平面四杆机构的运动仿真模型分析

优秀设计平面四杆机构的运动性能研究摘要：平面四杆机构是主要的常用基本机构之一,应用十分广泛,也是其他多杆机构的基础。

由于连杆机构的性能受机构上繁多的几何参数的影响,呈复杂的非线性关系,无论从性能分析上还是性能综合上都是一个比较困难的工作,尚需作进一步深入研究。

本文基于平面四杆机构的空间模型,将机构实际尺寸转化为相对尺寸,在有限的空间内表示出无限多的机构尺寸类型,从而建立起全部机构尺寸类型和空间点位的一一对应关系,为深入研究平面四杆机构的运动性能与构件尺寸之间的关系提供了基础。

根据曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、单滑块四杆机构的不同特点,详细分析各类机构的运动性能参数与构件尺寸之间的关系,指出构件尺寸的变化对机构运动性能的影响,并绘制相关的运动性能图谱。

针对具有急回特性的Ⅰ、Ⅱ型曲柄摇杆机构,通过深入分析极位夹角与构件尺寸之间的内在关系,获得了Ⅰ型曲柄摇杆机构极位夹角分别小于、等于或大于90°的几何条件以及Ⅱ型曲柄摇杆机构极位夹角一定小于90°的结论,揭示了曲柄摇杆机构设计时作为已知条件的极位夹角和摇杆摆角之间应满足的要求。

本文得出的图谱和相关结论,为工程应用中机构性能分析和机构综合提供了理论依据。

关键词：平面四杆机构空间模型运动性能Plane four clubs institutions of Sports performance research Abstract:The planar four-bar linkages are one type of basic mechanisms, and they are applied very extensively. The performances of the linkages depend on their geometrical parameters and present the complicated non-linear relations. It is necessary to make the further research on them for analysis, synthesis and application of linkages.By using of the three-dimensional models of the planar four-bar mechanisms, the actual sizes of mechanisms are transformed relative ones, and all size types of mechanisms can be figured by spatial coordinates. It is the foundation for research on the relations between the link dimensions and kinematic capability parameters.Aimed at the different characteristics of crank-rocker mechanism, double-crank mechanism, double-rocker mechanism and single-slider mechanism, some inherent relations between the link dimensions and the kinematic capability parameters are deeply analyzed, then the relative kinematic capability diagrams are obtained.Based on deeply analysis of inherent relations between the extreme position angle and the link dimensions of typeⅠand typeⅡcrank-rocker mechanisms with quick return characteristics, the geometrical conditions are put forward in this paper, by which we can judge whether the extreme position angle of typeⅠcrank-rocker mechanisms is less than, equal to or lager than 90°. It is proved that the extreme position angle of typeⅡcrank-rocker mechanism is certainly less than 90°. The relations between the extreme position angle and the angular stroke of the rocker are brought to light, which should be satisfied during the kinematic design of crank-rocker mechanisms.The diagrams and conclusions obtained in this paper provide theoretic foundation for the capability analysis and synthesis of mechanisms.Keyword:Planar four-bar linkage Space model Sports Performance如需源程序联系扣扣 194535455目录1 序言1.1 连杆机构 (1)1.2 平面连杆机构运动学分析 (2)1.3 本论文所作的主要工作 (3)2 平面四连杆机构的类型2.1 分类概念 (3)2.2 分类 (4)3 平面四杆机构运动分析3.1.1 连杆上任意点的轨迹分析 (6)3.1.2 Non-grashof机构的运动分析 (8)3.2 速度分析 (9)3.3 加速度分析 (10)4 平面连杆机构曲线分类基准及分类4.1 曲率 (11)4.2 弧长 (12)4.3 回转数 (12)4.4 结点 (13)4.5 变曲点、曲率极大点与极小点 (19)4.6 机构数据库的建立 (20)4.7 连杆曲线的分类结果 (20)5 平面连杆机构的仿真设计5.1 初始运行界面及程序 (23)5.2 部分仿真结果 (42)结论 (49)参考文献 (51)致谢 (52)1 序言连杆机构，是由许多刚性构件通过低副联结而成，也称低副机构。

