基于MATLAB的曲柄滑块机构运动仿真
基于matlab的曲柄滑块机构设计与运动分析_陈长秀
变，从第 i+1 个功能块开始逐位交换。
（3）变异运算的改进
由于在每个功能块中，“1”的数目即是该题型试题的数目， 因此在变异过程中应保证整个种群所有功能块中“1”的数目不 变。可执行如下过程，首先，由变异概率决定某位取反；然后，检 查、修正字符串中“1”的数目，保证不发生变化。
（4）用全局最优解替换本次迭代的最差解 为保证好的字符串不至于流失，每次遗传操作前记录本次 迭代的最优解，若该解优于全局最优解则替换全局最优解，否 则全局最优解保持不变。此次遗传操作后，用全局最优解换本 代的最差解。
（上接第 29 页）
图 1 所示的偏置曲柄滑块机构。设 l1=50mm，l2=100mm， e=20mm，w1=2rad/s，设 φ1 的初始值为 0 , 则 φ1 变化时，杆 2 的角位移、角速度和角加速度以及滑块 3 的位移、速度和加速
>> plot(t,xc,t,vc,t,ac);
度的变化值可计算求得，曲柄转角 φ1 在 0- 360°之间变化时， 在 matlab 的计算窗口输入算式后，滑块 3 的位移、速度和加速
2012 年 1 月 第 1 期（总第 158 期）
轻工科技
LIGHT INDUSTRY SCIENCE AND TECHNOLOGY
机械与电气
基于 ｍ ａ ｔｌａ ｂ 的曲柄滑块机构设计与运动分析
陈长秀
（陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 ７１ ０３０２）
【摘 要】 建立了曲柄滑块机构的计算模型，并使用 matlab 对曲柄滑块机构进行了运动分析，提高了设计效率和设计精度。
图 1 偏置曲柄滑块机构 建立坐标系如图 1 所示，由曲柄滑快机构的矢量封闭图[1] 可得：
φl1 cosφ1+l2 cosφ2=xc
matlab机电系统仿真大作业
一曲柄滑块机构运动学仿真1、设计任务描述通过分析求解曲柄滑块机构动力学方程，编写matlab程序并建立Simulink 模型，由已知的连杆长度和曲柄输入角速度或角加速度求解滑块位移与时间的关系，滑块速度和时间的关系，连杆转角和时间的关系以及滑块位移和滑块速度与加速度之间的关系，从而实现运动学仿真目的。
2、系统结构简图与矢量模型下图所示是只有一个自由度的曲柄滑块机构，连杆r2与r3长度已知。
图2-1 曲柄滑块机构简图设每一连杆（包括固定杆件）均由一位移矢量表示，下图给出了该机构各个杆件之间的矢量关系图2-2 曲柄滑块机构的矢量环3．匀角速度输入时系统仿真3.1 系统动力学方程系统为匀角速度输入的时候，其输入为ω2=θ2,输出为ω3=θ3,θ3；v 1=r 1,r 1。
(1) 曲柄滑块机构闭环位移矢量方程为:R 2+R 3=R 1(2) 曲柄滑块机构的位置方程{r 2cos θ2+r 3cos θ3=r 1r 2sin θ2+r 3sin θ3=0(3) 曲柄滑块机构的运动学方程通过对位置方程进行求导，可得{−r 2ω2sin θ2−r 3ω3sin θ3=r 1r 2ω2cos θ2+r 3ω3cos θ3=0由于系统的输出是ω3与v 1，为了便于建立A*x=B 形式的矩阵，使x=[ω3v 1],将运动学方程两边进行整理，得到{v 1+r 3ω3sin θ3=−r 2ω2sin θ2−r 3ω3cos θ3=r 2ω2cos θ2将上述方程的v1与w3提取出来，即可建立运动学方程的矩阵形式(r 3sin θ31−r 3cos θ30)(ω3v 1)=(−r 2ω2sin θ2r 2ω2cos θ2) 3.2 M 函数编写与Simulink 仿真模型建立3.2.1 滑块速度与时间的变化情况以及滑块位移与时间的变化情况仿真的基本思路：已知输入w2与θ2，由运动学方程求出w3和v1，再通过积分，即可求出θ3与r1。
基于MATLAB曲柄滑块机构运动仿真
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。
基于某MATLAB曲柄滑块机构运动仿真报告材料
************************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：。
基于MATLAB软件中SIMULINK的机构运动仿真
第 3 期( 总第 124 期) 2004 年 6 月
机械工程与自动化 M ECHA N ICAL EN GI NEER IN G & AU T O M A T IO N
0, 2= - 62. 833 3rad/ s, 5 = 85. 273 8rad/ s, lBC = 75m m, lCD = 95m m, vBC= 0, vCD = 0。 3 无级变速器机构运动学的SIM UL INK 仿真
根据已知参数的值和加速度矢量方程, 建立仿真 模块如图2。其中曲柄的角加速度和角速度作为输入, 运动中杆BC、CD 每个瞬时的杆长、位置、角速度、角 加速度以及输出杆 DE 每个时刻的角速度、角加速度 作为输出, 以向量存储在工作空间 A B C 和 CDE 中。
得到各构件角度的仿真曲线图( 见图 3) ;
jias udu- abc. m 的输入为 1, 2 , lBC, 2, v BC , 1, 1 ,
··
输出为 2, lB C 。jiasudu- cde. m 的输入为 2, 5, lCD ,
··
2 , v CD , 5 , 2, 输出为 5, lC D 。设定仿真的时间t =
参考文献: [ 1] 周进雄 . 机构 动态仿真 ( 使用 M A T L A B 和 SIM U L IN K )
[ M ] . 西安: 西安交通大学出版社, 2002: 25-47. [ 2] 梁 海顺. 平 网印花机 无级变 速器的 运动性 能与优化 设计
MATLAB机构动态仿真
双击 Matlab Fuction 模块图标，改变函数名为 compvel。 双击 Mux 块、DeMux 模块改变输入或输出信号路数。 不同端口之间的连线实现方法：在第一个端口处按下左键不松，移动鼠标到 第二个端口处松开。
将适当的信号联网到 Mux 模块。 注意： 不同信号根据 compvel 函数输入参数 次序连接到 Mux 模块的相应端口。
5000 4000 3000 2000 Piston Speed (mm/s) 1000 0 -1000 -2000 -3000 -4000 -5000
0
0.01
0.02
0.03 0.04 Time (sec)
0.05
0.06
0.07
三 通过运动学仿真求解加速度 对曲柄连杆机构的闭环矢量方程求二阶导数，可得到机构的加速度特性：
2 2 sin 2 r22 3 sin 3 r332 cos 3 r2 cos 2 r3 r 1 2 2 cos 2 r22 3 cos 3 r332 sin 3 0 r2 sin 2 r3
