(完整版)機(jī)械動(dòng)力學(xué)三級(jí)項(xiàng)目

1、實(shí)用文檔機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)三級(jí)項(xiàng)目報(bào)告指導(dǎo)老師：胡波小組成員：班級(jí)：機(jī)電 1 班完成時(shí)間： 2016 年 6 月 24 日文案大全實(shí)用文檔目錄目錄 .I一、 3R 機(jī)械手的仿真 .11.1 仿真的基本要求 .11.2 計(jì)算過(guò)程 .11.3 3R機(jī)構(gòu)的 SOLIDWORKS仿真 .41.3.1 SOLIDWORKS仿真參數(shù) .51.3.2SOLIDWORKS仿真的一些重要環(huán)節(jié) .51.3.3SOLIDWORKS仿真結(jié)果 .71.4 3R機(jī)構(gòu)的 MATLAB仿真 .71.4.1MATLAB仿真程序 .71.4.2 MATLAB仿真結(jié)果 .91.5 3R機(jī)構(gòu)的 SIMULINK仿真 .101.5.1SI

2、MULINK模型的建立 .101.5.2SIMULINK 參數(shù)的設(shè)置 .111.5.3SIMULIKS仿真結(jié)果 .15二、單自由度滑塊仿真 .162.1 仿真要求 .162.2仿真公式 .162.3各條件下的滑塊運(yùn)動(dòng)仿真 .19文案大全實(shí)用文檔2.3.1單自由度無(wú)阻尼192.3.2 單自由度小阻尼自由振動(dòng)212.3.3臨界阻尼232.3.4大阻尼242.3.5無(wú)阻尼受迫振動(dòng)252.3.6受迫有阻尼26三、雙自由度滑塊283.1 仿真要求283.2各種情況下的公式283.3 運(yùn)動(dòng)仿真313.3.1 自由振動(dòng)左滑塊313.3.2 自由振動(dòng)右滑塊333.3.3 受迫運(yùn)動(dòng)左滑塊333.3.4 受迫振動(dòng)

3、右滑塊36四、感想37五、小組分工38文案大全實(shí)用文檔一、 3R 機(jī)械手的仿真1.1 仿真的基本要求針對(duì)以下連桿系統(tǒng)，給定初始位置和運(yùn)動(dòng)，求解動(dòng)力學(xué)方程，繪制動(dòng)力學(xué)曲線(xiàn)，并進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)仿真。圖 13R機(jī)械手1.2 計(jì)算過(guò)程（ 1）各桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：J 1m 1 l 12; J 2m 2 l 22; J 3m 3 l 32,31212文案大全實(shí)用文檔T1JO2121T21m2221J D22x Dy D22T31m3221J E22x Ey E23（ 2）（ x2,y2）,(x3,y3)的坐標(biāo)表達(dá)式如下 :x2l 1sin1l2sin2x3l 1sin2y 2l 1cos1l2cos2x3l

4、1sin211ll22sinsin2 l 3 sin 2l2 3 sin233（ 3）對(duì)上面的式子求導(dǎo)得到：x2l 1 1 cosl2cosx3l 11 cos 1l 2 2 cosl3cos 31222223y 2l 11 sin1l 22 sin2y3l 1 1 sin1l 2 2 sin2l 33sin322（ 4）系統(tǒng)的動(dòng)能為：T T1T2T11m m m l2211m m l22112232312323231ml221mm l lcos33212126322311mll3 23 cos 231ml l13cos133231 322（ 5）取 x 軸為重力勢(shì)能零點(diǎn)，得重力勢(shì)能Um1 g

