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杆机构运动仿真系统的研制田 杰，郭 蓉，黄 康（合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥，230009）摘要：本文建立了杆机构的运动方程，说明了杆机构运动仿真的原理，在此基础上研制了杆机构运动仿真系统。
系统提供了高效、直观的杆机构运动仿真手段，提高了对杆机构的分析与综合能力，同时，也为其他仿真系统提供了借鉴。
关键词：杆机构；运动仿真；软件研制0 前 言平面连杆机构是由若干刚性构件用低副联接而成的平面机构，故又称平面低副机构。
平面连杆机构构件运动形式多样，可以实现转动、摆动、移动和平面复杂运动，从而实现已知运动规律和已知轨迹。
它的优点是运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；连杆机构还能起增力或扩大行程的作用，若接长连杆，则能控制较远距离的某些动作[1]。
所以，平面连杆机构广泛地应用于各种机械、仪表和机电一体化产品中。
但是它还存在着许多缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或复杂时，往往使机构结构复杂，设计工作也更加复杂。
随着生产的发展，机构的载荷与速度不断提高，对平面连杆机构设计的要求也越来越高。
因此，如何设计可满足各种工程要求的平面连杆机构，一直是该领域的重要课题[2][3]。
近年来，随着新技术的发展以及一些新兴学科的出现，许多专家在原有的机构分析方法上，综合这些新的知识，将一些新的思想融入机构的研究中，而无论是传统还是新提出的研究方法，一个共同的特点就是完成一次计算的工作量较大，因此，计算机辅助设计方法的研究就成了连杆机构研究的主要方向之一[4]。
本文研制的杆机构运动仿真系统，可以对杆机构的运动情况和运动参数进行仿真。
即可以用来加快杆机构的设计过程，也可以用来对现有的杆机构进行运动分析。
1 杆机构的运动方程建立起杆机构的运动方程是进行计算机运动仿真的前提。
运用解析法建立杆机构运动方程的主要有复数矢量法、杆组法、约束法等。
综合论坛新教师教学引言利用 UG 运动分析模块进行机构的运动仿真分析时，能够自动跟踪零件的运动轨迹，通过图表与图形表达从动件的位移、速度、加速度等运动规律，得到运动规律的数值及特性曲线图。
并且能够通过动画演示杠杆机构的实际运动过程，从而确定整个设计的合理性并进行运动干涉分析。
UG 的运动分析模块实现机构的运动仿真，也为下一步做有限元分析、强度分析、结构分析及优化设计打好了基础。
1 UG 运动仿真模块简介UG 的运动仿真模块是对机构的运动轨迹进行跟踪，从而分析机构速度、加速度、位移、作用力及反作用力等。
在 UG 环境下，可以将机构看成是一组连在一起进行运动的连杆的集合，机构进行运动仿真与分析主要分 3 个阶段：（1）前处理器阶段。
这个阶段主要是创建分析方案， 将分析方案得到的信息传送到 ADAMS 解算器；（2）求解阶段。
利用 ADAMS 解算器求解输入数据， 将求解结果传送到运动分析模块；（3）后处理阶段。
运动分析模块分析求解结果，将其转换成图表及报表文件，并生成动画。
ADAMS 解算器可以处理相当复杂的运动模型，在整个运动仿真过程中起着非常重要的作用。
但是如果有更复杂的分析需求时，就需要生成 ADAMS 输入文件，ADAMS 输入文件主要作用是能够输入标准的 ADAMS 软件包， 后处理阶段读入 ADAMS 软件，从而转换成所需要的动画、图表及报表文件。
2 杠杆机构的运动仿真（1）杠杆机构运动仿真的建立 运动分析方案的创建是进行运动仿真的关键。
①连杆（Links ）的创建 将杠杆机构活动构件建立连杆。
底板、支撑板、滑块导轨、左盖板、右盖板和固定螺钉设为固定连杆1，旋转手轮、偏心轮和连接螺钉设为连杆2，杠杆设为连杆3，滑块及连接螺钉设为连杆4。
如图 1 所示。
图1 建立连杆②添加运动副 运动副创建之前，机构中的连杆是在自由的，没有约束，具有 6 个自由度，UG 分析模块提供 12 种运动副类型，共分为两大类：普通类型的运动副 8 种，特殊类型的运动副 4 种。
连杆机构的仿真模型建立与验证连杆机构的仿真模型建立与验证连杆机构是一种常见的机械传动装置，广泛应用于各种机械系统中。
为了准确地描述和分析连杆机构的运动特性，我们可以建立一个仿真模型，并通过验证来验证该模型的准确性。
下面我将逐步介绍建立和验证连杆机构仿真模型的步骤。
第一步：确定系统的几何结构连杆机构的几何结构是建立仿真模型的基础。
首先，我们需要确定机构中各个连杆的长度、质量和惯性矩等参数。
此外，还需要确定连杆的连接方式，例如是否使用铰链连接或滑动连接。
第二步：建立系统的运动学模型连杆机构的运动学模型描述了连杆的运动规律。
我们可以利用几何关系和运动学原理建立系统的运动学方程。
根据连杆机构的类型，我们可以选择使用平面运动学或立体运动学模型。