(4)
130
120
Piston Displacement (in)
110
100
90
80
70
0
0.01
0.02
0.03 0.04 Time (sec)
0.05
0.06
0.07
类似地，连杆的速度变化规律可由下述命令画出： plot(tout,yout(:,2)); xlabel('Time (sec)'); ylabel('Connecting Rod Speed (rad/s) '); grid on;
MATLAB基本杆组-运动学仿真
⎡ ri cos (θ i + π ) ⎤ 2 ⎡ xC ⎤ ⎡ xB ⎤ ⎡ ri cos (θ i + π 2 ) ⎤ ⎢ y ⎥ = ⎢ y ⎥ + ⎢ r sin θ + π 2 ⎥ θi + ⎢ r sin θ + π ⎥ θi ( i )⎦ ⎣ i ( i )⎦ ⎣ C⎦ ⎣ B⎦ ⎣ i
xC = xB − riθi sin (θi ) = xD − rjθ j sin (θ j ) yC = yB + riθi cos (θi ) = yD + rjθ j cos (θ j )
再次对时间t求导数，得到点C的加速度为
xC = xB − riθi sin (θi ) − riθi2 cos (θi ) = xD − rjθ j sin (θ j ) − rjθ j2 cos (θ j ) yC = yB + riθi cos (θi ) − riθi2 sin (θi ) = yD + rjθ j cos (θ j ) − riθ i2 sin (θ j )
( (
) )
§5-1 曲柄的MATLAB运动学仿真模块
xB = ri cos (θi ) + rj cos (θ j ) yB = ri sin (θi ) + rj sin (θ j )
对时间分别求两次导数
xB = − rjθ j sin (θ j ) xB = − rjθ j sin (θ j ) − rjθ j2 cos (θ j )
求导数
−riθi sin (θi ) + rjθ j sin (θ j ) = xD − xB riθi cos (θi ) − rjθ j cos (θ j ) = yD − yB
曲柄导杆滑块等机构测试仿真实验报告
曲柄导杆滑块等机构测试仿真实验报告一、实验目的本次实验的目的是对曲柄导杆滑块等机构进行测试仿真，通过实验数据分析，掌握该机构的运动规律和特性，为机构设计和优化提供参考。
二、实验原理曲柄导杆滑块等机构是一种常见的机械传动装置，其主要由曲柄、连杆、导杆和滑块等部件组成。
在运动过程中，曲柄带动连杆运动，使导杆产生往复直线运动，从而驱动滑块完成工作。
三、实验器材本次实验所使用的器材包括：计算机、SolidWorks软件、Matlab软件。
四、实验步骤1.建立曲柄导杆滑块等机构三维模型利用SolidWorks软件建立曲柄导杆滑块等机构三维模型，并进行参数设置和装配。
2.进行运动分析利用SolidWorks Motion模块对该机构进行运动分析，并得出相关数据。
3.进行力学分析利用Matlab软件对该机构进行力学分析，并得出相关数据。
4.比较分析结果将两种分析方法得到的数据进行比较和分析，掌握该机构的运动规律和特性。
五、实验结果1.运动分析结果通过SolidWorks Motion模块对该机构进行运动分析，得到以下数据：曲柄转角：0~360度连杆长度：50mm导杆长度：100mm滑块位置：-50~50mm2.力学分析结果通过Matlab软件对该机构进行力学分析，得到以下数据：曲柄转角：0~360度连杆角度：0~180度导杆速度：0~10m/s滑块加速度：-10~10m/s^23.比较分析结果通过比较两种分析方法得到的数据，可以发现该机构的运动规律和特性与曲柄转角有关，当曲柄转角为180度时，导杆速度最大；当曲柄转角为90或270度时，滑块加速度最大。
此外，连杆角度与导杆速度呈正比关系。
六、实验结论通过本次实验可以得出以下结论：1.曲柄导杆滑块等机构的运动规律和特性与曲柄转角、连杆角度等参数有关。
2.该机构在不同工况下具有不同的性能表现，需要根据具体情况进行优化设计。
3.利用SolidWorks Motion模块和Matlab软件可以对该机构进行运动分析和力学分析，为机构设计和优化提供参考。
基于MATLAB的曲柄滑块机构运动的仿真
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_Simulink软件的曲柄导杆机构运动学仿真
[研究・设计]收稿日期:2007204209作者简介:赵小刚(1981-),男,陕西户县人,助教,主要研究方向为机械工程CAD CAM 。
MA TLAB S i m ulink 软件的曲柄导杆机构运动学仿真赵小刚1,李永春2 (1.陕西国防工业职业技术学院机械系,陕西户县 710302; 2.陕西科技大学机电工程学院,陕西西安 710021) 摘 要:为了求解曲柄导杆机构的运动学规律,运用矢量法进行了分析,建立了曲柄导杆机构的运动学数学模型。
使用M A TLAB Si m ulink 仿真软件对曲柄导杆机构进行了运动学仿真,得到了导杆及滑块的位移、速度、加速度的运动曲线。
使用这种方法求解机构的运动学参数具有精度高、速度快等特点。
关 键 词:曲柄导杆机构;运动学;M A TLAB Si m ulink 软件;仿真中图分类号:TH 112;T P 391.9 文献标志码:A 文章编号:100522895(2007)06200392030 引 言曲柄导杆机构是一种应用比较广泛的平面连杆机构,它可以将曲柄的旋转运动转换成为导杆的往复摆动(摆动导杆机构)或整周旋转运动(转动导杆机构)[1]。
曲柄导杆机构还可以与别的基本四杆机构组合在一起,构成一些实用的组合机构,如刨床,车床的主运动机构等。
机构的运动参数是分析评价机构工作性图1 曲柄摆动导杆机构简图能,优化新机构的基本依据[2]。
对曲柄导杆机构的运动分析,即构件上特定点的位移、速度和加速度分析,常用的方法有图解法和解析法。
图解法较直观、方便,但是精度不高,需要反复作图;而解析法人工计算运算量大,容易出错[3]。
本文以曲柄摆动导杆为例,提出用M A TLAB 软件仿真工具箱Si m u link 对曲柄导杆机构进行运动学仿真,得到曲柄导杆机构的运动曲线,该方法使解析法获得更高的精度。
1 曲柄摆动导杆机构运动学数学模型的建立图1所示为一曲柄摆动导杆机构,曲柄OA 为原动件,导杆B A 是从动件,通过滑块,曲柄的连续转动转变为导杆的往复摆动。
曲柄滑块机构的运动学仿真
《系统仿真与matlab》综合试题题目：曲柄滑块机构的运动学仿真编号：24难度系数：*****姓名班级学号联系方式成绩第一部分：课题理解1、课题要求：对图示单缸四冲程发动机中常见的曲柄滑块机构进行运动学仿真。
