基于MATLAB的压床机构运动学与动力学分析

潘宇 陆凤仪 岳一领 肖欣一

摘 要：文章建立了压床机构运动分析和动力学分析模型，并运用MATLAB对其进行分析与仿真。该方法可为其他连杆分析提供借鉴。

关键词：压床机构；MATLAB；运动学；动力学

平面机构运动学与动力学分析方法有图解法和解析法。图解法虽然具有形象直观的特点，但是从现代科技和工业发展的要求来看，它不仅精度较低，费时较多，而且不便于把机构分析的问题和机构综合问题联系起来。解析法正好能克服上述缺点，随着计算机技术的发展和普及，其应用将是越来越广泛[1]。在机械原理课程设计中，因压床机构具有典型的代表性，故以此作为设计题目。本文以压床机构为研究对象，建立其运动学和动力学的分析模型，并利用工程中常用且适宜平面机构分析和仿真的Matlab语言，并编制了集分析和仿真于一体的分析软件。

1 压床机构运动分析模型

1.1 位置分析

压床机构机构运动简图见图1。

式中 Li-各构件的长度，i=1，2，3，4。

？兹i-各构件矢量的方位角，i=1，2，3，4。

1.2 速度分析

1.3 加速度分析

2 压床机构动力分析模型

压床机构各运动副反力写为FRij，且FRij=FRijx+FRijy。同一运动副中，作用在不同构件上的两个力，大小相等，方向相反，即FRij=-FRji。各运动副处的力对质心的力矩计算方法与理论力学中的相同，方向逆时针为正，顺时针为负。限于篇幅惯性力和惯性力矩的计算略。仅给出运动副反力和平衡力矩矩阵形式的平衡方程：

AFR=D

式中：A-为系数矩阵，FR-为未知力列阵，D-为已知力列阵。其中：

3 基于MATLAB 分析及仿真的实现

基于上述分析，运用MATLAB 语言编写实现压床运动学、动力学分析及仿真程序。其主要使用的功能函数和命令有：程序运行前，clc命令用来清除命令窗口的内容，clear命令可以用来清除工作空间的内容，防止误操作和数据混乱。运用控制流for-end循环结构，按照迭代的方法，以曲柄作为循环控制变量实现对整个运动周期，按照运动规律进行逐点的参数计算。为了循环结构的运行速度更快，可以再循环结构执行之前采用全零数组命令zeros（n）预先定义数组的大小。

利用本文编制的程序，按表1和2中给出的参数进行压床机构的运动学、动力学运算与仿真。图2为运动学分析仿真曲线。图3为动力学分析仿真曲线。

4 结束语

本文基于MATLAB，完成了压床机构运动学分析和动力学分析，并实现了运动仿真。运算程序简洁明了、易于实现。可为其它类型平面连杆机构运动学和动力学提供较好的借鉴。

参考文献

[1]陆凤仪.机械原理课程设计[M].（2版）北京：机械工业出版社，2011.

[2]孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理[M].（7版）北京：高等教育出版社，2006.

[3]郭仁生.机械工程设计分析和MATLAB应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[4]李滨城，徐超.机械原理MATLAB辅助分析 [M].北京：化学工业出版社，2011.

作者简介：潘宇（1989，5-），机自101202班本科生，研究方向：机械制造及自动化。

陆凤仪（1958-），女，江苏常州人，太原科技大学教授，硕导，省级教学名师，机械设计类课程建设负责人、机械设计基础实验教学中心主任。