ³õʼλÖúá×ø±êy4=0;%ÉèÖÃÁ¬¸ËÍ·µÄ³õʼλÖÃ×Ý×ø±êx5=xa1;y5=0;x6=x3;%ÉèÖÃÁ¬Öá³õʼºá×ø±êy6=0;%ÉèÖÃÁ¬Öá³õʼ×Ý×ø±êa=0.7;b=0.7c=0.7a1=line([xa0;xa1],[0;0],'color','b','linestyle','-','linewidth',40); %ÉèÖûîÈûa3=line(x3,y3,'color',[0.5 0.6 0.3],'linestyle','.','markersize',300);%ÉèÖÃתÂÖa2=line([xb0;xb1],[0;0],'color','black','linewidth',10);%ÉèÖÃÁ¬¸Ëa5=line(x5,y5,'color','black','linestyle','.','markersize',40);%ÉèÖÃÁ¬¸Ë»îÈûÁ¬½ÓÍ·a4=line(x4,y4,'color','black','linestyle','.','markersize',50);%ÉèÖÃÁ¬¸ËÁ¬½ÓÍ·a6=line([xb1;x3],[0;0],'color','black','linestyle','-','linewidth',10);a7=line(x3,0,'color','black','linestyle','.','markersize',50);%ÉèÖÃÔ˶¯ÖÐÐÄa8=line([-5.1;-0.2],[0.7;0.7],'color','y','linestyle','-','linewidth',5);%ÉèÖÃÆû¸×±Úa9=line([-5.1;-0.2],[-0.72;-0.72],'color','y','linestyle','-','linewidth',5);%ÉèÖÃÆû¸×±Úa10=line([-5.1;-5.1],[-0.8;0.75],'color','y','linestyle','-','linewidth',5);%ÉèÖÃÆû¸×±Úa11=fill([-5,-5,-5,-5],[0.61,0.61,-0.61,-0.61],[a,b,c]);%ÉèÖÃÆû¸×ÆøÌålen1=4.8;%Á¬¸Ë³¤len2=2.5;%»îÈû³¤r=1.3;%Ô˶¯°ë¾¶dt=0.015*pi;t=0;while 1t=t+dt;if t>2*pit=0;endlena1=sqrt((len1)^2-(r*sin(t))^2);%Á¬¸ËÔÚÔ˶¯¹ý³ÌÖкáÖáÉϵÄÓÐЧ³¤¶Èrr1=r*cos(t);%°ë¾¶ÔÚÔ˶¯¹ý³ÌÖкáÖáÉϵÄÓÐЧ³¤¶È xaa1=x3-sqrt(len1^2-(sin(t)*r)^2)-(r*cos(t));%»îÈûÔÚÔ˶¯¹ý³ÌÖеÄÓÒ¶¥µã×ø±êλÖÃxaa0=xaa1-2.5;%%»îÈûÔÚÔ˶¯¹ý³ÌÖеÄ×󶥵ã×ø±êλÖà x55=x3-cos(t)*r;%Á¬¸ËÔÚÔ˶¯¹ý³ÌÖкá×ø±êλÖÃy55=y3-sin(t)*r;%Á¬¸ËÔÚÔ˶¯¹ý³ÌÖÐ×Ý×ø±êλÖÃset(a4,'xdata',x55,'ydata',y55);%ÉèÖÃÁ¬¸Ë¶¥µãÔ˶¯set(a1,'xdata',[xaa1-2.5;xaa1],'ydata',[0;0]);%ÉèÖûîÈûÔ˶¯set(a2,'xdata',[xaa1;x55],'ydata',[0;y55]);set(a5,'xdata',xaa1);%ÉèÖûîÈûÓëÁ¬¸ËÁ¬½ÓÍ·µÄÔ˶¯set(a6,'xdata',[x55;x3],'ydata',[y55;0]);set(a11,'xdata',[-5,xaa0,xaa0,-5]);%ÉèÖÃÆøÌåµÄÌî³äset(gcf,'doublebuffer','on');%Ïû³ýÕð¶¯drawnow;end5．结果（1）对它的结构参数进行设置，如下图所示点击计算按钮动画，结果如下图所示点击表格对图形进行画表格处理点击绘图，即可得到位移、速度、加速度曲线，如下图所示二、基于simulink 的曲柄滑块机构运动仿真（1）运用矢量求解法求解（2）绘制速度接线图，如下图所示：运动仿真结果如下图：（3）绘制加速度接线图，如下图所示：运行结果如图所示：。
AbstractSlider-crank mechanism plays a significant role in the mechanical manufacturing areas. The slider crank mechanism is a particular four-bar mechanism that exhibits both linear and rotational motion simultaneously. It is also called four-bar linkage configurations and the analysis of four bar linkage configuration is very important. In this paper four configurations are taken into account to synthesis, simulate and analyse the offset slider crank mechanism. Mathematical formulae are derived for determining the lengths of the crank and connecting rod; the kinematic and dynamic analyses of the positions, velocities and accelerations of the links of the offset slider crank and the forces acting on them leading to sparse matrix equation to be solved using MATLAB m-function derived from the analysis; the simulation of the model in Simulink and finally, the simulation results analysis. This program solves for all the unknown parameters and displays those results in graphical forms.曲柄滑块机构在机械制造领域发挥着重要的作用。