第三步：建立系统的动力学模型连杆机构的动力学模型描述了连杆机构中各个部件之间的力学关系。
我们可以利用牛顿第二定律和动能定理等原理建立系统的动力学方程。
此外，还需要考虑外界施加在系统上的力和力矩。
第四步：选择仿真方法和软件工具建立连杆机构的仿真模型后，我们需要选择适当的仿真方法和软件工具进行仿真计算。
常用的仿真方法包括欧拉法、龙格-库塔法等。
常用的仿真软件工具包括MATLAB、Simulink、ADAMS等。
第五步：进行仿真计算和分析利用选择的仿真方法和软件工具，我们可以对建立的仿真模型进行计算和分析。
通过输入系统的初始条件和外界施加的力，可以得到系统的运动轨迹、速度、加速度等运动特性。
通过对仿真结果的分析，我们可以进一步了解连杆机构的运动规律。
第六步：验证仿真模型为了验证建立的仿真模型的准确性，我们可以将仿真结果与实际实验数据进行比较。
通过对比仿真结果和实验数据，可以评估仿真模型的准确性并进行修正。
如果仿真结果与实验数据吻合较好，说明建立的仿真模型具有较高的准确性。
综上所述，建立和验证连杆机构的仿真模型需要确定系统的几何结构、建立运动学和动力学模型、选择仿真方法和软件工具，进行仿真计算和分析，并将仿真结果与实验数据进行比较。
黄石理工学院毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：平面连杆机构的运动综合教学院：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：1．毕业设计（论文）的主要内容（1）查阅资料，完成毕业设计开题报告；（2）按学院要求，完成1篇与毕业设计课题相关的英文文献翻译；（3）在相关软件平台（如VB或Matlab）下，用解析法实现平面连杆机构的计算机辅助设计；（4）按要求完成毕业论文。
2．毕业设计（论文）的要求（1）了解平面机构设计综合课题的国内外发展动态及趋势；（2）在阅读相关平面机构设计综合文献的基础上，能用解析法分析和设计平面机构；（3）熟悉和掌握相关软件平台（如VB和Matlab）；（4）运用相关软件平台，实现平面机构的计算机辅助设计与分析；（5）毕业设计论文要求格式规划，语句通顺，论据充分，符合学院对毕业设计论文要求。
3．进度安排序号毕业设计（论文）各阶段名称起止日期1 调研，查阅资料2 开题报告，英文文献翻译3 实现平面机构的计算机辅助设计与分析4 完成毕业设计论文初稿5 毕业设计论文修改，完成论文6 论文答辩4．其他情况说明（1）题目开始实施后，每周星期三下午3：30在K1四楼行政办公室集中，检查进度，协调相关事项，进行组内讨论，解答问题。
（2）要求有统一的毕业设计笔记本，记录资料查阅、问题及解决方案等。
每周集中时间进行检查。
（3）独立完成毕业论文。
5．主要参考文献[1] 孙桓，陈作模主编，《机械原理》（第五版），高等教育出版社，2006[2] 韩建友编，高等机构学，机械工业出版社，2004[3] 王宏磊，平面连杆机构综合研究与软件开发，硕士论文，万方数据库，2005[4] 熊滨生，现代连杆机构设计，化学工业出版社，2006.[5] 于红英，王知行，李建生，刚体导引机构一种综合方法的研究；机械设计，2001[6] [苏]ИИ阿尔托包列夫斯基,等. 孙可宗,陈兆雄,张世民,译. 平面机构综合[M]. 人民教育出版社,1982.摘要机构分析与仿真是机构设计的重要内容，其中对连杆机构的研究较多。
本科毕业设计（论文）通过答辩RRR平面连杆机构的动态仿真摘要：平面连杆机构的动态仿真分为机构的运动分析和动力分析两种。
机构的运动分析，主要获得机构中某些构件的位移、角速度和角加速度，以及某些点的轨迹、速度和加速度，它是机械设计及评价机械运动和动力性能的基础，也是分析现有机械优化综合新机械的基本手段；机构的动力分析，主要是在运动学分析的基础上，由已知工作阻力，求出运动副的约束反力和驱动力（或力矩），为选择和设计轴承、零部件强度的计算及选择原动机提供理论依据。
本文用矢量和矩阵理论建立了适用于MATLAB／SIMULINK仿真的曲柄、RRRⅡ级杆组运动学和动力学数学模型，以该数学模型编制了M函数仿真模块，对给定的RRR四杆机构和RRR-RRR六杆机构进行了建模和仿真，通过仿真得到各转动副的反力及驱动力矩．其主要目的是以构成机构的基本杆组为仿真模块，搭建杆组MATLAB／SIMULINK 仿真模型，可以对不同类型平面连杆机构进行运动学和动力学仿真和分析。