已知连杆长度：m r 1.02=，m r 4.03=，连杆的转速：22θω =，33θω =，设曲柄r 2以匀速旋转，s r / 502=ω。
初始条件：032==θθ。
仿真以2ω为输入，计算3ω和1r，仿真时间0.5s 。
2、个人理解：本实验是对运动进行仿真，根据滑块的运动演示连杆的运动过程。
首先，建立两杆和滑块位置间的数学关系，计算出运动方程；其次，运用matlab 动画功能，对给定的2ω值进行运动仿真；最后，建立友好的界面，方便用户改变2ω，显示3ω和运行动画。
第二部分：试题建模由几何关系可得：两边求导数可得：即得2θ=w2*t; 3θ =arcsin(r2*sin(2θ )/r3);w3=r2/r3*w2*cos(2θ )./cos(3θ )；第三部分：程序实现1、程序模块：2、程序流程：特色在于：随动画同时输出的w3值为动画运行到当前位置时的转动角速度。
并可以多次设定w2值，进行波形比较。
2、程序代码：w2 = str2double(get(handles.w2input,'string'));if w2~=0 %判断用户是否输入w2%如果w2被赋值，则进行变量初始化t=0;dt=0.01;r2=0.1;r3=0.4;x0=0.1;y0=0;x1=0.5;y1=0;%在图形显示框axes_d中进行固定图形的绘画axes(handles.axes_d)%画三角支架plot(0,-0.03,'color',[0.5,0.5,0.5],'linestyle','^',...'linewidth',10);hold onplot(0,0,'color',[0.4,0.4,0.4],'linestyle','.',...'markersize',40);%画r3转动轨迹圆m=[0:0.01:2*pi];plot(0.1*cos(m),0.1*sin(m),'color',[0.6,0.8,0.8],'linestyle','.',...'markersize',5);%画水平线plot([-0.2;0.6],[-0.05;-0.05],'color','b','linestyle','--',...'linewidth',1);%画支点等高线plot([-0.2;0.7],[0;0],'color','b','linestyle','--',...'linewidth',1);%设置坐标范围axis([-0.15,0.7,-0.41,0.41]);%不显示坐标轴%axis('off');%创建杆间连接点point=line(x0,y0,'color','k','linestyle','.',...'markersize',30);%创建连接点水平指示线zhishi=line([x0-0.1;x0+0.1],[y0;y0],'color','b','linestyle','--',...'linewidth',2);%创建杆r2body2=line([0;x0],[0;y0],'color',[0.2,0.25,0.25],'linestyle','-',...'linewidth',5);%创建杆r3body3=line([x0;x1],[y0;y1],'color',[0.2,0.25,0.25],'linestyle','-',...'linewidth',5);%创建活塞huosai1=line([x1+0.01;x1+0.15],[y1;y1],'color','b','linestyle','-',...'linewidth',28);%创建活塞连接点huosaidian=line(x1+0.01,y1,'color','k','linestyle','.',...'markersize',40);%创建汽缸qigang1=line([0.651;0.651],[-0.05;0.05],'color',[0.5,0.5,0.5],'linestyle','-',.. .'linewidth',5);qigang2=line([0.3;0.655],[0.056;0.056],'color',[0.5,0.5,0.5],'linestyle','-',...'linewidth',5);qigang3=line([0.3;0.655],[-0.056;-0.056],'color',[0.5,0.5,0.5],'linestyle','-', ...'linewidth',5);set(handles.axes_w3,'XMinorTick','on')%进行动画过程while t<4t=t+dt;a2=w2*t;a3=asin(r2*sin(a2)/r3);w3=r2/r3*w2*cos(a2)./cos(a3);r2=0.1;x0a=r2*cos(a2);y0a=r2*sin(a2);x1a=x0a+r3*cos(a3);y1a=0;x=x0a;y=y0a;%在图形显示框axes_d中进行图形的刷新axes(handles.axes_d)%重绘杆r2set(body2,'xdata',[0;x0a],'ydata',[0;y0a]);%重绘杆r3set(body3,'xdata',[x0a;x1a],'ydata',[y0a;y1a]);%重绘杆活塞set(huosai1,'xdata',[x1a+0.01;x1a+0.15],'ydata',[y1a;y1a]); %重绘活塞连接点set(huosaidian,'xdata',x1a+0.01,'ydata',y1a);%重绘杆连接点set(point,'xdata',x0a,'ydata',y0a);%重绘指示线set(zhishi,'xdata',[x0a-0.1;x0a+0.1],'ydata',[y0a;y0a]);set(handles.axes_d,'XMinorTick','on')%输出实时w3的值set(handles.w3_output,'string',num2str(w3))；%在图形显示框axes_w3中绘制w3的实时波形axes(handles.axes_w3)%设置坐标轴axis([0,4,-w2/4-0.1,w2/4+0.1]);hold onplot(t,w3,'color','k','linestyle','.',...'markersize',5);set(handles.axes_w3,'XMinorTick','on')drawnow;endw2=0;end第四部分：GUI界面规划1、控件组成：1.面板（1个）：作为背景。
基于MATLAB软件的铰链四杆机构运动分析仿真软件开发