曲柄滑块机构的优化设计及运动仿真学位论文曲柄滑块机构的优化设计及运动仿真目录目录...............................................................1 摘要............................................................... 第1章绪论........................................................ 选题的目的及意义............................................. 优化设计方法的概述........................................... 国内外的研究现状............................................ 主要研究内容............................................ 第2章曲柄滑块机构的受力分析......................................曲柄滑块机构的分类...........................................曲柄滑块机构的动力学特性.....................................曲柄滑块机构中运动学特性..................................... 第3章偏置式曲柄滑块机构的优化设计................................ 优化软件的介绍.............................................. MATLAB的发展历程和影响...................................MATLAB 在机构设计中的应用................................. 机构优化设计实例分析........................................ 设计目标的建立...........................................根据设计要求，确定约束条件................................利用MATLAB进行优化设计.................................... 编制优化程序.............................................. 程序运行结果及处理........................................ 对优化结果进行验证和分析................................. 第4章偏置曲柄滑块机构的运动学建模与仿真.......................... 偏置曲柄滑块机构运动特性建模................................ 仿真环境简介............................................. 机构的运动学建模........................................ 运动学仿真的实现.......................................... 函数的编制及初始参数的设定............................... 构建Simulink仿真框图.................................... 对仿真结果进行分析...................................... 总结...............................................................〔Toolboxs〕组成虽然该软件的初衷并不是为控制系统设计的，但它提供了强大的矩阵处理和绘图功能，可靠灵活且方便，非常适合现代控制理论的计算机辅助设计。
基于MATLAB 的曲柄滑块机构运动的仿真摘要：本文在曲柄滑块机构运动简图的基础上，对其数学运动模型进行分析，用解析法计算曲柄的转角和角速度，及滑块的位移和速度，并用MATLAB软件进行仿真。
1引言在机械传动系统中，曲柄滑块机构是一种常用的机械机构，它将曲柄的转动转化为滑块在直线上的往复运动，是压气机、冲床、活塞式水泵等机械的主机构。
这里用解析法，并用MATLAB对其进行仿真。
2曲柄滑块机构的解析法求解曲柄滑块机构的运动简图如图1所示，在图1中，L i、L2和e分别为曲柄滑块的曲柄、连杆和偏差，‘、2分别为曲柄和连杆的转角，「:、「:分别为曲柄和连杆的角速度，S为滑块的位移。
(1)块的位移S 和速度S2.1位移分析按图1中四边形ABCD 的矢量方向有：AB =CD将上式转化成幅值乘以角度的形式，得到如下等式:L :e 闻十=S + ie分别取上式的虚部和实部，并在 e 前面乘N , N 取值1或—1,用以表示滑 块在x 轴的上方或者下方，得到下面两式:，以及滑L cos 1 L 2cos 2 = S （2） L sin 1 L 2sin 2 = Nb（3）整理上面两个公式得到S 和：2的计算公式：S 二 L i cos 1 L 2 cos 22.2速度分析将（1）式两边对时间求导得（6）式L i -'i ie i 1- L 2 \ ie i 2= S（6）取（6）式的实部和虚部，整理得 S 和：2的计算公式：■L 1 ;*1cos12 ■L 2 COS ®2根据（7）式和（8）式即可得到滑块的速度及连杆的角速度。
2.3实例分析及其MATLAB 仿真 2.3.1实例分析下面对图2所示的曲柄滑块机构做具体分析。
图2曲柄滑块机构简图*二 arcs inNe - L 1 sin 打L2(5)S 「：L i sin （—2）cos :2yx例中：几=36mm,r2=140mm，^60d /sec，求'2，2，S 和S。
matlab曲柄滑块机构课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握曲柄滑块机构的基本原理与运动特性；2. 学会使用MATLAB软件进行曲柄滑块机构的运动仿真；3. 掌握运用MATLAB分析曲柄滑块机构的运动数据及性能参数。
技能目标：1. 能够运用所学知识，设计简单的曲柄滑块机构；2. 熟练操作MATLAB软件，进行曲柄滑块机构的运动分析与仿真；3. 能够通过MATLAB处理数据，优化曲柄滑块机构的设计。
情感态度价值观目标：1. 培养学生的团队协作精神，提高沟通与表达能力；2. 激发学生探索科学、技术问题的兴趣，培养创新意识和实践能力；3. 增强学生对机械工程领域的认识和热爱，提高专业认同感。
课程性质：本课程为机械工程专业课程设计，旨在通过实践操作，使学生掌握曲柄滑块机构的设计与分析方法。
学生特点：学生已具备一定的机械原理、力学和MATLAB基础，具有较强的动手能力和学习兴趣。
教学要求：结合实际工程案例，以实践为主，注重培养学生的实际操作能力、分析问题和解决问题的能力。
通过课程学习，使学生能够独立完成曲柄滑块机构的设计与分析任务。
二、教学内容1. 曲柄滑块机构原理及运动特性分析：- 曲柄滑块机构基本组成与工作原理- 曲柄滑块机构的运动学分析- 运动方程的建立及求解2. MATLAB软件在曲柄滑块机构中的应用：- MATLAB软件的基本操作与常用函数- MATLAB曲线拟合、数值计算等功能在曲柄滑块机构分析中的应用- MATLAB/Simulink环境下曲柄滑块机构的运动仿真3. 曲柄滑块机构设计及优化：- 设计原则与步骤- 参数化设计方法- 基于MATLAB的曲柄滑块机构设计优化4. 实践操作与案例分析：- 实际工程案例介绍与分析- 曲柄滑块机构设计及运动分析的实践操作- 数据处理与结果分析教学内容安排与进度：1. 第一周：曲柄滑块机构原理及运动特性分析2. 第二周：MATLAB软件在曲柄滑块机构中的应用3. 第三周：曲柄滑块机构设计及优化4. 第四周：实践操作与案例分析教材章节：1. 《机械原理》中曲柄滑块机构相关章节2. 《MATLAB基础与应用》中相关章节3. 《机械设计》中机构设计及优化相关章节教学内容注重理论与实践相结合，通过系统性的教学，使学生掌握曲柄滑块机构的设计与分析方法，并能够运用MATLAB软件进行实际操作。
