平面十杆机构运动学建模及仿真研究
杆机构仿真
杆机构运动仿真系统的研制田 杰，郭 蓉，黄 康（合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥，230009）摘要：本文建立了杆机构的运动方程，说明了杆机构运动仿真的原理，在此基础上研制了杆机构运动仿真系统。
系统提供了高效、直观的杆机构运动仿真手段，提高了对杆机构的分析与综合能力，同时，也为其他仿真系统提供了借鉴。
关键词：杆机构；运动仿真；软件研制0 前 言平面连杆机构是由若干刚性构件用低副联接而成的平面机构，故又称平面低副机构。
平面连杆机构构件运动形式多样，可以实现转动、摆动、移动和平面复杂运动，从而实现已知运动规律和已知轨迹。
它的优点是运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，故磨损减小；制造方便，易获得较高的精度；连杆机构还能起增力或扩大行程的作用，若接长连杆，则能控制较远距离的某些动作[1]。
所以，平面连杆机构广泛地应用于各种机械、仪表和机电一体化产品中。
但是它还存在着许多缺点：一般情况下只能近似实现给定的运动规律或运动轨迹，且设计较为复杂；当给定的运动要求较多或复杂时，往往使机构结构复杂，设计工作也更加复杂。
随着生产的发展，机构的载荷与速度不断提高，对平面连杆机构设计的要求也越来越高。
因此，如何设计可满足各种工程要求的平面连杆机构，一直是该领域的重要课题[2][3]。
近年来，随着新技术的发展以及一些新兴学科的出现，许多专家在原有的机构分析方法上，综合这些新的知识，将一些新的思想融入机构的研究中，而无论是传统还是新提出的研究方法，一个共同的特点就是完成一次计算的工作量较大，因此，计算机辅助设计方法的研究就成了连杆机构研究的主要方向之一[4]。
本文研制的杆机构运动仿真系统，可以对杆机构的运动情况和运动参数进行仿真。
即可以用来加快杆机构的设计过程，也可以用来对现有的杆机构进行运动分析。
1 杆机构的运动方程建立起杆机构的运动方程是进行计算机运动仿真的前提。
运用解析法建立杆机构运动方程的主要有复数矢量法、杆组法、约束法等。
基于UG的杠杆机构模型运动仿真
综合论坛新教师教学引言利用 UG 运动分析模块进行机构的运动仿真分析时，能够自动跟踪零件的运动轨迹，通过图表与图形表达从动件的位移、速度、加速度等运动规律，得到运动规律的数值及特性曲线图。
并且能够通过动画演示杠杆机构的实际运动过程，从而确定整个设计的合理性并进行运动干涉分析。
UG 的运动分析模块实现机构的运动仿真，也为下一步做有限元分析、强度分析、结构分析及优化设计打好了基础。
1 UG 运动仿真模块简介UG 的运动仿真模块是对机构的运动轨迹进行跟踪，从而分析机构速度、加速度、位移、作用力及反作用力等。
在 UG 环境下，可以将机构看成是一组连在一起进行运动的连杆的集合，机构进行运动仿真与分析主要分 3 个阶段：（1）前处理器阶段。
这个阶段主要是创建分析方案， 将分析方案得到的信息传送到 ADAMS 解算器；（2）求解阶段。
利用 ADAMS 解算器求解输入数据， 将求解结果传送到运动分析模块；（3）后处理阶段。
运动分析模块分析求解结果，将其转换成图表及报表文件，并生成动画。
ADAMS 解算器可以处理相当复杂的运动模型，在整个运动仿真过程中起着非常重要的作用。
但是如果有更复杂的分析需求时，就需要生成 ADAMS 输入文件，ADAMS 输入文件主要作用是能够输入标准的 ADAMS 软件包， 后处理阶段读入 ADAMS 软件，从而转换成所需要的动画、图表及报表文件。
2 杠杆机构的运动仿真（1）杠杆机构运动仿真的建立 运动分析方案的创建是进行运动仿真的关键。
①连杆（Links ）的创建 将杠杆机构活动构件建立连杆。
底板、支撑板、滑块导轨、左盖板、右盖板和固定螺钉设为固定连杆1，旋转手轮、偏心轮和连接螺钉设为连杆2，杠杆设为连杆3，滑块及连接螺钉设为连杆4。
如图 1 所示。
图1 建立连杆②添加运动副 运动副创建之前，机构中的连杆是在自由的，没有约束，具有 6 个自由度，UG 分析模块提供 12 种运动副类型，共分为两大类：普通类型的运动副 8 种，特殊类型的运动副 4 种。
机构运动仿真设计
• 二、进行机构运动仿真 • 1．检查机构是否能顺利装配成机构组件。 • 2．进入机构设计/分析模块。 • 3．设置伺服电动机。 • 4．设置凸轮连接。 • 5．进行机构运动分析和仿真。 • 6．播放机构分析及仿真的结果。 • 7．测量滑杆顶点的位置随着时间变化的曲线。 • 8．保存文件。