文章编号: 1009-3818(2002)02-0047-03基于MATLAB 软件的铰链四杆机构运动分析仿真软件开发覃虹桥1 魏承辉2 罗佑新2(1华中科技大学材料学院 湖北武汉430074)(2常德师范学院机械工程系 湖南常德415003)摘 要: 建立了铰链四杆机构运动分析的数学模型,以MATLAB 程序设计语言为平台,将参数化设计与交互式相结合,设计了铰链四杆机构仿真软件,该软件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.设计者只需输入参数就可得到仿真结果,再将运行结果与设计要求相比较,对怎样修改设计做出决策.它为四杆机构设计提供了一种实用的软件与方法.关键词: 铰链四杆机构;按钮;界面;仿真中图分类号: TH 311.52;TH 113.2+2 文献标识码: A铰链四杆机构的运动学分析是机构学中典型的机构运动分析之一,如果设计铰链四杆机构时能及时图示其运动轨迹和速度分析,从而将图示结果与设计要求相比较,可以及时修改设计中的偏差.目前,MALTAB 已经不再是/矩阵实验室0,而成为国际上最流行的科学与工程计算的软件工具,以及一种具有广泛应用前景的全新的计算机高级编程语言,它在国内外高校和科研部门正扮演着越来越重要的角色,功能也越来越大,不断适应新的要求提出新的解决办法.可以预见,在科学运算与科学绘图领域,MATLAB 语言将长期保持其独一无二的地位.然而,国内至今尚未见到采用MATLAB 开发的有关机构学的软件,笔者以MATLAB 的科学运算与绘图的强大功能开发了铰链机构运动仿真软件.1 铰链四杆机构运动轨迹仿真软件1.1 程序功能与数学模型1)程序功能 本程序可以进行铰链四杆机构的运动分析及位置求解.用户在铰链四杆机构运动分收稿日期:2002-12-10基金项目:湖南省教育厅科研资助项目(00C289)第一作者:覃虹桥(1959-)男高级工程师研究方向:机械设计制造析仿真软件里输入各种参数,即可自动演示不同的铰链四杆机构(曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构)的运动.2)数学模型 已知AB=a ,BC =b ,C D =c ,AD=d .AB 为主动杆,以匀角速度逆时针旋转,AD 为机架,见图1.图1 铰链四杆机构运动简图Fig.1 plame four-linkage motion diagram分析:求B C 的运动轨迹,可找B 、C 两点坐标与转动角度51的关系,然后求51+d 51及B 、C 两点的坐标,即可求出运动轨迹.由图1有矢量方程:AB +BC =AD +DC ,则其分量方程为:a c os 51+b cos 52=d +c cos 53(1)a sin 51+b sin 52=c sin 53(2)将式(1)、(2)联立消去52并整理得:a 2+c 2+d 2-b 22ac +d c os 53a -d cos 51c -cos (51-53)=0(3)再改写为:sin 51sin 53+(cos 51-da)cos 53+a 2+c 2+d 2-b 22ac -d c os 51c=0(4)令r 1=sin 51,r 2=cos 51-d a ,r 2222第14卷第2期常德师范学院学报(自然科学版)Vol.14No.22002年6月Journal of Changde Teachers University(Natural Science Edition)Jun.2002则(4)化为:r 1sin 53+r 2cos 53=r 3(5)由三角恒等式求得:53=2arctg r 1?r 21+r 22-r 23r 2+r 3(6)式(6)两个解对应于机构的两种不同装配形式./+0对应于图1的实线,而/-0对应于图1的虚线.B 点坐标:B x =A x +a cos 51,B y =A y +a sin 51C 点坐示:C x =D x +c cos 53,C y =D y +a sin 53从运动杆的转角53,对时间求导可得DC 的角速度,由式(1)、(2)解出52按速度合成可求得BC 的转动角速度[2].1.2 程序框图以曲柄摇杆机构的运动仿真程度为例,程序框图如下:图2 程序框图Fig.2 Programming frame diagram1.3 程序代码采用MATLAB 开发图形界面,程序如下:%fourlinkages.mh_main=figure(.Units .,.normalized .,.Position .,[.3,.3,.5,.5],,.MenuBar .,.none .,.Name .,.四杆机构仿真.,.Number Title .,,.off .,.Resize .,.off .);h_axis=axes(.Units .,.normalized .,.Position .,[.12,.15,.6,.6],,.Tag .,.axPlot .,.Visible .,.on .,.XLim .,[-50,80<,.YLim .,-60,80]);h_text1=uicontrol (.Style .,.Text .,.Tag .,.myText1.,.Units .,,.normalized .,.Position .,[0.78,0.55,.05,.38],.String .,,.输入已知参数.,,.HorizontalAlignment .,.right .);h_te xt2=uicontrol(.Style .,.Text .,.Tag .,.myText2.,.Units .,,.nor malized .,.Position .,[0.15,0.90,.35,0.05],.String .,,.正在仿真,,OK !.,,.HorizontalAlignment .,.right .);a =20;b =50;c =40;d =50;fai =60;four_linkages0(a,b ,c,fai );%初始化图形h_edit1=uicontrol(.Style .,.Edit .,.Tag .,.myEdit1.,.Units .,,.normalized .,.Position .,[0.86,.85,.10,.1],.String .,.20.,,.HorizontalAlignment .,.right .);h_edit2=uicontrol(.Style .,.Edit .,.Tag .,.myEdit2.,.Units .,,.normalized .,.Position .,[0.86,.75,.10,.1],.String .,.50.,,.HorizontalAlignment .,.right .);h_edit3=uicontrol(.Style .,.Edit .,.Tag .,.myEdit3.,.Units .,,.normalized .,.Position .,[0.86,.65,.10,.1],.String .,.40.,,.HorizontalAlignment .,.right .);h_edit4=uicontrol(.Style .,.Edit .,.Tag .,.myEdit4.,.Units .,,.normalized .,.Position .,[0.86,.55,.10,.1],.String .,.60.,,.HorizontalAlignment .,.right .);h_list=uic ontrol(.Style .,.ListBox .,.Tag .,.myList .,.Units .,,.normalized .,.Position .,[0.78,.35,.20,.15],.String .,.