学士学位论文系别：机电工程系学科专业：机械设计制造及自动化2011年5 月曲柄滑块机构的优化设计及运动仿真系别：机电工程系学科专业：机械设计制造及自动化XX：指导教师：2011年5月曲柄滑块机构的优化设计及运动仿真摘要本论文主要针对目前国外采用图解法对曲柄滑块机构的设计研究，普遍存在着机构的设计效率、设计精度以及设计质量低的诸多不足，从而导致了机构的运动潜能没有得到充分的发挥，还会使得机构的运动性能不良、运动不顺畅，不能实现预期的运动要求。
而运用MATLAB对曲柄滑块机构进行优化设计与运动仿真，可以达到设计的目的。
通过设计的要求，先建立起优化目标的数学模型，然后对设计目标确定约束条件，再运用MATLAB中的优化工具箱编程求解最优方案。
其次根据所求得的优化尺寸，运用仿真工具箱进行运动仿真，最后再对仿真结果运动分析。
为此，利用功能强大的MATLAB软件设计曲柄滑块机构，及其中的Simulink模块，可以方便的实现机构的优化设计和运动仿真，提高了机构的设计效率、设计精度以及降低了开发的成本。
关键词：曲柄滑块机构，优化设计，运动仿真，MATLAB，运动规律OPTIMAL DESIGN OF SLIDER-CRANK MECHANISM AND SIMULATIONABSTRACTIn this paper, using graphic method for the current domestic and international organizations on the design of the slider crank, the prevalence of body design efficiency, design accuracy, and design the disadvantages of low quality, leading to the institution's athletic talent is not given full play, but also will make the poor kinematic performance, movement is not smooth, the movement can not achieve the desired requirements. Crank slider mechanism on the use of MATLAB to optimize the design and motion simulation to achieve the design objectives. Requirements through the design, first built a mathematical model of optimizationobjectives, and then determine the constraints on the design goals, and then use the optimization toolbox in MATLAB programming to solve the optimal solution. Second, the optimization according to the size obtained using the simulation toolbox for simulation, and finally motion analysis. To this end, the use of the powerful MATLAB software slider-crank mechanism, and the Simulink module, you can easily achieve organizational optimization and motion simulation, improved the design efficiency of institutions, design accuracy and reduce the development costs.Key words:Slider-Crank mechanisms; Optimization; Motion Simulation; MATLAB; Law of motion目录目录 (1)摘要...............................................................................................................................第1章绪论.................................................................................................................1.1选题的目的及意义...........................................................................................1.2优化设计方法的概述.......................................................................................1.3 国外的研究现状..............................................................................................1.4 本文主要研究容..............................................................................................第2章曲柄滑块机构的受力分析.............................................................................2.1曲柄滑块机构的分类.......................................................................................2.2曲柄滑块机构的动力学特性...........................................................................2.3曲柄滑块机构中运动学特性...........................................................................