9.2.2 牛头刨床运动仿真
• 在仿真分析之前，首先要明白约束连接和机构连接的区别，并对常用连接接头的 用法和用途有明确的理解，能够在仿真分析之前使用合理的接头来完成机构的组 装。完成机构组装后，通常需要进一步检查主体的连接情况，还可以通过手工 “拖动”零件来观察机构运动的轨迹是否符合预期要求。
本章大纲
9.1初识仿真原理——十字联轴器运动仿真 9.2综合应用 9.3小结
9.1 初识仿真原理——十字联轴器运动仿真 本例将介绍如图9-1所示十字联轴器的运动仿真设计过程。
图9-1 十字联轴器
9.1.1 设计分析
• 机构仿真设计的基本流程如图9-2所示，其中重点和关 键的步骤如下。
建立连接 设置连接轴 创建运ห้องสมุดไป่ตู้副 创建伺服电机
• 其实，在现代设计中随着CAD和CAE技术的发展和完善，人们正在尝试将生产过 程逐步纳入“虚拟”的轨道，所谓“虚拟”就是在不涉及真实物理材料的前提下， 利用计算机提供的数字环境来模拟加工过程。与真实的加工对象相对应，在虚拟 环境中使用一种被称为“数字样机”的三维实体模型，来取代作为真实加工对象 的“物理样机”。数字样机不但不需要消耗材料和能源，而且可以方便地对其进 行编辑和修改。更为重要的是，设计人员在CAE设计环境中可以对数字样机进行 全方位的仿真分析，借助系统强大的分析工具，可以迅速、直观、简便地获得设 计的工作过程信息，以发现设计中潜在的缺陷。
平面连杆机构优化设计及运动仿真
｛ ＝ 一 （ 卢 一 ∞
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一 咖 ５
‘ 一 ‘ 。 。 妒 （ １３ ）
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将 已 知 数 据 代 入 优 化 设 计 的数 学 模 型 表 示为 ：
ｒ —— —— — — —— —— —— 一
２ ‘ √ ＋ 等 一 ２ ‘ ｃ ０ ｓ 妒
ｍ ｉ ｎ ｆ （ ｘ ） ＝ 、 ／ ∑ 【 一 ｍ ） ＋ （ 一 ） ］
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其中 ＝ ０ ＋ｒ ｐ ｆ ； ０ 为曲柄 １ 的起
（ ２ ．１ ）
始角，ｃ ｐ ｆ 为已 知量。
１ ． ３确定约 束条件 １ ． ３ ． １曲柄摇杆机构存在条件约束 为
岛（ ｘ ） ＝ ３ ０ Ｐ — ｙ ≤ ０ （ ２２ ）
．
ｇ １ （ ） ：／ １ ＋ ， ２ 一 一『 ４ ０ ｇ ： （ ） ＝ｆ ｌ ＋ ｆ ］ 一ｆ ２ 一ｆ ４ ０
ｇ ３ （ ） ＝ｆ ｌ ＋７ ４ 一ｆ ３ — １ ２ ０
ｇ ４ （ ） ＝一 ‘≤０
应 用技 术
平面连杆机构优化设计及运动仿真
邹 学敏 蒋 晓 峰
湖南省特 种设 备检 验检 测研 究院永州分院 湖南 永州 ４ ２ ５ ０ ０ ０
摘要： 以四杆机构为例 ，根据其设计要求和特点 ， 建 立 了四杆机构 的优化设计数 学模型 ，在满足诸多影响 因素 的条件下 ，用计算机软件进行优化设 计 以获得 一个在各 方面均 较令人 满意的机构 设计方案；并对优化设计 的曲柄摇杆机构进行运 动仿真分 析。结果表 明： 采用优化设 计方法可以缩短设 计周期 、 提高设计质 量和设 计精度 ； 运动仿真起 到很好的反馈作用和验证作用。同时该方 法也为 多杆机构和其他机构 的优 化和仿真设计提供 了 借 鉴。 关键 词 ：平 面连杆机构 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 优化设计 运 动仿真
连杆机构的仿真模型建立与验证
连杆机构的仿真模型建立与验证连杆机构的仿真模型建立与验证连杆机构是一种常见的机械传动装置，广泛应用于各种机械系统中。
为了准确地描述和分析连杆机构的运动特性，我们可以建立一个仿真模型，并通过验证来验证该模型的准确性。
下面我将逐步介绍建立和验证连杆机构仿真模型的步骤。
第一步：确定系统的几何结构连杆机构的几何结构是建立仿真模型的基础。
首先，我们需要确定机构中各个连杆的长度、质量和惯性矩等参数。
此外，还需要确定连杆的连接方式，例如是否使用铰链连接或滑动连接。
第二步：建立系统的运动学模型连杆机构的运动学模型描述了连杆的运动规律。