基于MATLAB的四杆机构运动分析石河子大学毕业设计(论文)题目：基于MATLAB的四杆机构运动分析与动画模拟系统院（系）：机械电气工程学院专业：机械设计制造及其自动化学号： 2002071189姓名：娄元建指导教师：葛建兵完成日期：二零零六年五月基于MATLAB的四杆机构运动分析与动画模拟系统[摘要] 本文介绍MATLAB开发机构运动分析和动画模拟系统的方法，并且利用MATLAB软件实现平面四杆机构的运动仿真。

以MATLAB程序设计语言为平台，将参数化设计与交互式相结合，设计出四杆机构仿真系统，能够实现四杆机构的参数化设计，并且能够进行机构的速度和加速度分析。

系统具有方便用户的良好界面，并给出界面设计程序，从而使机构分析更加方便、快捷、直观和形象，设计者只需输几参数就可得到仿真结果，为平面四杆机构的设计与分析提供一条便捷的途径。

[关键词] 机构；运动分析；动画模拟；仿真；参数化；MATLABAbstract: The kinematical analysis and animation method of the mechanism using MATLAB was discussed in the paper , and the kinematic simulation of planar four—bar mechanism with software MATLAB . And emulational system was developed , the system adopted Matlab as a design , It combined parametic design with interactive design and had good interface for user , that can realize parametic design of four-bar mechanism , also to make real speed and acceleration of mechanism . The emulational resut was obtained as soon as input parameters was imported and the devisers can make decision –making of modification by the comparing emulational result with design demand , which give another efficacious way for the design and analysis of planar four—bar mechanism.Key words：Mechanism；Kenimatical analysis；Animation；Emulation ；parametic ；MATLAB目录第一章绪论 (1)1.1 本论文的研究意义 (1)1.2 本文的研究任务 (2)第二章四杆机构运动学 (3)2.1 四杆机构简介 (3)2.2 四杆机构的综合概述 (4)第三章软件介绍 (6)3.1 MATLAB的简介 (6)3.2 Matlab/Simulink (6)3.3 SimMechanics机构系统应用 (7)第四章机构运动分析的实现过程 (9)4.1 机构简图的参数化绘制方法 (9)4.2 平面图形运动的动画模拟方法 (9)4.3 机构运动的数学模型 (10)4.4 用户界面设计 (11)4.5 程序运行 (12)第五章连杆机构的运动仿真 (16)5.1 平面连杆机构的运动分析 (16)5.2 几种仿真软件的探索 (17)的图象处理功能 (17)基于PRO／M的四杆机构的仿真 (19)5.3 用SimMechanics来实现的仿真 (19)第六章运算程序 (22)6.1四杆机构位置问题的Matlab求解 (22)6.2四杆机构的位移、速度、加速度的求解程序 (23)6.3定义求解方程的程序 (25)6.4四杆机构的绘制及其动画程序 (25)6.5绘制三条曲线的命令 (27)6.6参数调整的程序 (27)第七章结论 (28)参考文献： (29)第一章绪论1.1 本论文的研究意义随着计算机、智能材料等科学技术的飞速发展，人类正在经理一场新的产业革命。

1平面连杆机构的运动分析1。

1 机构运动分析的任务、目的和方法曲柄摇杆机构是平面连杆机构中最基本的由转动副组成的四杆机构，它可以用来实现转动和摆动之间运动形式的转换或传递动力。

对四杆机构进行运动分析的意义是:在机构尺寸参数已知的情况下，假定主动件（曲柄)做匀速转动，撇开力的作用,仅从运动几何关系上分析从动件(连杆、摇杆）的角位移、角速度、角加速度等运动参数的变化情况。

还可以根据机构闭环矢量方程计算从动件的位移偏差。

上述这些内容，无论是设计新的机械，还是为了了解现有机械的运动性能，都是十分必要的，而且它还是研究机械运动性能和动力性能提供必要的依据.机构运动分析的方法很多，主要有图解法和解析法。