第3章偏置式曲柄滑块机构的优化设计.................................................................3.1 优化软件的介绍..............................................................................................3.1.1 MATLAB的发展历程和影响 .......................................................................3.1.2 MATLAB在机构设计中的应用 ...................................................................3.2 机构优化设计实例分析..................................................................................3.2.1 设计目标的建立.........................................................................................3.2.2根据设计要求，确定约束条件..................................................................3.3 利用MATLAB进行优化设计 ........................................................................3.3.1编制优化程序..............................................................................................3.3.2程序运行结果及处理..................................................................................3.3.3 对优化结果进行验证和分析.....................................................................第4章偏置曲柄滑块机构的运动学建模与仿真.....................................................4.1偏置曲柄滑块机构运动特性建模.................................................................4.1.1仿真环境简介............................................................................................4.1.2机构的运动学建模...................................................................................4.2 运动学仿真的实现......................................................................................4.2.1函数的编制及初始参数的设定................................................................4.2.2构建Simulink仿真框图 ............................................................................4.2.3 对仿真结果进行分析...............................................................................总结...............................................................................................................................参考文献....................................................................................................................... 致...................................................................................................................................第一章绪论1.1选题的目的及意义曲柄滑块机构由于可以实现旋转运动与直线运动之间的变换，并可以实现急回运动，所以在机械设备中得到广泛的应用，如冲压机械、惯性筛、自动送料机构、冲床、剪床和往复活塞式发动机等。
基于MATLAB的曲柄摇杆机构的机械优化设计以曲柄摇杆机构为例，建立了运动分析数学模型。
以曲柄摇杆机构对应位置实际输出值与期望函数值的平方偏差之和的最小值作为实际目标进行优化。
应用MATLAB软件进行了优化设计和仿真分析，为机构优化设计提供了一种高效、直观的仿真手段，提高了对平面四连杆机构的分析设计能力。
标签：MATLAB；曲柄摇杆机构；优化设计前言平面四连杆机构虽然结构简单，但能有效地实现给定的运动规律或运动轨迹，很好地完成预定的动作，因而在工程实践中得到了广泛应用[1]。
传统的设计方法主要是图解法或分析法，对连杆机构设计，无论设计精度还是设计效率都相对低下，不能满足现代机械高速高精度的要求。
随着计算机技术的不断发展，为机构运用运动仿真实现优化设计提供了有效的手段。
MATLAB是一套功能强大的科学计算软件[2]，被广泛应用于工程计算、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。
其具有强大的数值计算能力和高效的工具箱函数，高效求解复杂庞大的实际工程问题，并可以根据需要，实现计算结果的可视化效果。
首先构建四连杆机构的数学模型，再利用MATLAB 软件强大的数值计算能力和高效的工具箱函数，以某规定期望函数的平面四连杆机构（机构运动简图如图1 所示）为例进行优化设计并进行了仿真计算，实现了机构运动仿真的可视化。
1 曲柄摇杆机构的数学模型1.1 设计变量机构的基本变量为各杆杆长及曲柄转角，根据曲柄摇杆机构各杆长度间的关系，独立的杆长变量有三个，分别为L2，L3，L4取杆长L1=1。
故曲柄摇杆机构的设计变量可以表示为：1.2 目标函数1.3 约束条件该机构的约束条件有两个方面：一是最小传动角约束条件[3]；二是保证四杆机构满足曲柄存在的条件。
（1）最小传动角约束或对应的约束函数为：（2）曲柄存在的条件按曲柄存在条件，由机械原理可知：2 结果比较文章的算例是四连杆机构的一个经典案例，常被研究四连杆机构的学者进行引用，但是很多人研究的都是已知曲柄和机架的参数优化设计，而把机架也作为未知量求解的程序较少，也就是研究的多是两参数的问题，一般把曲柄设置为1，机架设置为5，然后编程进行优化，结果如表1。
基于MATLAB的偏心曲柄滑块机构的优化设计
罗绥辉
【期刊名称】《中国机械》
【年(卷),期】2014(000)016
【摘要】曲柄滑块机构作为机械装置的基本机构之一具有广泛而重要的用途，但
在其工作的整个寿命过程中受到多种不可测因素的干扰，如制造误差、装配误差、使用中的磨损导致的误差等。
所以如果在设计阶段充分考虑到各种不可测因素的影响，从而使机械装置在整个使用寿命阶段的性能达到最优，对机械系统有非常重要。
稳健设计方法的出现成为解决此类问题的有效手段。
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of cuts a core of the reasons, through practical test and analysis to find the key reason, and the level of core kinds of cuts made effective control.