我们可以利用几何关系和运动学原理建立系统的运动学方程。
根据连杆机构的类型，我们可以选择使用平面运动学或立体运动学模型。
第三步：建立系统的动力学模型连杆机构的动力学模型描述了连杆机构中各个部件之间的力学关系。
我们可以利用牛顿第二定律和动能定理等原理建立系统的动力学方程。
此外，还需要考虑外界施加在系统上的力和力矩。
第四步：选择仿真方法和软件工具建立连杆机构的仿真模型后，我们需要选择适当的仿真方法和软件工具进行仿真计算。
常用的仿真方法包括欧拉法、龙格-库塔法等。
常用的仿真软件工具包括MATLAB、Simulink、ADAMS等。
第五步：进行仿真计算和分析利用选择的仿真方法和软件工具，我们可以对建立的仿真模型进行计算和分析。
通过输入系统的初始条件和外界施加的力，可以得到系统的运动轨迹、速度、加速度等运动特性。
通过对仿真结果的分析，我们可以进一步了解连杆机构的运动规律。
第六步：验证仿真模型为了验证建立的仿真模型的准确性，我们可以将仿真结果与实际实验数据进行比较。
通过对比仿真结果和实验数据，可以评估仿真模型的准确性并进行修正。
如果仿真结果与实验数据吻合较好，说明建立的仿真模型具有较高的准确性。
综上所述，建立和验证连杆机构的仿真模型需要确定系统的几何结构、建立运动学和动力学模型、选择仿真方法和软件工具，进行仿真计算和分析，并将仿真结果与实验数据进行比较。
平面连杆机构的运动综合(毕业设计论文)
黄石理工学院毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：平面连杆机构的运动综合教学院：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：1．毕业设计（论文）的主要内容（1）查阅资料，完成毕业设计开题报告；（2）按学院要求，完成1篇与毕业设计课题相关的英文文献翻译；（3）在相关软件平台（如VB或Matlab）下，用解析法实现平面连杆机构的计算机辅助设计；（4）按要求完成毕业论文。
2．毕业设计（论文）的要求（1）了解平面机构设计综合课题的国内外发展动态及趋势；（2）在阅读相关平面机构设计综合文献的基础上，能用解析法分析和设计平面机构；（3）熟悉和掌握相关软件平台（如VB和Matlab）；（4）运用相关软件平台，实现平面机构的计算机辅助设计与分析；（5）毕业设计论文要求格式规划，语句通顺，论据充分，符合学院对毕业设计论文要求。
3．进度安排序号毕业设计（论文）各阶段名称起止日期1 调研，查阅资料2 开题报告，英文文献翻译3 实现平面机构的计算机辅助设计与分析4 完成毕业设计论文初稿5 毕业设计论文修改，完成论文6 论文答辩4．其他情况说明（1）题目开始实施后，每周星期三下午3：30在K1四楼行政办公室集中，检查进度，协调相关事项，进行组内讨论，解答问题。
（2）要求有统一的毕业设计笔记本，记录资料查阅、问题及解决方案等。
每周集中时间进行检查。
（3）独立完成毕业论文。
5．主要参考文献[1] 孙桓，陈作模主编，《机械原理》（第五版），高等教育出版社，2006[2] 韩建友编，高等机构学，机械工业出版社，2004[3] 王宏磊，平面连杆机构综合研究与软件开发，硕士论文，万方数据库，2005[4] 熊滨生，现代连杆机构设计，化学工业出版社，2006.[5] 于红英，王知行，李建生，刚体导引机构一种综合方法的研究；机械设计，2001[6] [苏]ИИ阿尔托包列夫斯基,等. 孙可宗,陈兆雄,张世民,译. 平面机构综合[M]. 人民教育出版社,1982.摘要机构分析与仿真是机构设计的重要内容，其中对连杆机构的研究较多。
RRR平面连杆机构的动态仿真
本科毕业设计（论文）通过答辩RRR平面连杆机构的动态仿真摘要：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 仿真指导老师签名：本科毕业设计（论文）通过答辩Dynamic Simulation of RRR Planar LinkageAbstract: 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 SimulationSignature of Supervisor:目录1 绪论1.1选题的依据及意义 (3)1.2国内外研究概况及发展趋势 (3)1.3研究内容及实验方案 (6)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 (7)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 (12)2.5四杆机构MATLAB运动学仿真结果 (13)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 (17)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 (23)3.4四杆机构MATLAB动力学仿真结果 (23)4 RRR-RRR六杆机构的MTALAB运动学仿真4.1 RRR-RRR六杆机构 (26)4.2 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模型 (26)4.3 RRR-RRR六杆机构MATLAB真模块 (28)4.4 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块中初值的确定 (29)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 (35)5.2 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模型 (35)5.3 RRR-RRR六杆机构MATLAB仿真模块 (37)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 (43)致谢 (45)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。
平面机构运动方案设计与拼装 实验报告
平面机构运动方案设计与拼装实验报告一、实验目的1、 加深学生对机构组成原理的认识，进一步理解平面机构的组成及其运动特性。
2、 通过平面机构拼装，训练学生的工程实践动手能力，了解机构在实际安装中可能出现的运动干涉现象及解决的办法。
3、 通过机构运动方案的设计，培养学生的创新意识和综合设计能力。
二、内燃机机构设计及实验组装说明书1、实验所用器材介绍搭接机构是在机架前侧平面上完成的。
本实验配有各种工具、连接用的螺钉、螺帽、垫圈等。
其它主要零部件及其功能请仔细阅读表1。
表1 主要零件及其功能表 标号 名称 图形功能1固定支座销轴 与机架相连，带键槽的为主动销轴。
不带键槽的为从动销轴。
2销轴用于构成转动副或移动副的连接轴3 端螺栓装于轴端头，有台肩的可压紧轴端头，无台肩的可压紧套在轴上的连杆。
4连杆将1、2的圆柱或扁头装于其上图1 机架1机架 xy2立柱3滑块4电动机5皮带传动机架后侧2、实验原理机构组成：曲柄滑块与摇杆滑块组合而成的机构，如图所示。
图：内燃机机构工作特点：当曲柄1座连续转动时，滑块6作往复直线移动，同时摇杆3作往复摆动带动滑块5作往复直线移动。
该机构用于内燃机中，滑块6在压力气体作用下作往复直线运动（故滑块6实际的主动件），带动曲柄1回转并使滑块5往复运动是压力气体通过不同的路径进入滑块6的左、右端并实现排气。
3、实验正确拼装运动副方案根据拟定或由实验中获得的机构运动学尺寸，利用机构运动方案创新设计实验台提供的零件按机构运动的传递顺序进行拼接。
拼接时，首先要分清机构中各构件所占据的运动平面，其目的是避免各运动构件发生运动干涉。
然后，以实验台机架铅垂面为拼接的起始参考面，按预定拼接计划进行拼接。
拼接中应注意各构件的运动平面是平行的，所拼接机构的外伸运动层面数愈少，机构运动愈平稳，为此，建议机构中各构件的运动层面以交错层的排列方式进行拼接。
机构运动方案创新设计实验台提供的运动副的拼接方法请参见以下介绍。
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第１期
梁栋，等：基于ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ的经编机平面十杆机构运动学建模及仿真研究
一８３一
Ｌ １１
。ｒ
目Ｉ 剖Ｉ
７
（ａ）Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｌ
。．厨。 一Ｕ
Ｂｏｄｙ Ｓｅｎｎ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔｓ
（ｂ）Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ２
