RRR平面连杆机构的动态仿真[毕业论文+Matlab程序]

机械设计毕业课题：RRR平面连杆机构的动态仿真含毕业论文、任务书、开题报告、英文文献翻译，Matlab程序

RRR平面连杆机构的动态仿真[毕业论文+Matlab程序]

摘要

平面连杆机构的动态仿真分为机构的运动分析和动力分析两种。机构的运动分析，主要获得机构中某些构件的位移、角速度和角加速度，以及某些点的轨迹、速度和加速度，它是机械设计及评价机械运动和动力性能的基础，也是分析现有机械优化综合新机械的基本手段；机构的动力分析，主要是在运动学分析的基础上，由已知工作阻力，求出运动副的约束反力和驱动力（或力矩），为选择和设计轴承、零部件强度的计算及选择原动机提供理论依据。
本文用矢量和矩阵理论建立了适用于MATLAB／SIMULINK仿真的曲柄、RRRⅡ级杆组运动学和动力学数学模型，以该数学模型编制了M函数仿真模块，对给定的RRR四杆机构和RRR-RRR六杆机构进行了建模和仿真，通过仿真得到各转动副的反力及驱动力矩．其主要目的是以构成机构的基本杆组为仿真模块，搭建杆组MATLAB／SIMULINK仿真模型，可以对不同类型平面连杆机构进行运动学和动力学仿真和分析。

关键词：连杆机构 运动学 动力学 MATLAB/SIMULINK 仿真

Dynamic Simulation of RRR Planar Linkage

Abstract

Dynamic simulation of planar linkage is divided into two types of kinematic analysis and dynamic analysis. The Kinematic analysis, which is the basis of the mechanical design, evaluation of mechanical motion and the dynamic performance, and it is the basic of Analyze Optimal Synthesis of new machinery of existing machinery. the main access to institutions of certain components of the displacement, angular velocity and angular acceleration, and some points of track, speed and acceleration. The Dynamic Analysis, which provides a theoretical basis for Selecting and designing of bearings, parts strength calculation and selection of the original motivation, Constraints derived anti-vice campaign and the drive force (or torque) based on the analysis of kinematics and the Working resistance.

In this paper, using vector and matrix theory applicable to the MATLAB / SIMULINK simulation of the crank, RRR Ⅱ class bar group mathematical model of kinematics and dynamics, and using this mathematical model draw up M Function Simulation Module, a RRR four -bar linkage and a RRR-RRR six institutions were taken as example ,the procedures of modeling and simulating. Obtain the deputy of the anti-rotation force and driving torque through the simulation. Its main purpose is to constitute the body of the bar group Simulation Module, building the MATLAB / SIMULINK simulation model for the bar group, to do the kinematic and dynamic simulation and analysis for different types of planar linkage.

Keyword: Linkage Kinematics Dynamics MATLAB/SIMULINK Simulation

目 录

1 绪论
1.1选题的依据及意义 1
1.2国内外研究概况及发展趋势 1
1.3研究内容及实验方案 4
2 曲柄、RRRⅡ级杆组的MTALAB运动学仿真
2.1用MATLAB实现牛顿-辛普森求解 5
2.2用MATLAB进行速度分析 6
2.3曲柄、RRRⅡ级杆组MATLAB运动学仿真模块 7
2.4四杆机构的MATLAB运动学仿真 10
2.5四杆机构MATLAB运动学仿真结果 12
3 曲柄、RRRⅡ级杆组的MTALAB动力学仿真
3.1曲柄、RRRⅡ级杆组MATLAB动力学仿真模块 15
3.2四杆机构的MATLAB动力学仿真 19
3.3四杆机构MATLAB仿真模型的初值确定 21
3.4四杆机构MATLAB动力学仿真结果 21
4 RRR-RRR六杆机构的MTALAB运动学仿真
4.1 RRR-RRR六杆机构 24
4.2 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模型 24
4.3 RRR-RRR六杆机构MATLAB真模块 26
4.4 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块中初值的确定 27
4.5 RRR-RRR六杆机构MATLAB运动学仿真结果 29
5 RRR-RRR六杆机构的MTALAB动力学仿真
5.1 RRR-RRR六杆机构 33
5.2 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模型 33
5.3 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块 35
5.4 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块中初值的确定 38
5.5 RRR-RRR六杆机构MATLAB运动学仿真结果 38
总 结 41
参考文献 42
致 谢 43

1 绪论

1.1选题的依据及意义

平面连杆机构是许多构建用低副（转动副和移动副）连接组成的平面机构。

机构的从动系统一般还可以进一步分解成若干个不可再分的自由度为零的构件组合，这种组合称为基本杆组，简称为杆组。

机构的计算机仿真是指在研究中利用数学模型来获取系统的一些重要特性参数，这些数学模型通常是由以时间为变量的常微分方程来描述，并用数值方法进行计算机仿真求解。利用计算机仿真可以对整个机械制造系统及过程进行广泛地研究。

一般而言，机构设计的目标之一是能够实现某一预先设定的运动轨迹。在研究机械系统的运动规律时，借助于计算机仿真是十分有益的。但是，大多数有关动力学方面的教科书较少涉及到计算机仿真，只是某些需要对研究对象进行运动方程精确描述的高等动力学教材才对计算机仿真有所体现。

MATLAB被称为三大数学软件之一。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，并且mathwork也吸收了像Maple等软件的优点,使MATLAB成为一个强大的数学软件，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多。所以采用MALAB来对平面连杆机构进行动态仿真。

1.2国内外研究概况及发展趋势

机构学是着重研究机械中机构的结构和运动等问题的学科，是机械原理的主要分支。研究各种机械中有关机构的结构、运动和受力等共性问题的一门学科。研究内容分两个方面：第一是对已有机构的研究，即机构分析（结构分析，运动分析和动力分析）；第二是按要求设计新的机构，即机构综合（结构综合，运动综合和动力综合）。

传统的机构学把机构的运动(例如旋螺母的运动)看作只与其几何约束方式有关,而与受力、质量和时间等无关。这样，在19世纪中叶,机构学就从一般力学中独立出来，并日益发展。机构学的研究内容是对各种常用机构如连杆机构（见平面连杆机构和空间连杆机构）、凸轮机构、齿轮机构(见齿轮传动)、差动机构、间歇运动机构、直线运动机构、螺旋机构(见螺旋传动)和方向机构等的结构和运动，以及这些机构的共性问题，在理论上和方法上进行机构分析和机构综合。

机构分析包括结构分析和运动分析两部分。前者研究机构的组成并判定其运动可能性和确定性；后者考察机构在运动中位移、速度和加速度的变化规律，从而确定其运动特性。掌握机构分析的方法对于如何合理使用机器、验证机械设计是否完善等是必不可少的，所以机构分析也是机构综合的基础。但是综合有时不存在唯一解，因而机构分析和综合往往是不可逆的。

设计新机器时,先要考虑两个问题：一是为了完成某一工艺或生产要求采取什么运动,这属于专业问题;二是采用什么机构来实现这种运动，这是机构综合问题。所谓机构综合就是根据要求实现的运动选定机构的结构类型,确定机构的几何尺寸,亦即进行机构的结构综合和运动综合,然后画出能够实现所求运动的机构运动简图。对于高速或高精度的机构，为更好地符合实际情况，还应考虑构件弹性和运动副间隙等实际因素的动力分析和动力综合。

MATLAB名字由MATrix和 LABoratory 两词的前三个字母组合而成。那是20世纪七十年代后期的事：时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。