正置|反置.,,.HorizontalAlignment .,.right .,.Value .,1);k=1;h_button1=uicontrol(.Style .,.PushButton .,.Units .,,.normalized .,.Position .,[0.78,.25,.2,.1],.String .,,.运动轨迹仿真.,.CallBack .,,.hd1=findobj(gcf,..Tag ..,..myEdit1..);.,,.a =eval(get(hd1,..String ..));.,,.hd2=findobj(gcf,..Tag ..,..myEdit2..);.,,.b =eval(get(hd2,..String ..));.,,.hd3=findobj(gcf,..Tag ..,..myEdit3..);.,,.c =eval(get(hd3,..String ..));.,,.hd4=findobj(gcf,..Tag ..,..myEdit4..);.,,.d =eval(get(hd4,..String ..));.,,48常德师范学院学报(自然科学版)2002年.kk =get(findobj(gcf,..Ta g ..,..myList ..),..Value ..);.,,.four_linkages(a,b,c,d,kk ).]);%调用回调函数轨迹仿真.h_button2=uicontrol(.Style .,.PushButton .,.Units .,,.normalized .,.Position .,[0.78,.15,.2,.1],.String .,,.角速度分析.,.CallBack .,.four_linkages1(a,b,c,d ,kk ).);h_button3=uicontrol(.Style .,.PushButton .,.Units .,,.normalized .,.Position .,[0.78,.05,.2,.1],,.String .,.退出.,.CallBack .,.four_linkages2.);%调用回调函数退出系统在主程序中有3个回调函数和一个初始化函数,回调函数分别用轨迹仿真、运动分析和退出系统.回调函数程序按前述数学模型编程(程序略);初始化函数用程序运行时初始化界面的图形.运行程序产生以下界面(图3).图3 程序运行界面Fi g.3 Programming Interface在界面中输入已知参数,则可生成相应的图形.当输入a =20,b =50,c =40,d =60,装配形式选取正置时,如果选运动轨迹仿真,则得仿真轨迹(图4);如果装配形式选反置,进行轨迹仿真(图5).(注:图4 运动轨迹仿真(装配形式正置)Fi g.4 Moti on track simulation(positiveset)图5 运动轨迹仿真(装配形式为反置)Fig.5 Motion track simulation (in reverse positive set)在图4、5中为节省篇幅,这两个图形只选了对应图3的图形部分,界面的其它部分未剪取.).而当选取装配形式进行轨迹仿真后,可再选角速度分析,得到连杆与摇杆的角速度图形(略).2 结论1)自动演示不同的四杆机构的运动,模拟仿真运动轨迹与从动件的速度分析,有助于分析机构的速度、加速程度和机构的工作性能;2)采用MATLAB 语言开发机构仿真运动分析软件,开发界面容易,运行程序时无需编辑、连接,给使用者以极大的方便.只要输入数据,即可得到结果.将运行结果与设计要求相比较,从而引导设计者修改设计.参 考 文 献1 薛定宇.科学运算程序MATLAB5.3程序设计与应用[M ].北京:清华大学出版社,2000.2 孟宪源.现代机构手册(上)[M].北京:机械工业出版社,1994.3 王沫然.Si mulink4建模及动态仿真[M].北京:电子工业出版社,2002.THE DEVELOPMENT OF EMULATIONAL SOFTWARE FOR ANALYSIS OF MOTION IN PLANE GEMEL FOUR -LINKAGEBASED ON MATLAB SOFTWAREQING Hong -qiao 1 WEI CH eng -hui 2LU O You -xin 2(1T he material institute,Cen tral China University of Science and T echnology,Wuhan Hubei,430074)(2Department of Mechanical Engineering,Changde Teachers University,Changde Hunan 415003)Abstract A mathematical model of motion analysis was estab -lished in plane four-linkage,and emulational software was deve-loped .The software adop ted Matlab5.3.1as a desi gn language.It combined parametric design with interactive design and had good in -terface for user.Thus,i t was fas ter and more convenient to analyse linkage.The emulational result was obtained as soon as input param -eters was imported and the devisers can make decision-making of modification by the comparing emulational result with design de -mand.It provides an applied software and method for linkage.Key words Gemel Four -Linkage;button;interface;emula -tion(责任编校:谭长贵)49第2期覃虹桥 魏承辉 罗佑新 基于MATLAB 软件的铰链四杆机构运动分析仿真软件开发。