图３中的Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｌ与Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍ２分别为封装 后的经编机传动舌针平面十杆机构驱动控制与传感 检测子系统．其内部模块如图４所示．根据前面所给 出的驱动控制规律通过驱动器（Ｊｏｉｎｔ Ａｃｕａｔｏｒ）将驱动 施加到曲柄１的转动副上，利用传感器（Ｂｏｄｙ Ｓｅｎｓｏｒ） 测量机构构件的运动响应规律．
２．３仿真结果显示
图４驱动与检测模块子系统
Ｆｉｇ．４
Ｓｕｂｓｙｓｔｅｍｓ ｏｆ
ａｃｔｕａｔｏｒ
ａｎｄ
ｓｅｎｓｏｒ
０．３５
ｓ．运行前面所建立的ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ仿真模型，借
助虚拟现实工具箱可以对机构整个运动过程进行动 画演示，图５所示为机构在某一时刻的动画截图． 仿真结果可以通过示波器输出或者将其数值解 输入到Ｍａｔｌａｂ工作空间，调用绘图命令显示模型的仿 真结果．上述两种方法后者处理仿真结果方式灵活、 显示结果多样化，方便绘图及调用相关数据．本文采 用示波器对仿真结果进行实时观察，用第２种方法来 绘制输出端的运动响应规律，仿真结果如图６所示．
Ⅲ蜃掣牛＊
（３）研究表明，将ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ应用到机械系 统，特别是纺织机械中复杂多杆机构的设计与分析， 不仅可以获取机构的各类参数，为产品设计提供科学 依据，而且能够大大提高产品的开发效率，节约成本， 省时高效．
∞
目
参考文献
【ｌ】１ 曲秀全，焦映厚，陈照波．ＲＲＲ—ＲＲＰ六杆机构的ＭＡＴＬＡＢ 运动学仿真叨．机械科学与技术，２００３，２２（增刊）：１８—２１ 【２】王芳，张海燕．基于Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的连杆机构运动学仿真Ⅱ】． 机械设计与研究．２００４。２０（２）：３５—３７． 【３】赵勇，包士维，金国光．一个典型变胞机构的构态与运动 学分析明天津工业大学学报，２００７，２６（６）：７０－７３． 【４】徐梓斌六杆机构运动学仿真的ＭＡＴＬＡＢ实现Ｕ】．煤矿机 械．２００６．２７（４）：６１７—６１８． 【５】田永利，邹慧君，郭为忠，等．基于Ｍａｔｌａｂ—ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ 的机电产品组成建模与仿真技术研究叨．机械设计与研
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｆｏｒ ｄｒｉｖｅｎ－ｌａｔｃｈｎｅｅｄｌｅ ｏｆ ｗａｒｐ ｌｏｏｍ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ，ｔｈｕｓ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｃｕｒｖｅｓ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ
Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｔｉａｎｊｉｎ
Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８７，Ｃｈｉｎａ；２．Ｔｉａｎｊｉｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ ３００３８７，Ｃｈｉｎａ）
ａ
ｏｆＡｄｖａｎｃｅｄ Ｍｅｅｈａｔｒｏｎｉｃｓ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ
基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０６７５１５４）；天津市应用基础及前沿技术研究计划资助项目（０９ＪＣＹＢＪＣ０４６００）
第一作者：梁栋（１９８５～），男，硕士研究生． 通信作者：金国光（１９６３～），男，教授，硕士生导师．Ｅ－ｍａｉｌ：ｊ９９６３＠ｅｙｏｕ．ＣＯＩＴＩ
万方数据
天津丁业大学学报
２５２，１７＝１２０４２，ｆ８＝８０，ｆ９＝１００．ＺＩｏ＝９０，ｆ¨＝８０，ｆ１２