关键词：连杆机构运动学动力学 MATLAB/SIMULINK 仿真指导老师签名：本科毕业设计（论文）通过答辩Dynamic Simulation of RRR Planar LinkageAbstract: Dynamic simulation of planar linkage is divided into two types of kinematic analysis and dynamic analysis. The Kinematic analysis, which is the basis of the mechanical design, evaluation of mechanical motion and the dynamic performance, and it is the basic of Analyze Optimal Synthesis of new machinery of existing machinery. the main access to institutions of certain components of the displacement, angular velocity and angular acceleration, and some points of track, speed and acceleration. The Dynamic Analysis, which provides a theoretical basis for Selecting and designing of bearings, parts strength calculation and selection of the original motivation, Constraints derived anti-vice campaign and the drive force (or torque) based on the analysis of kinematics and the Working resistance.In this paper, using vector and matrix theory applicable to the MATLAB / SIMULINK simulation of the crank, RRR Ⅱ class bar group mathematical model of kinematics and dynamics, and using this mathematical model draw up M Function Simulation Module, a RRR four -bar linkage and a RRR-RRR six institutions were taken as example ,the procedures of modeling and simulating. Obtain the deputy of the anti-rotation force and driving torque through the simulation. Its main purpose is to constitute the body of the bar group Simulation Module, building the MATLAB / SIMULINK simulation model for the bar group, to do the kinematic and dynamic simulation and analysis for different types of planar linkage.Keyword: Linkage Kinematics Dynamics MATLAB/SIMULINK SimulationSignature of Supervisor:目录1 绪论1.1选题的依据及意义 (3)1.2国内外研究概况及发展趋势 (3)1.3研究内容及实验方案 (6)2 曲柄、RRRⅡ级杆组的MTALAB运动学仿真2.1用MATLAB实现牛顿-辛普森求解 (7)2.2用MATLAB进行速度分析 (6)2.3曲柄、RRRⅡ级杆组MATLAB运动学仿真模块 (7)2.4四杆机构的MATLAB运动学仿真 (12)2.5四杆机构MATLAB运动学仿真结果 (13)3 曲柄、RRRⅡ级杆组的MTALAB动力学仿真3.1曲柄、RRRⅡ级杆组MATLAB动力学仿真模块 (17)3.2四杆机构的MATLAB动力学仿真 (19)3.3四杆机构MATLAB仿真模型的初值确定 (23)3.4四杆机构MATLAB动力学仿真结果 (23)4 RRR-RRR六杆机构的MTALAB运动学仿真4.1 RRR-RRR六杆机构 (26)4.2 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模型 (26)4.3 RRR-RRR六杆机构MATLAB真模块 (28)4.4 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块中初值的确定 (29)4.5 RRR-RRR六杆机构MATLAB运动学仿真结果 (29)5 RRR-RRR六杆机构的MTALAB动力学仿真5.1 RRR-RRR六杆机构 (35)5.2 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模型 (35)5.3 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块 (37)5.4 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块中初值的确定 (38)5.5 RRR-RRR六杆机构MATLAB运动学仿真结果 (38)总结 (41)参考文献 (43)致谢 (45)1 绪论1.1选题的依据及意义平面连杆机构是许多构建用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。