当需要简捷直观地了解机构的某个或某几个位置的运动特性时,采用图解法比较方便，而且精度也能满足实际问题的要求。

而当需要精确地知道或要了解机构在整个运动循环过程中的运动特性时,采用解析法并借助计算机，不仅可获得很高的计算精度及一系列位置的分析结果，并能绘制机构相应的运动线图，同时还可以把机构分析和机构综合问题联系起来，以便于机构的优化设计.1。

2 机构的工作原理在平面四杆机构中，其具有曲柄的条件为:a.各杆的长度应满足杆长条件，即：最短杆长度+最长杆长度≤其余两杆长度之和。

b。

组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆,且其最短杆为连架杆或机架（当最短杆为连架杆时,四杆机构为曲柄摇杆机构;当最短杆为机架时，则为双曲柄机构）。

在如下图1所示的曲柄摇杆机构中，构件AB为曲柄,则B点应能通过曲柄与连杆两次共线的位置。

1.3 机构的数学模型的建立1。

3。

1建立机构的闭环矢量位置方程在用矢量法建立机构的位置方程时,需将构件用矢量来表示，并作出机构的封闭矢量多边形。

如图1所示,先建立一直角坐标系.设各构件的长度分别为L1 、L2 、L3 、L4 ，其方位角为、、、.以各杆矢量组成一个封闭矢量多边形，即ABCDA。

其个矢量之和必等于零。

四杆机构运动分析四杆机构是一种常见的机械结构，由四根杆件组成，通过铰链连接。

四杆机构的运动分析是机械工程中重要的一环，可以帮助我们理解机构的运动特性和用途。

四杆机构有多种形式，如平行四连杆机构、交叉四连杆机构等。

在运动分析过程中，我们通常关注机构的连杆长度、铰链位置和运动轨迹等方面。

首先，我们可以通过连杆长度关系来确定机构的运动特性。

根据连杆长度的不同，四杆机构可以实现直线运动、旋转运动、摇杆运动等。

连杆长度决定了机构的运动范围和速度，可以通过运动学分析方法进行计算和模拟。

其次，铰链位置对机构运动有很大的影响。

铰链的位置决定了杆件之间的相对运动方式，如平行四连杆机构中的对外运动、交叉四连杆机构中的对内运动。

通过确定铰链位置，我们可以进一步分析机构的运动规律和应用。

另外，机构的运动轨迹也是运动分析的重点之一、运动轨迹描述了机构任意一点在运动过程中的位置变化。

通过分析运动轨迹，我们可以得出机构的最大行程、最大速度、加速度等参数，并且可以根据运动轨迹来优化机构的设计，满足特定的工程要求。

在进行四杆机构运动分析时，我们可以利用运动学分析方法，如广义坐标法、矢量法、逆运动学法等。

通过建立运动方程和约束方程，可以得出机构的运动规律和参数。

此外，计算机辅助设计软件和仿真系统也可以帮助我们进行四杆机构的运动分析。

通过输入机构的参数和初始条件，可以模拟机构的运动过程，观察各个杆件的位置、速度和加速度等变化情况。

四杆机构的运动分析对于机械设计和工程实践都具有重要的意义。

它可以帮助我们了解机构的运动特性，优化机构的设计，提高机械系统的性能和效率。

同时，运动分析也是机械工程师在机构设计和动力传动中常用的工具，通过运动分析可以得到有效的设计参数和工作条件。

四杆机构的运动分析是机械工程师必备的技术之一，也是机械工程教育中的重要内容。

平面四杆机构动力学分析平面四杆机构是一种常用的机构形式，它由四个连杆构成，每个连杆的两个端点分别与两个固定点和两个动点连接。

平面四杆机构广泛应用于工程和机械领域，如发动机连杆机构、机床传动机构等。

在对平面四杆机构进行动力学分析时，需要考虑连杆的运动学特性以及受力情况，以求得机构的运动学和动力学性能参数。

