基于matlab_simulink的插床导杆机构运动学和动力学分析

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1、基于的插床导杆机构运动学MATLAB/SIMULINK和动力学分析杨启佳1，徐承妍2，李滨城1（1.江苏科技大学机械工程学院，江苏镇江212003；2.华东师范大学软件学院，上海200062）摘要：在对插床导杆机构进行分析的基础上，运用MATLAB/SIMULINK软件对其进行运动学分析和动力学分析，并将分析结果可视化，为应用MATLAB/SIMULINK对其他机构进行分析提供了借鉴。关键词：导杆机构；MATLAB/SIMULINK；运动学分析；动力学分析中图分类号：TH112.1文献标志码：A文章编号：1003－0794（2011）0

2、2－0098－03KinematicandDynamicAnalysisofLeaderMechanismofSlottingMachineBasedonMATLAB/SIMULINKYANGQi-jia1，XUCheng-yan2，LIBin-Cheng1(1.SchoolofMechanicalEngineering,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhenjiang212003,China；2.SoftwareEngineeringInstitute,EastChinaNormalU

3、niversity,Shanghai200062,China)Abstract:Basedontheanalysisofleadermechanismofslottingmachine,kinematicanddynamicanalysisofleadermechanismwasanalyzedbysoftwareMATLAB/SIMULINK.Theanalysisresultsweremadevisual.ThecontentcanprovideareferencetotheanalysisofothermechanismsbyMA

4、TLAB/SIMULINK.Keywords:leadermechanism;MATLAB/SIMULINK;kinematicanalysis;dynamicanalysis前言连杆机构因其承载能力大、润滑性好、加工容易、可靠性好等优点被广泛地应用于机械各领域。连杆机构的分析方法有很多，传统方法有图解法、解析法和实验法。随着计算机技术的发展，连杆机构的分析也可以通过计算机相关语言和软件来实现，而计算机辅助分析的方法使得连杆机构的设计变得更简便、科学和准确，计算机语言和软件的引入使得连杆机构的分析进入了一个全新的阶段。插床是机械工业生产

5、中常见的机器，其主要机构中包括实现刀具切削运动的导杆机构，如图1所示。本文首先运用复数矢量法和矩阵法建立该导杆机构的数学模型，然后在此基础上对导杆机构进行运动学分析和动力分析，最后通过MATLAB/SIMULINK软件对该导杆机构进行了运动学和动力学仿真计算。经过求解，可以获得速度、加速度及运动副反力曲线图和仿真图，并可以从仿真图中观察导杆机构的动态运动情况。多边形中，各矢量之和为零，封闭矢量方程为CA+AB=CBCO+OE=CF＋FEy0（1）（2）5E4θ4Fθ3Cθ1AxO13B2插床机构中的导杆机构图1将各矢量分别向x轴和y轴投

6、影，得到投影方程为!lAC+lABcosθ1=sCBcosθ3（3）lABsinθ1=sCBsinθ3!－lCO=-lCFcosθ3+lFEcosθ4（4）SOE=-lCFsinθ3+lFEsinθ4由式（3）即可求得导杆的方向角θ3和滑块在导杆上的位置SCB，将求得的方向角θ3代入式（4）即可求得连杆4的方向角θ4和插刀的位置SOE。（2）速度分析将式（3）、式（4）对时间t求一次导数，并整理写成矩阵形式，可得速度关系运动分析（1）位置分析建立如图1所示的直角坐标系，将各构件视为杆矢量，这样机构各矢量就构成了2个封闭的矢量多边形，即A

7、BCA和OCFEO，在这2个封闭的矢量198第32卷第02期基于MATLAB/SIMULINK的插床导杆机构运动学和动力学分析——杨启佳，等Vol.32No.02sinθ3cosθ300lABcosθ1-lABsinθ100sCBsinθ3-sCBcosθ3-lCFcosθ3-lCFsinθ300lFEsinθ4-lFEcosθ400-10v23ω3yF5r=FR45FR56FS4ω4-FR45M44v5FR34FFR36FS3F-FR34R16AFR16Moω1（5）xCM31F3yR12BFR36FR23-FR232-FR12图2导

8、杆机构受力分析求解式（5）即可求得2个角速度ω3、ω4，构件5的相对速度v5和构件2的相对速度v23。（3）加速度分析将式（3）、式（4）对时间t求二次导数，可得加速度关系对于构件1，根据∑M=0，∑F=0