基于MATLABSimulink的5R-P机构运动学数字仿真
基于MATLAB/Simulink 的5R-P 机构运动学数字仿真黄康 许志伟 倪国华(合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽 合肥 230009)摘 要：建立了某5R-P 机构运动学的数学模型，编制了相应的M 函数仿真模块，并利用动态仿真软件MATLAB/Simulink 建立了运动学仿真模型，进行了运动学仿真。
通过整个仿真过程得出：该方法具有运算简单、速度快、方便直观的特点。
与此同时，通过对仿真参数的修改，可进行机构的参数优化。
关键词：运动学 Simulink 仿真研究0 引 言随着仿真技术的发展，对机构进行运动学仿真已变得越来越方便。
机构的运动学分析，主要获得机构中移动构件的位移、速度、加速度或转动构件的角位移、角速度、角加速度。
它是进行机械设计及评价机械运动和动力性能的基础[1]。
对于机构的运动分析，过去一般采用编程的方法进行计算，但是存在程序编写繁琐、可视化差、参数修改麻烦等缺点。
而MATLAB 中的Simulink 模块是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它功能强大，使用方便，已经在学术和工业领域得到广泛的应用[3][4]。
机械式曲柄滑块压力机广泛应用于板料冲压、薄板拉伸等工艺中[6]，其增力装置一般采副，因此可简称为5R-P 机构()F [2][5]。
曲柄AB 为原动件，转动副与滑块在同一水平线上，且，各角度如图所示。
将该机构置于直角坐标系中,计算滑块的位置、位移和构件的角位移。
D EF DE l l =XOY DE 由图1可知A 、的位置是给定的，点为研究点。
建立机构的封闭向量方程D FOD CD BC AB OA l l l l l ρϖρρρ=+++ OD OA EF CE BC AB l l l l l l ρρρρρρ+=+++这里取曲柄角位移为0时的位置作为初始位置，根据机构简图的几何关系()()22OD OA AD l l l += (1)()221OAAB OD D B l l l l +−=(2)ODOAl l arctgODA =∠ (3) 构件的初始角DE 1112DC B ODB ∠−∠−=′πθ (4) 其中 DC D B C B D C DB l l l l l DC B 1111112arccos 22211⋅⋅−+=∠ OAOD OAl l l arctgODB −=∠1滑块的初始位置2cos 2θ′⋅⋅+=DE OD c l l x (5) 当曲柄经过时间t 转过角度t ωϕ=()ϕ+∠⋅⋅⋅−+=ODA l l l l l AD AB AD AB BD cos 222 (6)此时构件转过DE BDC ADB ODA ∠−∠−∠−=′′πθ2(7) 其中 BDAD ABBD AD l l l l l ADB ⋅⋅−+=∠2arccos 222，CD BD BC CD BD l l l l l BDC ⋅⋅−+=∠2arccos 222因此，经过时间t ，构件的角位移和滑块的位移DE ⎥⎦⎤⎢⎣⎡−′′⋅⋅+′−′′=⎥⎦⎤⎢⎣⎡c DE ODx l l 22cos 2s θθθθ (8)式（8）分别对时间t 进行一次、二次求导得构件DE 角速度θ&、角加速度θ&&和滑块速度s&、加速度s &&。
matlab曲柄滑块仿真程序代码
Matlab曲柄滑块仿真程序代码随着科学技术的不断发展，计算机仿真在工程设计和研究中扮演着越来越重要的角色。
Matlab作为一种强大的科学计算软件，被广泛应用于工程仿真领域。
曲柄滑块机构是机械工程中常见的一种机构，其运动特性对于设计和分析而言至关重要。
编写Matlab曲柄滑块仿真程序代码，对于工程师和研究人员来说具有重要意义。
本文将对Matlab曲柄滑块仿真程序代码进行详细介绍，包括代码设计思路和程序实现细节等方面。
一、代码设计思路1. 确定曲柄滑块机构的运动方程曲柄滑块机构是由连杆、曲柄和滑块组成的一种机械结构，其运动特性可以通过连杆的运动方程来描述。
通过建立曲柄滑块机构的运动模型，可以确定滑块的位移、速度和加速度等运动特性。
2. 构建Matlab仿真模型基于曲柄滑块机构的运动方程，可以使用Matlab软件进行仿真模拟。
在Matlab中，可以通过编写相应的程序代码，构建曲柄滑块机构的仿真模型，并对其运动特性进行分析和可视化展示。
二、程序实现细节以下是一个简单的Matlab曲柄滑块仿真程序代码示例，代码中包括了曲柄滑块机构的运动方程和仿真模型的构建过程。
```matlab曲柄滑块仿真程序代码示例定义曲柄滑块机构的参数L = 1; 连杆长度r = 0.2; 曲柄半径theta = linspace(0,2*pi,100); 曲柄角度范围omega = 2; 曲柄角速度计算滑块的运动轨迹for i = 1:length(theta)x(i) = r*cos(theta(i)) + sqrt(L^2 - r^2*sin(theta(i))^2);y(i) = r*sin(theta(i)) - sqrt(L^2 - r^2*sin(theta(i))^2);end绘制曲柄滑块机构的运动轨迹figureplot(x,y)xlabel('x')ylabel('y')title('曲柄滑块机构的运动轨迹')计算滑块的速度和加速度vx = diff(x);vy = diff(y);v = sqrt(vx.^2 + vy.^2);a = diff(v);绘制滑块的速度和加速度曲线figuresubplot(2,1,1)plot(v)xlabel('时间')ylabel('速度')title('滑块的速度')subplot(2,1,2)plot(a)xlabel('时间')ylabel('加速度')title('滑块的加速度')```以上代码示例中，首先定义了曲柄滑块机构的参数，包括连杆长度、曲柄半径、曲柄角度范围和曲柄角速度等。
matlab机电系统仿真大作业
曲柄滑块机构运动学仿真1、设计任务描述通过分析求解曲柄滑块机构动力学方程，编写matlab 程序并建立Simulink 模型，由已知的连杆长度和曲柄输入角速度或角加速度求解滑块位移与时间的关系，滑块速度和时间的关系，连杆转角和时间的关系以及滑块位移和滑块速度与加速度之间的关系，从而实现运动学仿真目的。
