基于MatlabSimulink的曲柄滑块机构运动学分析及仿真.pdf

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1、研究与分析2012年第4期(总第120期)·机械研究与应用·基于Matlab／Simulink的曲柄滑块机构运动学分析及仿真周莉(沙洲职业工学院，江苏张家港215600)摘要：针对曲柄滑块机构，建立其数学模型，然后应用Matlab／Simulink对曲柄滑块机构进行运动仿真，得到了在仿真时间内连杆和滑块的运动曲线。此方法可以方便观察机构运动特性，有效提高设计工作效率。关键词：曲柄滑块机构；Matlab／Simulink；运动仿真中图分类号：TH123．1文献标识码：A文章编号：1007—4414(2012)04—0062—02Kinematicaanalysisandsimulationofs

2、lider—crackmechanismbasedonMATLAB／SimulinkZhouLi(Shazhouvocationalcollegeoftechnology，ZhangfiagangJiangsu215600，China)Abstract：Themathematicalmodelisbniltaimingattheslider—crackmechanism，thenthemotionsimulationisdoneforsli．der-erankmechanismbyusingMatlab／Simulink，andthemotionCHIVESofcrackands~derisg

3、ot．Thismethodcaneasilyob-servemechanismmotioncharacteristics，andalsovallimprovethedesigneficiencyefectively．Keywords：slider-crackmechanism；Matlab／Simulink；motionsimulation1前言根据机构所构成的封闭图形ABCA，可写出封闭随着现代机械设计的发展，机构运动状态要求越矢量方程式：f：+=s(1)来越复杂，因此对机构进行运动分析十分必要，而且2．1位置分析它也是评价机械产品性能指标的方法之一。传统的将式(1)用复数形式表示为：图解法

4、、解析法对机构进行设计、运动分析、动态特性f】e+12e=s。(2)分析非常费时，在实际工程设计应用中有很大的局限将式(2)的实部和虚部分离，得：性，并经常导致结果不准确。而以计算机仿真为基础f1cos0】+12cos02=s。，¨的机构运动分析方法使这一评价方法更加直观、明f1sin0】+12sin02=0了，并可减少设计失误。本文以曲柄滑块机构运动式中：0为曲柄AB的转角；为连杆BC的转角。分析为例，借助Madab软件中仿真工具箱Simulink2．2速度分析进行运动学仿真，通过仿真得到曲柄滑块机构连杆、将式(3)对时间t求一次导数得：滑块的运动变化曲线，有效地提高了设计工作效率。l2si

5、n2曲柄滑块机构数学模型的建立⋯伽02三】㈩为了对机构进行运动分析，建立如图1所示的直解上式即可求得连杆的角速度W：和滑块的线速角坐标系。其中AB为曲柄Z，BC为连杆f，AC为滑度。块的位移s。2．3加速度分析将式(3)对时间￡求二次导数得：in02[一l2s：。。口：】[】+[w2l2：coins乏：】【】：『lf1∞01(5)【一W1Zlsin0lJ解上式即可求得角加速度0／：和线加速度a。。图1曲柄滑块机构3曲柄滑块机构运动学的建模与仿真在图1所示的曲柄滑块机构中，AB为原动件，以收稿日期：2012—06—06作者简介：周莉(1984一)，女，江苏徐州人，工程师，研究方向：机械设计。·6

6、2··机械研究与应用·2012年第4期(总第120期)研究与分析匀角速度=lOrad／s逆时针旋转，曲柄和连杆的长根据已知参数的值和前面建立的数学模型，在co')＼潞掣援罩f度分别为f1=lOOmm，Z2=300mm。2，Matlab—Simulink中建立的曲柄滑块机构仿真模型如3．1Matlab／Simulink仿真模型的建立图2所示。其中曲柄的角速度和角加速度作为输入，运动中曲柄的转角和连杆BC每个瞬时的位置、角速度、角加速度以及滑块每个时刻的位置、速度、加速度作为输出，以向量存储在工作空间中。MatlabFunction模块中添加由式(5)编写的函数，该模块输出两个变量，即连杆的角加速

7、度和滑块的加速度。3．2曲柄滑块机构Matlab／Simulink仿真结果在仿真运行之前，需要根据具体的要求进行初始图2曲柄滑块机构仿真模型参数值的设定。例如，已知曲柄Z=100ram，连杆‘Z：=300mm，初始位置为曲柄和连杆展开共线，曲柄由400静止开始作匀角速度=10rad／s逆时针旋转，可以设定初始条件为：仅1=0，W1=10，0l=0，2=0，W2=一3503．3，02=0，口=一1．