潘宇 陸鳳儀 岳一領(lǐng) 肖欣一

摘 要：文章建立了壓床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析和動(dòng)力學(xué)分析模型，并運(yùn)用MATLAB對(duì)其進(jìn)行分析與仿真。該方法可為其他連桿分析提供借鑒。

關(guān)鍵詞：壓床機(jī)構(gòu)；MATLAB；運(yùn)動(dòng)學(xué)；動(dòng)力學(xué)

平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析方法有圖解法和解析法。圖解法雖然具有形象直觀的特點(diǎn)，但是從現(xiàn)代科技和工業(yè)發(fā)展的要求來(lái)看，它不僅精度較低，費(fèi)時(shí)較多，而且不便于把機(jī)構(gòu)分析的問(wèn)題和機(jī)構(gòu)綜合問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)。解析法正好能克服上述缺點(diǎn)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和普及，其應(yīng)用將是越來(lái)越廣泛[1]。在機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)中，因壓床機(jī)構(gòu)具有典型的代表性，故以此作為設(shè)計(jì)題目。本文以壓床機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，建立其運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的分析模型，并利用工程中常用且適宜平面機(jī)構(gòu)分析和仿真的Matlab語(yǔ)言，并編制了集分析和仿真于一體的分析軟件。

1 壓床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模型

1.1 位置分析

壓床機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。

式中 Li-各構(gòu)件的長(zhǎng)度，i=1，2，3，4。

？茲i-各構(gòu)件矢量的方位角，i=1，2，3，4。

1.2 速度分析

1.3 加速度分析

2 壓床機(jī)構(gòu)動(dòng)力分析模型

壓床機(jī)構(gòu)各運(yùn)動(dòng)副反力寫(xiě)為FRij，且FRij=FRijx+FRijy。同一運(yùn)動(dòng)副中，作用在不同構(gòu)件上的兩個(gè)力，大小相等，方向相反，即FRij=-FRji。各運(yùn)動(dòng)副處的力對(duì)質(zhì)心的力矩計(jì)算方法與理論力學(xué)中的相同，方向逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)。限于篇幅慣性力和慣性力矩的計(jì)算略。僅給出運(yùn)動(dòng)副反力和平衡力矩矩陣形式的平衡方程：

AFR=D

式中：A-為系數(shù)矩陣，F(xiàn)R-為未知力列陣，D-為已知力列陣。其中：

3 基于MATLAB 分析及仿真的實(shí)現(xiàn)

基于上述分析，運(yùn)用MATLAB 語(yǔ)言編寫(xiě)實(shí)現(xiàn)壓床運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析及仿真程序。其主要使用的功能函數(shù)和命令有：程序運(yùn)行前，clc命令用來(lái)清除命令窗口的內(nèi)容，clear命令可以用來(lái)清除工作空間的內(nèi)容，防止誤操作和數(shù)據(jù)混亂。運(yùn)用控制流for-end循環(huán)結(jié)構(gòu)，按照迭代的方法，以曲柄作為循環(huán)控制變量實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，按照運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行逐點(diǎn)的參數(shù)計(jì)算。為了循環(huán)結(jié)構(gòu)的運(yùn)行速度更快，可以再循環(huán)結(jié)構(gòu)執(zhí)行之前采用全零數(shù)組命令zeros（n）預(yù)先定義數(shù)組的大小。

利用本文編制的程序，按表1和2中給出的參數(shù)進(jìn)行壓床機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)運(yùn)算與仿真。圖2為運(yùn)動(dòng)學(xué)分析仿真曲線。圖3為動(dòng)力學(xué)分析仿真曲線。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文基于MATLAB，完成了壓床機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分析，并實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)仿真。運(yùn)算程序簡(jiǎn)潔明了、易于實(shí)現(xiàn)?？蔀槠渌愋推矫孢B桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)提供較好的借鑒。

參考文獻(xiàn)

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[4]李濱城，徐超.機(jī)械原理MATLAB輔助分析 [M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

作者簡(jiǎn)介：潘宇（1989，5-），機(jī)自101202班本科生，研究方向：機(jī)械制造及自動(dòng)化。

陸鳳儀（1958-），女，江蘇常州人，太原科技大學(xué)教授，碩導(dǎo)，省級(jí)教學(xué)名師，機(jī)械設(shè)計(jì)類課程建設(shè)負(fù)責(zé)人、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心主任。