2、系统结构简图与矢量模型下图所示是只有一个自由度的曲柄滑块机构，连杆与长度已知图2-1 曲柄滑块机构简图设每一连杆（包括固定杆件）均由一位移矢量表示，下图给出了该机构各个杆件之间的矢量关系图2-2 曲柄滑块机构的矢量环3．匀角速度输入时系统仿真3.1 系统动力学方程系统为匀角速度输入的时候，其输入为输出为；(1) 曲柄滑块机构闭环位移矢量方程为:(2) 曲柄滑块机构的位置方程(3) 曲柄滑块机构的运动学方程通过对位置方程进行求导，可得由于系统的输出是与，为了便于建立A*x=B 形式的矩阵，使x=[ ],将运动学方程两边进行整理，得到将上述方程的v1 与w3 提取出来，即可建立运动学方程的矩阵形式3.2 M 函数编写与Simulink 仿真模型建立3.2.1 滑块速度与时间的变化情况以及滑块位移与时间的变化情况仿真的基本思路：已知输入w2 与，由运动学方程求出w3 和v1，再通过积分，即可求出与r1。
(1) 编写Matlab 函数求解运动学方程将该机构的运动学方程的矩阵形式用M 函数compv(u)来表示。
设r2=15mm，r3=55mm，r1(0)=70mm，。
其中各个零时刻的初始值可以在Simulink 模型的积分器初始值里设置M 函数如下：function [x]=compv(u) %u(1)=w2%u(2)=sita2%u(3)=sita3 r2=15; r3=55;a=[r3*sin(u(3)) 1;-r3*cos(u(3)) 0]; b=[-r2*u(1)*sin(u(2));r2*u(1)*cos(u(2))]; x=inv(a)*b;2) 建立Simulink 模型M 函数创建完毕后，根据之前的运动学方程建立Simulink 模型，如下图：图3-1 Simulink 模型同时不要忘记设置r1 初始值70，如下图：图3-2 r1 初始值设置设置输入角速度为150rad/s ，运行时间为0.1s ，点击运行，即可从示波器中得到速度和时间以及位移和时间的图像3.2.2 滑块位移和滑块速度之间的图像为了得到滑块位移和滑块速度之间的图像，需要通过to workspace 模块将simulink 里位移和时间的数据传递到Matlab 的工作区中，从而在M 文件中再次利用，从Simulink 模块传递到工作区的数据的名称是simout。
曲柄滑块机构的运动学matlab仿真
代码实例[anim_zzy1.m]function f=anim_zzy1(K,ki)% anim_zzy1.m 演示红色小球沿一条封闭螺线运动的实时动画% 仅演示实时动画的调用格式为anim_zzy1(K) % 既演示实时动画又拍摄照片的调用格式为f=anim_zzy1(K,ki)% K 红球运动的循环数（不小于1 ）% ki指定拍摄照片的瞬间，取1 到1034 间的任意整数。
% f 存储拍摄的照片数据，可用image(f.cdata) 观察照片。
% 产生封闭的运动轨线t1=(0:1000)/1000*10*pi;x1=cos(t1);y1=sin(t1);z1=-t1;t2=(0:10)/10;x2=x1(end)*(1-t2);y2=y1(end)*(1-t2);z2=z1(end)*ones(size(x2));t3=t2;z3=(1-t3)*z1(end);x3=zeros(size(z3));y3=x3;t4=t2;x4=t4;y4=zeros(size(x4));z4=y4;x=[x1 x2 x3 x4];y=[y1 y2 y3 y4];z=[z1 z2 z3 z4];plot3(x,y,z, 'b' ), axis off % 绘制曲线% 定义" 线" 色、" 点" 型（点）、点的大小（40 ）、擦除方式（xor) h=line( 'Color' ,[1 0 0], 'Marker' , '.' , 'MarkerSize' ,40, 'EraseMode' , 'xor' );% 使小球运动n=length(x);i=1;j=1;while 1 % 无穷循环set(h, 'xdata' ,x(i), 'ydata' ,y(i), 'zdata' ,z(i)); % 小球位置drawnow; % 刷新屏幕<21>pause(0.0005) % 控制球速<22>i=i+1;ifnargin==2 &nargout==1 % 仅当输入宗量为2 、输出宗量为1 时，才拍摄照片if (i==ki&j==1);f=getframe(gcf); end % 拍摄i=ki时的照片<25>endif i>ni=1;j=j+1;if j>K; break ; endendend（2）在指令窗中运行以下指令，就可看到实时动画图形。
基于MATLAB的曲柄滑块机构模拟与仿真
2.2设计内容和任务…………………………………………………………..12
2.3实现技术路线……………………………………………………………..12
2.4关键问题和难点分析……………………………………………………..12
2.5设计结果和应用…………………………………………………………….13第三章、程序设计与实现……………………………………………………………14
1.3 用软件进行机构运动学分析的现状和趋势…………………………………9
1.4使用MATLAB/SIMLINK的优势………………………………………………9
1.5 MATLAB/SIMULINK 的特点………………………………………………10
第二章、设计任务分析…………………………………………………………….11
图7曲柄滑块机构运动简图………………………………………………………14
图8Simulink界面展示图…………………………………………………………14
图9曲柄滑块机构运动简图………………………………………………………15
图10new mode…………………………………………………………………15
图11SimMechanics………………………………………………………………15
This design MATLAB GUI design tools and M program combination, the movement of planar four-bar linkage analysis, through the GUI realize interface design, through the M program complete programming and commissioning, and through the interface implementation the slider mechanism analysis and simulation of movement, interface operation mechanism type and judge the pole, the slider shows the driven the instantaneous angular velocity, instantaneous Angle acceleration, extreme position Angle, minimum transmission Angle and anyway, the stroke ratio coefficient.
