基于matlab的平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)畫畢業(yè)(完整版)資料

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基于matlab的平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)畫畢業(yè)（完整版）資料(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）基于MATLAB的平面連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析及動(dòng)畫摘要建立了平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型，利用MATLAB進(jìn)行了編程并設(shè)計(jì)了計(jì)算交互界面進(jìn)而求解，為解析法的復(fù)雜計(jì)算提供了便利的方法，此方法也同樣適用于復(fù)雜平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，并為以后機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的通用軟件的設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。建立了平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的數(shù)學(xué)模型，以MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為平臺(tái)，將參數(shù)化設(shè)計(jì)與交互式相結(jié)合，設(shè)計(jì)了平面四桿機(jī)構(gòu)仿真軟件，該軟件具有方便用戶的良好界面，并給出界面設(shè)計(jì)程序，從而使機(jī)構(gòu)分析更加方便、快捷、直觀和形象。設(shè)計(jì)者只需輸入?yún)?shù)就可得到仿真結(jié)果，再將運(yùn)行結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相比較，對(duì)怎樣修改設(shè)計(jì)做出決策，它為四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種實(shí)用的軟件與方法。以一種平面六連桿為例建立了平面多連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析數(shù)學(xué)模型，應(yīng)用MATLAB軟件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和仿真分析，為機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了一種高效、直觀的仿真手段，提高了對(duì)平面多連桿機(jī)構(gòu)的分析設(shè)計(jì)能力。同時(shí)，也為其他機(jī)構(gòu)的仿真設(shè)計(jì)提供了借鑒。關(guān)鍵詞：解析法，平面連桿機(jī)構(gòu)，MATLAB，運(yùn)動(dòng)分析，運(yùn)動(dòng)仿真BasedontheMATLABPlanarLinkageMechanismMotionAnalysisandAnimationABSTRACTThisarticleestablishedthekinematicalmathematicmodeloftheplanarmechanism,whichisprogrammedandsolvedwithdesigningthemutualinterfaceofthecalculationbyMATLAB.Thisconvenientmethodisprovidedforthecomplicatedcalculationoftheanalysisandalsoapplicabletothekinematicalanalysisofthecomplexplanarmechanism.Amathematicalmodelofmotionanalysiswasestablishedinplanarfour-linkage,andemulationalsoftwarewasdeveloped.ThesoftwareadoptedMATLABasadesignlanguage.Itcombinedparametricdesignwithinteractivedesignandhadgoodinterfaceforuser.Thus,itwasfasterandmoreconvenienttoanalyselinkage.Theemulationalresultwasobtainedassoonasinputparameterswasimportedandthedeviserscanmakedecision-makingofmodificationbythecomparingemulationalresultwithdesigndemand.Itprovidesanappliedsoftwareandmethodforlinkage.Thispapertookaplanarsix-linkagemechanismasaexampletosetupthemathematicsmodelofplanarmulti-linkagemechanisms,andmadetheoptimizationdesignandsimulationbytheMATLABsoftware.Itgaveaefficientlyanddirectlymethodtooptimizationdesignofmechanisms,andimprovedtheabilityofanalyzinganddesigningtheplanarmulti-linkagemechanisms.Atthesametime,italsoprovidesauseforreferencetothedesignandsimulationforothermechanisms.KEYWORDS:analysis,planarlinkagemechanisms,MATLAB,kinematicalanalysis,kinematicalsimulation目錄第1章前言 11.1平面連桿機(jī)構(gòu)的研究意義 11.2平面連桿機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀 11.3MATLAB軟件介紹 2MATLAB簡(jiǎn)介 2MATLAB軟件的特點(diǎn) 4MATLAB處理工程問(wèn)題優(yōu)缺點(diǎn) 6第2章平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的復(fù)數(shù)矢量解 7第3章平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 93.