【总页数】2页(P72-73)
【作者】罗绥辉
【作者单位】610039西华大学机械工程与自动化学院四川成都
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于最佳传动性能的偏心曲柄滑块机构设计
2.基于MATLAB的曲柄滑块机构动
力分析3.基于MATLAB的叉车曲柄滑块式转向机构的优化设计4.基于MATLAB
曲柄滑块机构运动学和动力学分析5.基于MATLAB和ADAMS的叉车曲柄滑块式转向机构优化分析
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课程作业曲柄摇杆优化设计姓名:ＸX学号:ＸXＸXX班级:XXXXＸＸX大学机械与动力学院目录1摘要2问题研究2.1问题重述2.2问题分析3数学模型的建立3.1设计变量的确定3.2目标函数的建立3.3约束条件的确定3.4标准数学模型4使用MATＬAB编程求解4.1调用功能函数4.2首先编写目标函数M 文件4.3编写非线性约束函数 M 文件4.4编写非线性约束函数 M 文件confｕn.m4.5运行结果5结果分析6结论推广7过程反思8个人小结9参考文献1摘要： ａb 确,22.10(32πψψ+=式中0ϕ和0ψ得小于4=≥][min γγ另外,2.2 要求摇杆的输出角最优地实现一个给定的运动规律()f ϕ。
这里假设要求:()()20023E f φϕφϕϕπ==+- (1)图1 曲柄摇杆机构简图对于这样的设计问题,可以取机构的期望输出角()E f φϕ=和实际输出角()F φϕ=的平方误差之和作为目标函数,使得它的值达到最小。
在图 1 所示的曲柄摇杆机构中，1l 、2l 、3l 、 4l 分别是曲柄AB 、连杆BC 、摇杆CD 和机架AD 的长度。
这里规定0ϕ为摇杆在右极限位置0φ时的曲柄起始位置角，它们由1l 、2l 、3l 和4l 确定。
3数学模型的建立 3.1 设计变量的确定决定机构尺寸的各杆长度1l 、2l 、3l 和4l ,以及当摇杆按已知运动规律开始运行时,曲柄所处的位置角0ϕ应列为设计变量，所有设计变量有:[][]1234512340T Tx x x x x x l l l l ϕ== (2)考虑到机构的杆长按比例变化时，不会改变其运动规律，通常设定曲柄长度1l =1.0,在这里可给定4l =5.0,其他杆长则按比例取为1l 的倍数。
若取曲柄的初始位置角为极位角,则ϕ及相应的摇杆l 位置角φ均为杆长的函数,其关系式为:()()()()2222212432301242125arccos 2101l l l l l l l l l l ϕ⎡⎤⎡⎤++-+-+==⎢⎥⎢⎥++⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ (3）()()222221243230343125arccos 210l l l l l l l l l φ⎡⎤⎡⎤+--+--==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦（4）因此,只有2l 、3l 为独立变量，则设计变量为[][]1223T Tx x x l l ==。
KUNMING UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY《计算机仿真技术》课程设计报告冯叶/ 浦合旳201410302544/ 201410302547刘孝保2015年6月姓名: 学号: 专业班级: 指导教师:机械卓目录©区肌理乂殳申KUMWBG sngn OF SCIENCE MO TCCWlOGr目录1 •仿真问题描述.........................................................................2•仿真问题数学模型......................................................................3. Mat lab实现方法 .....................................................................4・Mat lab代码..........................................................................5•仿真结论..............................................................................6.遇到的问题和解决的方式.................................................................7 •课程学习意见与建议...................................................................《计算机仿真技术》课程设计报告 艮咽疗N 乂孝 ItnVH ； WmJSTY ：f SCOtCE MP TOCtXCCf 1 •仿真问题描述已知机架AD 长为L1,曲柄AB 长为L2,连杆BC 长L3,另一机架长CD 长为L4,与AB 杆相 连的是一滑块E 。