平面机构运动方案设计与拼装实验报告一、实验目的1、 加深学生对机构组成原理的认识，进一步理解平面机构的组成及其运动特性。
2、 通过平面机构拼装，训练学生的工程实践动手能力，了解机构在实际安装中可能出现的运动干涉现象及解决的办法。
3、 通过机构运动方案的设计，培养学生的创新意识和综合设计能力。
二、内燃机机构设计及实验组装说明书1、实验所用器材介绍搭接机构是在机架前侧平面上完成的。
本实验配有各种工具、连接用的螺钉、螺帽、垫圈等。
其它主要零部件及其功能请仔细阅读表1。
表1 主要零件及其功能表 标号 名称 图形功能1固定支座销轴 与机架相连，带键槽的为主动销轴。
不带键槽的为从动销轴。
2销轴用于构成转动副或移动副的连接轴3 端螺栓装于轴端头，有台肩的可压紧轴端头，无台肩的可压紧套在轴上的连杆。
4连杆将1、2的圆柱或扁头装于其上图1 机架1机架 xy2立柱3滑块4电动机5皮带传动机架后侧2、实验原理机构组成：曲柄滑块与摇杆滑块组合而成的机构，如图所示。
图：内燃机机构工作特点：当曲柄1座连续转动时，滑块6作往复直线移动，同时摇杆3作往复摆动带动滑块5作往复直线移动。
该机构用于内燃机中，滑块6在压力气体作用下作往复直线运动（故滑块6实际的主动件），带动曲柄1回转并使滑块5往复运动是压力气体通过不同的路径进入滑块6的左、右端并实现排气。
3、实验正确拼装运动副方案根据拟定或由实验中获得的机构运动学尺寸，利用机构运动方案创新设计实验台提供的零件按机构运动的传递顺序进行拼接。
拼接时，首先要分清机构中各构件所占据的运动平面，其目的是避免各运动构件发生运动干涉。
然后，以实验台机架铅垂面为拼接的起始参考面，按预定拼接计划进行拼接。
拼接中应注意各构件的运动平面是平行的，所拼接机构的外伸运动层面数愈少，机构运动愈平稳，为此，建议机构中各构件的运动层面以交错层的排列方式进行拼接。
机构运动方案创新设计实验台提供的运动副的拼接方法请参见以下介绍。
平面多连杆机构动力学建模与分析研究Chapter 1 引言在机械传动领域，平面多连杆机构是一种很常见的机械结构。
由于其设计简单、性能可靠等特点，在机械制造、航空、汽车、电子等领域有着广泛的应用。
平面多连杆机构的运动学和动力学分析一直是机械设计和计算机辅助设计领域需要解决的难题之一，因此对平面多连杆机构的动力学建模与分析的研究有着重要的意义。
本文主要介绍平面多连杆机构的动力学建模与分析的研究，包括平面多连杆机构的运动学方程、动力学方程等内容。
Chapter 2 平面多连杆机构的运动学方程平面多连杆机构是由多个连接杆件连成一个复杂的梯形链条结构，运动学方程是了解机构运动状态的基础，是机构动力学建模的前提。
平面多连杆机构的运动学方程通过从机构的杆件运动状态、几何条件及运动约束方程中推导而来。
运动状态是指多连杆机构在其由静止到运动的状态，即是以不同杆件为坐标系所定义的各运动参数与系统间所建立的模型。
悬链线方程是运动学中一个重要的公式，在平面多连杆机构的运动学方程中，用来关联各个连接杆件的运动和几何参数，因此其正确性对运动学方程的推导至关重要。
运动学方程包含了平面多连杆机构四驱动链和五驱动链，它们分别包括四个和五个独立的驱动旋转关节，计算公式如下：四驱动链：$$\begin{cases}x_3=x_0+l_1cos\alpha_1+l_2cos\alpha_2+l_3cos\alpha_3\\y_3=y_0+l_1sin\alpha_1+l_2sin\alpha_2+l_3sin\alpha_3\end{cases}$$五驱动链：$$\begin{cases}x_4=x_0+l_1cos\alpha_1+l_2cos\alpha_2+l_3cos\alpha_3\\y_4=y_0+l_1sin\alpha_1+l_2sin\alpha_2+l_3sin\alpha_3\\x_5=x_2-l_4cos\alpha_4-l_5cos\alpha_5-l_6cos\alpha_6\\y_5=y_2-l_4sin\alpha_4-l_5sin\alpha_5-l_6sin\alpha_6\end{cases}$$其中，$x_i$和$y_i$表示杆件i的末端的坐标，$l_i$是杆件i的长度，$\alpha_i$表示杆件的转角。