本文将介绍平面四杆机构动力学分析的基本方法和步骤。

首先，对平面四杆机构进行运动学分析，即确定连杆的几何参数和运动特性。

通过连杆的长度、角度和位置关系，可以建立连杆运动学方程。

平面四杆机构一般有两个输入连杆和两个输出连杆，输入连杆一般由驱动源（如电机）控制，输出连杆用于传递或产生所需的运动。

其次，根据连杆的几何关系和运动学方程，可以推导得到平面四杆机构的速度和加速度方程。

速度方程描述了各连杆的速度与输入连杆的关系，加速度方程描述了各连杆的加速度与输入连杆的关系。

通过求解速度和加速度方程，可以得到每个连杆的线速度和角速度，以及各连杆的线加速度和角加速度。

接下来，进行平面四杆机构的力学分析。

根据连杆的几何关系和受力分析，可以推导得到每个连杆的力学方程。

力学方程描述了各连杆受到的力和力矩与其他连杆的关系。

通过求解力学方程，可以得到每个连杆的受力和力矩大小以及方向，以及各连杆之间的力传递关系。

最后，根据连杆的运动学和力学特性，可以得到平面四杆机构的动力学性能参数，如位置、速度和加速度的关系、力和力矩的大小和方向等。

这些参数可以用于分析机构的运动和受力情况，并进一步优化设计。

需要注意的是，平面四杆机构的动力学分析是一个复杂的过程，需要考虑各连杆之间的相互作用和约束条件。

同时，还需要考虑连杆的质量和惯量等因素，以求得更精确的分析结果。

因此，在实际应用中，常采用计算机辅助分析方法，如数值模拟和仿真技术，以提高分析的准确性和效率。

综上所述，平面四杆机构的动力学分析是一项重要的工作，对于优化设计和性能评估具有重要意义。

平行四杆垂直升降机构的运动仿真与结构优化摘要：应用solidworks软件对平行四杆垂直起升机构进行了建模和运动分析，得到了起升摇臂的作用力图解，并通过有限元技术对起升摇臂进行了仿真分析，在仿真结果的基础上进行了结构优化，优化后，起升摇臂侧板质量减轻了19.7kg，降低了42%，优化结果为生产提供了理论依据。

关键词：垂直升降；运动仿真；有限元；结构优化引言：料车是一种在各种工业用炉前对物料进行搬运的专用设备，它可以实现对需处理物料的转运、装炉和出炉等功能。

料车垂直起升机构主要用以完成加料小车的垂直升降功能，是料车各组成部分中最关键的部分。

图1平行四杆垂直起升机构简图平行四杆垂直起升机构简图如图1所示，起升摇臂的下部与机架在o1处铰接，其上部在b点与液压缸的活塞杆铰接，其中部与拉杆的左端在a点铰接；拉杆的右端与起升连杆的上部铰接，并在c 点通过滚轮与导向槽板形成滚轮滑块机构；导向槽板的右端与机架在d点形成滚轮滑块机构；液压缸、起升连杆的下部均与机架铰接。

平行四杆垂直起升机构工作时，由液压缸形成原动力，推动起升摇臂绕o1点逆时针旋转，并通过铰接的a点带动拉杆向左移动，拉杆带动起升连杆绕着o2点逆时针旋转，并通过c点的滚轮迫使其上部的导向槽板产生左上方的斜向移动趋势，右端的滚轮滑块机构用于消除导向槽板的水平移动。

此时导向槽板即可带动固定其上部的重物在垂直方向上平移，以实现垂直起升目的。

一、建模与动力学仿真利用solidworks建立平行四杆垂直起升机构的三维模型，为了便于仿真，在不影响仿真结果的前提下将中部的起升连杆部分进行了简化，且右端滑块机构也使用配合功能以于实现，图2中只给出部分模型。

这样既可减少仿真模型中零、部件数量，提高仿真效率，也可减少仿真时的冗余自由度[1]。

图2平行四杆垂直起升机构模型用solidworks motion中的配合和马达功能，使每个零件的位置、速度、加速度等参数在各时间点都完全确定，确保没有冗余自由度和欠约束的存在。