5、 l 1 cos1m2 gl 1cos1l 2cos222m3gl 1cos1l 2cos2l 3cos32（ 6）由拉格朗日方程知：文案大全實(shí)用文檔dTTUdtqkqkQkq k其中 Qk 為相對(duì)于廣義坐標(biāo)作用的廣義力。下面分別對(duì)方程的前三項(xiàng)進(jìn)行求解。 對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得到第一項(xiàng)：T1 m1m2m3l 1211 m2m3l 1l 22cos121321 m3l 1l 33cos132T1 m2m3l 2221 m2m3l 1l 21 cos122321 m3l2l 33cos232T1 m3l 3231 m3l 2 l 32cos231 m3 l 1 l 31cos133322dT1 m1m2m3

6、 l 121dt131 m2m3l1 l 22 cos12212sin1221 m3 l1 l 33 cos13313sin132dT1 m 2m3 l 222dt231 m2m3l1 l 21 cos12112sin1221 m3 l2 l 33 cos23323sin232dT1 m3 l3231 m3 l 2 l 32 cos23223 sin23dt33211 l 31 cossinm3 l13113132文案大全實(shí)用文檔 對(duì)第二項(xiàng)進(jìn)行求導(dǎo)：T1 m2m3l1l 212 sin211 m3l1l31 3 sin31q122T1 m2m3l1l 212 sin121 m3l 2l323

7、sin32q222T1 m3l 2l32 3 sin231 m3l1l3 1 3 sin13q322 對(duì)第三項(xiàng)進(jìn)行求導(dǎo) :U1 m1m 2m 3 l1 sin1q12U1 m2m 3l 2 sin2q 22U1 m3 l 3 sin3q 32將以上三式代入拉格朗日方程即可得動(dòng)力學(xué)方程，解方程即可求得廣義力。1.33R 機(jī)構(gòu)的 SOLIDWORKS 仿真圖 2 3R機(jī)械手三維模型文案大全實(shí)用文檔1.3.1 SOLIDWORKS仿真參數(shù)L1 = 300mmL2 = 200mmL3 = 125mm材料：硬質(zhì)合金1.3.2SOLIDWORKS仿真的一些重要環(huán)節(jié)圖 3 質(zhì)量屬性查詢(xún)圖 4 馬達(dá)、引力的設(shè)

8、置圖 5鉸鏈配合文案大全實(shí)用文檔圖 6 生成馬達(dá)力矩圖 7 馬達(dá)加速度的設(shè)置文案大全實(shí)用文檔1.3.3SOLIDWORKS仿真結(jié)果圖8 桿1馬達(dá)力矩圖9 桿2馬大力矩圖10 桿3馬達(dá)力矩1.43R 機(jī)構(gòu)的 MATLAB 仿真1.4.1MATLAB 仿真程序m1=0.055;m2=0.036;m3=0.020;L1=0.3;L2=0.2;L3=0.125;g=-9.81;a1=1*pi/180;a2=2*pi/180;a3=4*pi/180;文案大全實(shí)用文檔t=0:0.00075:15;m=size(t);n=m(2);for i=1:nv1=a1*t(i);v2=a2*t(i);v3=a3*t

9、(i);s1=a1*t(i)2/2;s1i(i)=s1;s2=a2*t(i)2/2;s2i(i)=s2;s3=a3*t(i)2/2;s3i(i)=s3;Q_T1=(m1/3+m2+m3)*L12*a1+(m2/3+m3)*L22*(a1+a2)+1/3*m3*L 32*(a1+a2+a3)+(m2/2+m3)*L1*L2*cos(s1)*(2*a1+a2)-(m2/2+m3)*L1*L2*s in(s2)*v2*(2*v1+v2)+1/2*m3*L1*L3*cos(s2+s3)*(2*a1+a2+a3)-1/2*m3*L1* L3*sin(s2+s3)*(v2+v3)*(2*v1+v2+v3)

10、+1/2*m3*L2*L3*cos(s3)*(2*(a1+a2)+a 3)-1/2*m3*L2*L3*sin(s3)*v3*(2*(v1+v2)+v3);(m2/3+m3)*L22*(a1+a2)+m3 /3*L32*(a1+a2+a3)+(m2/2+m3)*L1*L2*cos(s2)*a1-(m2/2+m3)*L1*L2*sin( s2)*v1*v2+m3/2*L1*L3*cos(s2+s3)*a1-m3/2*L1*L3*sin(s2+s3)*(v2+v3)*v1 +m3/2*L2*L3*cos(s3)*(2*(a1+a2)+a3)-m3/2*L2*L3*v3*(2*(v1+v2)+v3);

