河南科技学院
2009届本科毕业论文（设计）
论文题目：在MATLAB环境下开发平面连杆机构运动分析系统
THE DEVELOPMENT OF SYSTEM FOR ANALYSIS OF MOTION IN PLANE FOUR BAR MECHANISM BASED ON
MATLAB SOFTWARE
学生姓名： 樊新乾
所在院系： 机电学院
所学专业： 机械设计制造及其自动化
导师姓名： 杜家熙 卞平艳
完成时间：2009年05月20日
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分析软件 ,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分析结果 ,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：平面四杆机构，MATLAB软件，运动分析，分析
THE DEVELOPMENT OF SYSTEM FOR ANALYSIS OF MOTION IN PLANE FOUR BAR MECHANISM BASED ON
MATLAB SOFTWARE
Abstract
A mathematical model of motion analysis was established in plane four - linkage , and analytical software was developed. The software adopted Matlab as a design language. It combined parametric design with interactive design and had good interface for user. Thus, it was faster and more convenient to analyse linkage. The analytical result was obtained as soon as input parameters was imported and the devisers can make decision - making of modification by the comparing analytical result with design demand. It provides an applied software and method for linkage.
Key words: Plane Four Bar Mechanism, MATLAB, Analysis of Motion, Analyze
目 录
1 绪论 ............................................................................................................................ 1 2 平面连杆机构的设计分析 ........................................................................................ 3 2.1 平面四连杆机构的运动分析 ............................................................................. 3 2.2 机构的数学模型的建立 ..................................................................................... 3
2.2.1 建立机构的闭环矢量位臵方程 ................................................................... 3 2.2.2 求解方法 ....................................................................................................... 5 3 基于MATLAB程序设计 ......................................................................................... 6 3.1 程序流程 ............................................................................................................. 6 3.2 M文件编写 ........................................................................................................ 8 3.3 程序运行结果输出 ........................................................................................... 10 4 基于MATLAB图形界面设计 ............................................................................... 14 4.1 界面设计 ........................................................................................................... 14 4.2 代码设计 ........................................................................................................... 15 5 结论 .......................................................................................................................... 21 致谢 .............................................................................................................................. 21 参考文献 ...................................................................................................................... 22
1 绪论
连杆机构的应用十分广泛，它不仅在众多工农业机械和工程机械中得到广泛应用[1]。铰链四杆机构是由转动副将各构件的头尾联接起的封闭四杆系统，并使其中一个构件固定而组成。被固定件称为机架，与机架直接铰接的两个构件和称为连架杆，不直接与机架铰接的构件称为连杆。连架杆如果能作整圈运动就称为曲柄，否则就称为摇杆,连杆机构的最基本形式是平面四杆机构，它是其它连杆机构的基础。所以，对平面四杆机构进行研究可以概括连杆机构内在的基本原理，从而用以连杆机构的设计。
机构运动学综合是按照给定的运动特性对机构进行系统的设计的过程，包括型综合和尺度综合两大主要内容，主要综合方法有解析法、作图法和实验法。作图法和实验法 工作量大，设计精度低，仅适用于对机构精度要求不高的场合。近几十年来，随着工业技术的高速发展，人们对机构的复杂程度和精度要求越来越高，作图法和实验法已不能满足要求，而基于计算机辅助设计（例如MATLAB软件）的解析法得到了广泛的应用。
此课题的主要内容是系统地对平面四杆机构连杆曲线进行研究，从而来获得连杆机构基本的原理和综合方法，以便在实际中得到应用；主要特色是在各个设计进度中将会大量应用计算机高级语言MATLAB[2]编程来辅助设计和仿真平面四杆机构。
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” ,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 ,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.
机构的运动分析是机构设计中必不可少的工作 ,通常可使用图解法和解析法来进行 ,图解法因其作图、计算工作量大、精度差的缺点 ,在实际工程设计应用中有很大的局限性。解析法的计算工作量很大 ,但随着计算机在工程设计领域的广泛应用 , 优化方法和计算机辅助设计的应用已成为研究连杆机构的重要方法，一些软件平台为解决复杂的工程计算提供了强有力的武器。，并已相应地编制出大量的、适用范围广、计算机时少、使用方便的通用软件。
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