基于UG软件的四连杆运动仿真分析UG软件是一款常用的CAD（计算机辅助设计）软件，它能够帮助工程师进行各种模型的建立、装配和分析。

在机械领域，UG软件被广泛应用于各类机械零部件的设计和仿真。

本文将就UG软件的四连杆运动仿真分析进行探讨，并详细介绍其原理、步骤及应用场景。

一、四连杆的基本概念四连杆是一种机械传动机构，由四条杆件和四个旋转副构成。

其中两条较长的杆件在一端旋转固定，称为地杆，另外两条较短的杆件同样旋转固定，称为摇杆。

四连杆的动作主要靠摇杆的运动驱动，使机械系统完成各种工作。

四连杆的工作原理强调套路重复的动作，即摇杆先向一个方向运动，然后再向另一个方向运动，执行往复的动作。

二、四连杆的运动仿真分析原理在使用UG软件进行四连杆运动仿真分析之前，我们需要了解一些基本原理。

首先，我们需要清楚地知道四连杆的各个参数，包括地杆长度、摇杆长度、连杆长度和摇杆旋转轴的位置等。

其次，我们还需要明确四连杆运动的动力学方程，即四个杆件的位置和速度之间的关系。

最后，我们需要掌握运动分析的方法，以便根据四连杆的参数和动力学方程，计算出各个杆件的位置和速度。

三、四连杆运动仿真分析的步骤1. 创建机械结构模型我们首先需要在UG软件中创建四连杆的机械结构模型，包括四连杆的杆件和旋转副等。

在创建过程中，需要设置结构的初始参数，如地杆长度、摇杆长度、连杆长度、摇杆旋转轴的位置等。

此外，还需要定义四连杆的运动路径和工作条件。

2. 定义杆件约束与运动学关系在创建四连杆的模型后，需要对杆件进行约束和位移关系的定义。

我们需要选择恰当的杆件，对其进行约束设置，确定其运动的自由度，以达到正确的运动效果。

同时，还需要定义杆件之间的运动学关系，解决各个杆件之间的相互作用问题。

3. 进行四连杆运动仿真完成约束和位移关系的设置后，我们就可以开始进行四连杆运动仿真。

在进行仿真前，我们需要确定仿真方案和仿真参数，如仿真时间、仿真速度和仿真环境等。

项目1 平面四连杆的运动仿真学习目标了解NX 运动仿真的特点与应用进入运动仿真模块了解运动仿真模块的常用工具条的应用了解运动仿真的一般步骤能够创建连杆并指定固定连杆能够创建运动副能够为运动副指定驱动能为运动仿真设置解算器能运用动画工具查看仿真结果UG NX机械结构设计仿真与优化·2·项目1 平面四连杆的运动仿真·3·1.1 平面四连杆的机构原理与运动要求平面四连杆机构是一种常用的结构，而所有运动副均为转动副的四杆机构称为铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本形式，其他四杆机构都可以看成是在它的基础上演化而来的。

在平面四连杆中，选定其中一个构件作为机架之后，直接与机架连接的构件称为连架杆，不直接与机架连接的构件称为连杆，能够做整周回转的构件被称作曲柄，只能在某一角度范围内往复摆动的构件称为摇杆。

在铰链四杆机构中，有的连架杆能做整周转动，有的则不能，两构件的相对回转角为360°的转动副称为整转副。

整转副的存在是曲柄存在的必要条件，按照连架杆是否可以做整周转动，可以将其分为3种基本形式，即曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构。

铰链四杆机构的两个连架杆中若一个为曲柄，另一杆为摇杆，则此机构称为曲柄摇杆机构。

曲柄摇杆机构的功能是：将转动转换为摆动，或将摆动转换为转动。

如图1-1所示，图中由4个杆件组成了一个曲柄摇杆机构。

杆件L1、L2、L3、L4在端点位置A 、B 、C 、D 处分别铰接，形成铰链四杆机构，其中L4为固定的机架，L1为连杆，L2为曲柄，L3为摇杆。

L2可以做整周的转动，而L3只能做摆动。

图1-1 曲柄摇杆机构平面四连杆的机构进行运动仿真时，需要进行以下操作。

（1）创建4个杆件的零件模型。

（2）创建装配文件，将各个杆件装配到一个装配文件中。

（3）进入运动仿真模块，并创建运动仿真。

（4）将4个杆件定义为连杆。

（5）将机架零件的连杆指定为固定连杆，不允许移动或旋转。