11、m3/ 3*L32*(a1+a2+a3)+m3/2*L1*L3*cos(s2+s3)*a1-m3/2*L1*L3*sin(s2+s3)*(v 2+v3)*v1+m3/2*L2*L3*cos(s3)*(a1+a2)-m3/2*L2*L3*sin(s3)*v3*(v1+v2)'Q_T2=0;-(m2/2+m3)*L1*L2*sin(s2)*v1*(v1+v2)-m3/2*L1*L3*sin(s2+s 3)*v1*(v1+v2+v3);-m3/2*L1*L3*sin(s2+s3)*v1*(v1+v2+v3)-m3/2*L2*L3*sin( s3)*(v1+v2)*(v1+v2+v3)'

12、;Q_V=1/2*(m1+m2+m3)*g*L1*sin(s1)+1/2*(m2+m3)*g*L2*sin(s1+s2)+ m3/2*g*L3*sin(s1+s2+s3);1/2*(m2+m3)*g*L2*sin(s1+s2)+m3/2*g*L3*sin(s 1+s2+s3);m3/2*g*L3*sin(s1+s2+s3)'文案大全實(shí)用文檔Q(i:)=Q_T1-Q_T2+Q_V;endplot(t,Q);1.4.2 MATLAB 仿真結(jié)果圖 113R 機(jī)械手的 MATLAB仿真結(jié)果文案大全實(shí)用文檔1.53R 機(jī)構(gòu)的SIMULINK 仿真1.5.1SIMULINK 模型的建立圖 12 S

13、IMULINK模型圖 13OUT模塊封裝文案大全實(shí)用文檔1.5.2SIMULINK 參數(shù)的設(shè)置圖 14 Machine Environment 的設(shè)置文案大全實(shí)用文檔圖 15 Revolute1 的設(shè)置圖 16 Body1 的設(shè)置文案大全實(shí)用文檔圖 17 Body2 的設(shè)置圖 18 Body3 的設(shè)置圖 19Clock 的設(shè)置文案大全實(shí)用文檔圖 20 Joint Sensor3的設(shè)置圖 21 Fcn 的設(shè)置文案大全實(shí)用文檔1.5.3SIMULIKS 仿真結(jié)果圖 22 桿 1SIMULINK馬達(dá)力矩仿真圖 23 桿 2 SIMULINK馬達(dá)力矩仿文案大全實(shí)用文檔圖 24 桿 3 SIMULINK

14、馬達(dá)力矩仿真二、單自由度滑塊仿真2.1 仿真要求給定單自由度系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)單自由度無(wú)阻尼和有阻尼自振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，分別繪制無(wú)阻尼、小阻尼、臨界阻尼和大阻尼響應(yīng)曲線(xiàn)，并進(jìn)行仿真；物體上施加一簡(jiǎn)諧力，繪制無(wú)阻尼和有阻尼狀態(tài)下的受迫振動(dòng)曲線(xiàn)，并進(jìn)行仿真。要求：仿真使用 solidwoks 和 matlab/simulink 同時(shí)進(jìn)行。參數(shù)：滑塊尺寸 160×160mm,k1 = k2 = 40N/m2.2 仿真公式（1）單自由度無(wú)阻尼自由振動(dòng)xA sin(n t)文案大全其中2v 02Ax 02ntg1n x 0或者v 0實(shí)用文檔, tann x 0v 0tg1n x 0 +v 0的選取要