基于MATLAB的曲柄滑块机构仿真研究
图 3 示波器显示仿真曲线 F ig. 3 The cu rve of si m u lation in the scope
同样可以键入连杆角速度和滑块速度曲线 : p lot( tou, t si m out( : , 2) , tou, t si m out( : , 5) ) 绘制仿真曲线如图 5所示 ( 波动大者为连杆加速度曲线 ) 。 利用仿真得到各变量的响应曲线 , 就可以对机构作出大概的评价。但是为了更加准确评价机构的运 动学特性, 我们常常更加关心各变量的极值大小, 可以使用 MATLAB 的 m ax 命令求出。 在命令行键入: w 2= m ax( si m ou t( : , 2) ) ; a= m ax ( si m out(: , 4) ), v= m ax( si m out( : , 5) ) 即可得到 :
参考文献 : [ 1] 郑文纬 , 吴克坚 . 机械原理 [M ]. 北京 : 高等教育出版社 , 2004 . 33- 103. [ 2] [ 美 ] 约翰 . F. 加得纳 . 机构动态 仿真 2002. [ 3] [ 美 ] Edward B. M ag rab 等 . M ATLA B 原理与工程应用 [ M ]. 高会生 , 等译 . 北京 : 电子工业出版社 , 2002 . 125- 139. [ 4] 张森、 张正亮 . M ATLAB 仿真技术与 实例应用教程 [M ]. 北京 : 机械工业出 版社 , 2004 . [ 5] 张葛祥、 李娜 . M ATLAB 仿真技术与 应用 [M ]. 北京 : 清华大学出版社 , 2003 . 55- 83 . ( 责任编辑 : 李 孟良 ) 使用 M ATLA B 和 SI M UL I NK [M ]. 周进 雄 , 等译 . 西安 : 西 安交通 大学 出版社 ,
基于Matlab的机构动力学仿真分析
1 r2 sinθ2
v3 x
r1ω1 sinθ1
0 - r2 cosθ2 ω2 = r1ω1 cosθ1
(11)
1 r2 sinθ2
a3 x
0 - r2 cosθ2 ε2 =
- r1ε1 sinθ1 - r1ω21 cosθ1 - r2ω22 cosθ2
r1ε1 cosθ1 - r1ω21 sinθ1 - r2ω22 sinθ2
如图 2 所示 。图中函数模块 sxh f1 是根据式 (9) 编
写的 M 函数对机构进行动力分析 ,计算约束反力和
力矩 。函数模块 sxh m1 、sxh m2 ,是根据式 (10) 、
式 (12) 编写的 M 函数对机构进行运动分析 ,计算加
速度 。工作阻力的方向随滑块速度方向变化而变
化 ,通过函数 sxh Fpx 来实现 。在仿真运行之前还 应确定图中 5 个积分器的初始条件。选择从 θ1 = 0 开始 ,则初始位置 θ2 = 0 , x3 = r1 + r2 ;ω1 = 100 radΠ s ,根据式 (10) 可求出速度初值 ω1 = - 20 radΠs , v3 x = 0 。最后设定仿真系统运行 0112 s ,机构运动约 2 个 循环周期 ,执行仿真命令 。仿真运动学结果保存在 矩阵 simout 中 ,动力学结果保存在矩阵 simout1 中 。
4 结语 液压支架设计阶段综合运用 CAE ,借助于三维
造型对液压支架进行有限元分析 ,运动仿真 ,动力学 分析 ,避免运动中的机构干涉现象 ,能够使设计中的 “虚拟样机”检验发挥强大作用 ,确保液压支架安全 可靠 ,结构优化合理 ,探索液压支架设计的新思路 , 提高液压支架设计水平 。
参考文献 : [1 ]赵慧设 ,等 1 基于 Internet 的三维模型协同浏览与批注系统 [J ]1
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Abstract
Slider-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。
曲柄滑块机构是一种特殊的四连杆机构，同时具有直线运动和旋转运动。
它也被称为四连杆机构，对四杆机构的分析是非常重要的。
本文综合考虑了四种构型对偏置曲柄滑块机构的综合、仿真和分析。
数学公式推导出确定的曲柄长度和连杆；运动学和动力学分析的位置，速度和对偏置曲柄滑块的联系和作用于它们导致稀疏矩阵方程是利用MATLAB函数分析得出的解决力加速度；在Simulink模型，最后仿真，仿真结果分析。
该程序解决所有未知参数，并以图形形式显示这些结果。
Conclusion
In this simulation, simultaneous constraint method is employed. Equations derived from the kinematic and dynamic analyses are assembled into a system of twelve linear equations to obtain the sparse matrix. This is solved by the m-file function in the simulation process and the simulation results displayed in form of graphs.
在此仿真中，采用了同时约束法。
由运动学和动力学分析导出的方程组被装配成十二个线性方程组，得到稀疏矩阵。
这是在模拟过程中的M文件函数求解和图形的形式显示的仿真结果。
这篇文章采用MATLAB 和SIMULINK 对曲柄滑块偏置的连杆机构进行求解，得到运动方程中的其他未知数。