杂程序，比较繁琐
２机构仿真
２ｔｌ
ＳｉｍＭｅｅｈａｎｉｓ简介
ＳｉｍＭｅｅｈａｎｉｃｓ提供了一个可以在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ环境 下直接使用的模块集，可以对各种运动副连接的刚体 进行建模和仿真，从而实现对机构进行分析与设计的 目的Ⅲ．它可以将表示各种机构的模块在普通Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 窗口中绘制出来，并通过它自己提供的的检测与驱动 模块和普通Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模块连接起来，获得整个系统的 仿真结果，并利用虚拟现实工具箱提供的功能显示机
图１经编机传动舌针平面十杆机构
Ｆｉｇ．１ Ｔｅｎｂａｒｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｄｒｉｖｅｎ——ｌａｔｃｈｎｅｅｄｌｅｏｆ ｗａｒｐ ｌｏｏｍ
ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ的仿真过程分为三步．第一步：模 型编辑，即使用已存在的模块或自定义新的模块搭建 仿真系统，还可以通过第三方软件软件建立模型．再 导人到ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ中．第二步：对搭建好的仿真系 统进行编译，设置好相关参数，在ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ主窗 口中进行仿真．第三步：仿真结果输出及模型可视化． 其仿真流程如图２所示． ２．２经编机传动舌针平面十杆机构仿真 根据图１所示的机构连接关系，选择构成机构所 需要的模块，搭建出机构的仿真模型，并设置相关参 数．仿真模型的参数主要有两类：运动副控制参数和 刚体的几何及物理属性参数对于各运动副的相对位 置及刚体中心位置，计算起来比较麻烦，可以用ＣＡＤ 作图获取．各模块参数设定详见文献【７】．完成后的机 构仿真模型如图３所示．
ａ
ａ
ｃｅｒｔａｉｎ
ｍａｃｈｉｎｅ ｓｙｓｔｅｍ．
ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ａｎｄ
ａ
ｂｅｔｔｅｒ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ
ａｎａｌｙｓｉｓ
ｏｆ ｃｏｍｐｌｅｘ ｍｕｌｔｉ－ｌｉｎｋａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ．
ｔｅｎ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ；ｄｒｉｖｅｎ－ｌａｔｃｈｎｅｅｄｌｅ ｏｆ ｗａｒｐ ｌｏｏｍ；ｐｌａｎｎｅｒ
ｂａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
一般机构的运动分析有两种形式，即正向分析和 逆向分析．正向分析是已知主动件的运动，求解机构中 从动件的运动参数；逆向分析是已知末端构件的运动， 求解机构中其他构件的运动参数．机构运动分析是机 构设计、运动评价及运动控制的基础．通常可使用图 解法和解析法对机构进行运动分析，图解法因其作图 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．解析法可以通过编程实现，可以通过 Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ仿真实现【㈦，还可以通过Ｍａｔｌａｂ／Ｓｉｍ—
摘要：运用ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ建立了经编机传动舌针的仿真模型，并对其进行了运动学仿真，得到了该重要机构中某 一关键点的瞬时位置、速度和加速度仿真曲线．仿真结果表明：该方法对机械系统进行建模分析，具有便捷 高效、功能强大等优点，为复杂多杆机构的设计分析提供了一定的理论依据和较好的仿真分析方法． 关键词：ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ；经编机传动舌针；平面十杆机构；运动学；仿真 中图分类号：ＴＳｌ８３．３；ＴＰ３９１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７１—０２４Ｘ（２０１２）０１—００８１—０４
Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ ｋｉｎｅｍａｔｉｃｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
ｗａｒｐ ｌｏｏｍ ｂａｓｅｄ
ｏｆ ｐｌａｎｎｅｒ ｔｅｎ－ｂａｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ
ｏｎ
ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｅｓ
Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ
ＬＩＡＮＧ Ｄｏｎ９１，ＪＩＮ Ｇｕｏ—ｇｕａｎ９１”，ＣＨＡＮＧ Ｂｏ－ｙａｎｌ，ＷＥＩ Ｚｈａｎｌ
收稿日期：２０１１－０９—２０
Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ仿真实现．后者与前者相比，无需建立复杂 的数学模型，只需根据连接关系搭建机构的仿真框图， 即可实现实时分析，并能实现机构运动状态的可视化， 大大提高了产品开发与研究人员的工作效率悯．经编 机是把平行排列的经纱编织成为经编针织物的针织 机，它对原料和织物品种的适应性广，机器生产率较 高，因而发展很快，是纺织工业中的重要机械设备．本 文基于Ｍａｔｌａｂ／ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ模块集对经编机中传动舌 针平面十杆机构进行运动学建模和仿真研究．
ｒｅｌｅｖａｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｗａｓ
ａ
ｏｆ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ，ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ
ｃｅｒｔａｉｎ ｋｅｙ ｐｏｉｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗｅｒｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｆｉｎａｌｌｙ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｍｏｒｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ，ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎａｌｙｓｉｓ ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｆｏｒ Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ
仿真系统求解器可以采用变步长的四阶Ｒｕｎｇｅ－ Ｋｕｔｔａ法；步长选择Ａｕｔｏ，依赖计算机自动选择步长； 相对误差为１０－３，绝对误差为１０巧；因曲柄角速度为２０ ｒａｄ／ｓ，每转１周的时间是０．３１４ ｓ，故设置仿真时间为
图３机构的ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ仿真模型
Ｆｉｇ．３
ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
第３１卷第１期
２０１２年２月
天津工业
大学
学报
Ｖ０１．３ｌ Ｆｅｂｒｕａｒｙ
Ｎｏ．１ ２０１２
ＪｏＵＲＮＡＬ ｏＦ ＴＩＡＮＪＤｉ ＰｏＬＹＴＥＣＨＮＩＣ
ＵＮⅣＥＲＳｒｒＹ
基于ＳｉｍＭｅｃｈａｎｉｃｓ的经编机平面十杆机构 运动学建模及仿真研究
梁
３００３８７）
栋１，金国光１’２，畅博彦１，魏
展１
（１．天津工业大学机械工程学院，天津３００３８７；２．天津工业大学天津市现代机电装备技术重点实验室，天津
构系统运动的动画示意图．
＝２２９．８９，＾３＝２７４．３２，０ｋ＝０ｈ＝０，０ｈ＝９０，０ｈ＝ １３０，０ｋ＝０，仇，＝１７０，０☆＝１５６，０＊＝３４０，０％＝