15、根據(jù)已知條件確定，以下初相位的選取也要根據(jù)已知條件確定。（2） 單自由度小阻尼自由振動(dòng)xAentsin(n 2n 2 t)其中：A2( v 0nx 0 ) 2, tanx 0n2n 2x 02n 2v 0nx 0ntg1 x 0v 0n 2n 2或者tg 1 x 0n 2n 2+nx 0v 0nx 0（3）單自由度大阻尼自由振動(dòng)xent( C 1en 2n 2 tC 2en 2n2 t)xne nt (C1 e n 2n 2 tC2 en 2n 2 t )e nt (C1n 2n 2 e n 2n 2 tC2n 2n 2 en 2n 2 t )由已知條件得：xv00( Cn ( C1 C 2

16、)1C 2 )( C 1n 2n 2C 2n 2n 2 )將上式的 1 式代入 2 式得：vC02nxC01( Cvn2C1 )n 2n20nx02n2文案大全實(shí)用文檔再結(jié)合C 2C 1x 0，可得C1v0nx01x 02n2n22Cv 0nx01222x02n2n（4）單自由度臨界阻尼自由振動(dòng)xe nt ( C 1 +C2 t ), xe nt ( C 2C 1 nC 2 nt )將已知條件代入得：x 0Cv 0C1C2C 1 n C1 x 02v 0nx 0（5）單自由度無(wú)阻尼受迫振動(dòng)xAsin(n t)hsin(t)22nxAn cos(n t)h2 cos(t)2n將已知條件代入得：x

17、 0Asin2h2sinnv 0Ancoshcos22n可得A,為A(2h2sinx 0 ) 2(h2cos2)v 0 ) 2nnnntg1hnsinx 0(n22)nhcosv 0 (22)n或者tg1hnsinx 0 (n22 )n+hcosv 0n22文案大全實(shí)用文檔（6）單自由度有阻尼受迫振動(dòng)xAent sin(n2n 2t)b sin(t)xAnent sin(n2n 2 t)Aentn2n 2cos(n2n 2 t)b cos(t)將已知條件代入得：x 0A sinb sinv 0An sinAn 2n 2cosb cos由上式 1 式得：A sinx 0b sin將此式與上式2

18、式結(jié)合可得：v 0nx 0nb sinAn2n 2 cosb cosA cosv 0nx 0nbsinb cos2n 2n兩式結(jié)合可得：A( x0 b sin)2(v0 nx0nb sinb cos ) 22n 2narctan( x 0b sin)n2n 2nx 0nbsinb cosv 0或者arctan( x0b sin)n2n 2nx 0nb sin+v0b cos2.3各條件下的滑塊運(yùn)動(dòng)仿真2.3.1單自由度無(wú)阻尼（1）Matlab 程序文案大全實(shí)用文檔t=0:0.0001:20;x0=100;v0=0;k=40;m=31.539;wn=sqrt(k/m);H=10;w0=2*pi;

19、h=H/m;c0=2*sqrt(m*k);c1=10;c2=100;n0=wn;n1=c1/(2*m);n2=c2/(2*m);wd0=sqrt(wn2-n02);wd1=sqrt(wn2-n12);wd2=sqrt(wn2-n22);（2）Matlab 圖像圖 1MATLAB圖像文案大全實(shí)用文檔（3）Solidworks 圖像圖 2SOLIDWORKS圖像圖 3 SIMULINK 圖像2.3.2 單自由度小阻尼自由振動(dòng)（1）SolidWorks 仿真圖 4SOLIDWORKS圖像（2） MATLAB仿真 Matlab 程序A2=sqrt(x02+(v0+n1*x0)2/(w02-n12);文

20、案大全實(shí)用文檔theta2=atan(wd1*x0)/(v0+n1*x0);x2=A2*exp(-n1*t).*sin(wd1*t+theta2);plot(t,x2)MATLAB圖像圖 5MATLAB圖像（3）simulink 仿真圖 6 SIMULINK 仿真圖像文案大全實(shí)用文檔2.3.3臨界阻尼（1） SolidWorks 仿真圖 7SOLIDWORKS仿真圖像（2） Matlab 仿真仿真程序C1=x0;C2=v0+n0*x0;x3=exp(-n0*t).*(C1+C2*t);plot(t,x3)仿真圖像圖 8MATLAB仿真圖像文案大全實(shí)用文檔2.3.4大阻尼（1）SolidWork

