孟超 王珊

(焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

基于Matlab的平面六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

孟超 王珊

(焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，河南 焦作 454003)

文章采用MATLAB，對(duì)牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，使其運(yùn)動(dòng)特性和輸入?yún)?shù)結(jié)合在一起，通過(guò)改變六桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)就可以顯示在不同參數(shù)下的運(yùn)動(dòng)特性。

六桿機(jī)構(gòu);MATLAB;運(yùn)動(dòng)分析

六桿機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)、制造、研究過(guò)程都比四桿機(jī)構(gòu)復(fù)雜，但可實(shí)現(xiàn)四桿機(jī)構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)要求。例如，要實(shí)現(xiàn)具有停歇的傳動(dòng)函數(shù)，應(yīng)至少采用六連桿機(jī)構(gòu)。然而利用傳統(tǒng)的計(jì)算方法來(lái)求解六桿機(jī)構(gòu)的相關(guān)數(shù)據(jù)卻非常繁瑣。MATLAB以其強(qiáng)大的科學(xué)計(jì)算功能和方便快捷的特點(diǎn)已經(jīng)在工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，基于MATLAB的各種分析計(jì)算工具在科研和工程實(shí)際中正發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。本文以牛頭刨床為例介紹基于MATLAB的運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)。

1.牛頭刨床六桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型

牛頭刨床的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示。設(shè)已知結(jié)構(gòu)參數(shù)為:L1、L3、L5、G、H、原動(dòng)件的轉(zhuǎn)角 φ1和轉(zhuǎn)速 n1。

如圖，先建立一個(gè)直角坐標(biāo)系，并標(biāo)出各桿矢及其方位角。其中有四個(gè)未知變量 φ3、φ5、P及 S。我們欲對(duì)牛頭刨床的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析，則必須求解出 s、VF和aF，其數(shù)學(xué)模型如下。

圖1 牛頭刨床運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖Fig.1 The graph of shaper's motion

由封閉圖形DEFAD可得

(4)、(6)和(7)式就是我們要求的值。

2.利用Matlab得到運(yùn)動(dòng)圖線

首先，利用已經(jīng)得出的數(shù)學(xué)公式編輯基于Matlab的程序，并用figure命令創(chuàng)建界面窗口。

圖2就是原動(dòng)件速度為n1=30/pi rad/s時(shí)牛頭刨床的運(yùn)動(dòng)特性曲線。我們可以清楚地看到牛頭刨床在工作行程中的速度較為平穩(wěn)，近似于等速，這就保證了刨刀的壽命和加工質(zhì)量;另外可以清楚地看到牛頭刨床在回程時(shí)速度變化很快，這正是牛頭刨床的急回特性，從而提高了生產(chǎn)效率。通過(guò)比較兩個(gè)結(jié)果還可以發(fā)現(xiàn)在原動(dòng)件轉(zhuǎn)速改變的情況下，牛頭刨床的速度和位移曲線變化不大，而只有加速度的大小變化較大。

圖2 牛頭刨床運(yùn)動(dòng)特性曲線Fig.2 The curve of shaper＇s motion character

利用Matlab，我們自然能夠很輕松地得到原動(dòng)件在其他速度下牛頭刨床的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)。

3.結(jié)論

利用Matlab直觀、簡(jiǎn)便地對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行仿真和分析，現(xiàn)在已經(jīng)得到了很大范圍的推廣。隨著計(jì)算科學(xué)的發(fā)展，Matlab必將使我們的科學(xué)分析更加簡(jiǎn)便和快捷。

［1］楊春輝.基于 MATLAB的平面六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析［J］.重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，(1).

［2］劉善林.連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性的解析算法及仿真研究［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2007，(6).

(責(zé)任編輯 陳永康)

TP391.77

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1008－7257(2012)03－0087－01

2012－01－16

孟超(1979－)，男，河南焦作人，焦作大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院講師，碩士，從事機(jī)械設(shè)計(jì)方面的教學(xué)科研工作。