基于matlab中SimMechanics的四杆机构仿真

引言作用在机械上的力, 不仅是影响机械的运动和动力性能的重要参数, 而且也是决定构件尺寸和结构形状的重要依据,所以不论是设计新机械,还是合理使用现有机械,都必须对机械的受力情况进行分析

在对现有机械进行力分析时, 对于低速机.械,因惯性力小, 只需静力分析,而对于高速及重型机械,必须分析其惯性力,要对其作动力分析. Mat2lab中的simmechanics是一个对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包, 可对机构进行动力学仿真和分析, 可在形成实际机构之前进行适当的修正,缩短产品开发周期.有关动力学仿真的文献中, 工作阻力(或工作阻力矩)均为常量, 不随时间变化, 文中以simmechan ics为研究平台, 以压床中的六杆机构为研究对象,对机构进行动力学仿真,研究机构在变工作阻力作用下的受力情况.

1．SimMechanics简介

SimMechanics 立足于Simulink 之上，是进行控制器和对象系统跨领域/学科的研究分析环境。SimMechanics 为多体动力机械系统及其控制系统提供了直观有效的建模分析手段，一切工作均在Simulink 环境中完成。它提供了大量对应实际系统的元件，如：刚体、铰链、约束、坐标系统、作动器和传感器等。使用这些模块可以方便的建立复杂机械系统的图示化模型，进行机械系统的单独分析或与任何Simulink设计的控制器及其它动态系统相连进行综合仿真。

SimMechanics 为机械系统提供了如下仿真/ 分析方式：

正向动力学分析—求机械系统在给定激励下的响应；

逆向动力学分析—求机械系统按给定运动结果时所需的力和力矩；

运动学分析—在约束条件下系统中的位移、速度和加速度，并做一致性检查；

线性化分析—可求得系统在指定小扰动或初始状态下的线性化模型，以分析系统响应性能；

平衡点分析—可以确定稳态平衡点，供系统分析和线性化使用。2．连杆机构设计的基本问题

连杆机构设计的基本问题是根据给定的运动要求选定的形式，并确定其各构件的尺寸参数。为了使机构设计合理，可靠，通常还需要满足结构条件（如要求存在曲柄，杆长比较恰当），动力条件和运动连续条件等。

根据机械的用途和性能要求等的不同，对连杆机构设计的要求是多种多样的，但这些设计要求一般可归纳为以下三类问题：

一满足预定的运动规律要求，即要求两连架杆的转动能满足预定的对应关系；或者要求在原动件运动规律一定的条件下，从动件能够准确地或者近似地满足预定的运动规律要求

二满足预定的连杆位置，即要求连杆能依次占据一系列地预定位置。

三满足预定的轨迹要求，即要求在机构运动过程中连杆上某点能实现预定的轨迹。

3．实例设计与仿真

确定四个连杆长度后，对曲柄摇杆机构运动进行

解析法分析，应用编程方法进行仿真分析的实现。

按图示运用SimMechanics仿真

步骤：1.打开MATLAB中的Simulink在左边选择SimMechanics

2．在Bodies中选择Body，Ground和MachineEnvironment模块，在Joints 中选择Revolute模块并将各模块属性该为‘World’,并按图填入坐标。

3．按下图连接

4．打开Simulation下拉菜单的Configuration Parameters:选择最后一项，选择

5．按RUN仿真仿真结果

4．结束语

从仿真结果可以看出，对于机械模型设计仿真优化，SimMechanics比普通编程方法无论在效率上，还是功能上都要强大很多，而且实现了动画显示，是机械系统的建模和设计强大而方便的工具。

结合某工程应用实际，在分析四杆机构运动学的基础上，利用SimMechanics工具箱对该工程实例进行了仿真分析研究。与运用编程方法进行仿真

相比，采用SimMechanics 可以更容易地解决复杂机构系统

的仿真问题，使工程技术人员能更专注于对机械系统的各

种运动进行分析的应用设计，并可以得出直观的动画效

果。SimMechanics 工具箱具有系统建模方便直观，仿真功

能强大，自动模型分析且不需要编程等优势，它为机械产

品的优化仿真分析提供了条件，也为机械产品的性能优化

提供了基础。