21、s 仿真圖 9SOLIDWORKS仿真圖像（2）MATLAB仿真仿真程序A4=sqrt(x02+(v0+n2*x0)2/(w02-n22);theta4=atan(wd2*x0)/(v0+n2*x0);x4=A4*exp(-n2*t).*sin(wd2*t+theta4);plot(t,x4)仿真圖像圖 10 MATLAB仿真圖像（4）SUMULINK仿真文案大全實(shí)用文檔圖 11 SIMULINK 仿真圖像2.3.5無(wú)阻尼受迫振動(dòng)（1）SolidWorks 仿真圖 12SOLIDWPRKS仿真圖像（2）Matlab 仿真 MATLAB程序b=h/(wn2-w02);A5=sqrt(x02+(v

22、0/wn-(b*w0/wn)2);theta5=atan(wn*x0/(v0-b*w0);x5=A5*sin(wn*t+theta5)+b*sin(w0*t);plot(t,x5); MATLAB仿真圖像文案大全實(shí)用文檔圖 13 MATLAB仿真圖像（3） Simulink 仿真圖 14SIMULINK 仿真圖像2.3.6受迫有阻尼（1）SolidWorks 仿真圖 15SOLIDWPRKS仿真圖像文案大全實(shí)用文檔（2）MATLAB仿真 MATLAB程序b=h/(sqrt(wn2-w02)2+4*n12*w02);theta0=atan(2*n1*w0/(wn2-w02);y=sin(thet

23、a0);y1=cos(theta0);A6=-sqrt(n1*b*y-b*w0*y1)2/wd12+b2*y2); theta6=atan(wd1*y/(n1*y-w0*y1); x6=-(A6*(exp(-n1*t).*sin(wd1*t+theta6)+b*sin(w0*t-theta0);plot(t,x6); MATLAB仿真圖像圖 15MATLAB仿真圖像（3）Simulink 仿真圖 16SIMULINK 仿真圖像文案大全實(shí)用文檔三、雙自由度滑塊3.1 仿真要求給定兩自由度系統(tǒng)參數(shù)，對(duì)兩自由度自由振動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算，繪制響應(yīng)曲線(xiàn)，并進(jìn)行仿真；對(duì)其中末端物體上施加一簡(jiǎn)諧力，繪制受迫振動(dòng)

24、曲線(xiàn)，并進(jìn)行仿真。要求：編程計(jì)算軟件不限，只要繪出曲線(xiàn)即可。仿真使用 solidwoks 和 matlab/simulink 兩種軟件同時(shí)進(jìn)行 ,計(jì)算結(jié)果和仿真結(jié)果一致；參數(shù)：滑塊尺寸 160 × 160mm3.2各種情況下的公式（1）兩自由度無(wú)阻尼系統(tǒng)自由振動(dòng)x1X 11 sin( p1 t1 )X 12 sin( p 2 t2 )x1p1 X 11 cos(p1 t1 )p 2 X 12 cos( p 2 t2 )x21 X 11 sin( p1t1 )2X 12sin( p2 t2 )x2p1 1 X 11 cos( p1 t1 )p 22 X 12 cos( p 2 t2 )文案大全實(shí)用文檔已知物塊 1 的初始位置和初始速度為&的初始位置q10 , q10 ，物塊 2&和初始速度為 q20 , q20 ，則q 10X 11 sin1X 12 sin2&p 1 X 11 cos1p 2X 12cos2q 10q201X 11 sin12X12sin2&p11 X 11 cos1p 22X 12cos2q20由上式可得：X 111(2 q 10q 20 ) 2(&&2 q 1