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件 93.2平面四桿機(jī)構(gòu)的位移分析 93.3平面四桿機(jī)構(gòu)的速度分析 143.4平面四桿機(jī)構(gòu)的加速度分析 15第4章基于MATLAB的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 174.1基于MATLAB的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)輸入界面 174.2基于MATLAB的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 214.3基于MATLAB的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析界面 244.4基于MATLAB的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真 274.5基于MATLAB的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)清空及退出 31第5章平面六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 335.1構(gòu)建平面六桿機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型 335.2平面六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析 34 34 37第6章基于MATLAB的平面六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析 416.1基于MATLAB的平面六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)輸入界面 416.2基于MATLAB的平面六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 476.3基于MATLAB的平面六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析界面 516.4基于MATLAB的平面六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真 546.5基于MATLAB的平面六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)清空及退出 58結(jié)論 60謝辭 61參考文獻(xiàn) 62第1章前言1.1平面連桿機(jī)構(gòu)的研究意義機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析是不考慮引起機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的外力的影響，而僅從幾何角度出發(fā)，根據(jù)已知的原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律（通常假設(shè)為勻速運(yùn)動(dòng)），確定機(jī)構(gòu)其它構(gòu)件上各點(diǎn)的位移、速度、加速度，或構(gòu)件的角位移、角速度、角加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)。無(wú)論是分析研究現(xiàn)有機(jī)械的工作性能，還是優(yōu)化綜合新機(jī)械，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析都是十分重要的。通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)的位移和軌跡分析，可以考察某構(gòu)件能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定的位置、構(gòu)件上某點(diǎn)能否實(shí)現(xiàn)預(yù)定的軌跡要求，可以確定從動(dòng)件的行程或所需的運(yùn)動(dòng)空間，據(jù)此判斷運(yùn)動(dòng)中是否發(fā)生碰撞干涉或確定機(jī)構(gòu)的外形輪廓尺寸。通過(guò)速度和加速度分析可以了解機(jī)構(gòu)從動(dòng)件的速度、加速度的變化規(guī)律能否達(dá)到工作要求。而在本設(shè)計(jì)課題中通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)的速度和加速度分析，就可以在設(shè)計(jì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)時(shí)保證構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)部分的單位面積上的壓力較小，并且低副的構(gòu)造便于潤(rùn)滑，摩擦磨損較小，壽命長(zhǎng)，保證傳遞較大的動(dòng)力；也可以在設(shè)計(jì)牛頭刨床的導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)時(shí)保證刨刀在切削過(guò)程中接近于等速運(yùn)動(dòng)，從而保證加工質(zhì)量和延長(zhǎng)刀具壽命；此外還保證了刀具的急回性能，從而提高了生產(chǎn)率。1.2平面連桿機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，結(jié)構(gòu)綜合起著重要作用。把桿組看作是機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的單元，這個(gè)創(chuàng)始意念是前蘇聯(lián)機(jī)構(gòu)學(xué)家阿蘇爾所得出的，他的觀點(diǎn)是每一個(gè)機(jī)構(gòu)都是由機(jī)架、主動(dòng)構(gòu)件以及一個(gè)或若干個(gè)基本桿組所組成。這個(gè)結(jié)構(gòu)邏輯的識(shí)別，使設(shè)計(jì)者通過(guò)清楚的桿組類型的識(shí)別與機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)。前蘇聯(lián)阿爾列夫斯基院士根據(jù)桿組的類型提出了機(jī)構(gòu)分類的方法（阿氏分類法），此方法迄今仍為國(guó)際上通用。用一定數(shù)目的構(gòu)件及運(yùn)動(dòng)副的配置以組成一定自由度的運(yùn)動(dòng)鏈，這一工作稱為運(yùn)動(dòng)鏈及機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型綜合，亦稱之為數(shù)綜合。目前已解決的機(jī)構(gòu)及運(yùn)動(dòng)鏈的型綜合問(wèn)題，為單自由度機(jī)構(gòu)及多自由度機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)類型以及與之相應(yīng)的桿組結(jié)構(gòu)類型。型綜合理論已進(jìn)展到含復(fù)合鉸鏈及高副的平面機(jī)構(gòu)?？臻g機(jī)構(gòu)的型綜合尚研究得不夠，僅有P、H、R副單閉鏈空間機(jī)構(gòu)的若干類型。如何在型綜合所得結(jié)果中選擇所需要的類型，即選型問(wèn)題在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)中是很重要的。改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)構(gòu)、創(chuàng)新新機(jī)構(gòu)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)更新中的關(guān)鍵措施，對(duì)于消化引進(jìn)設(shè)備亦起著重要的作用。這需要進(jìn)行大量的調(diào)查研究及關(guān)于機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)理論分析，需要豐富的設(shè)計(jì)實(shí)踐與專家知識(shí)相結(jié)合。例如，人們所熟知的內(nèi)燃機(jī)中的機(jī)構(gòu)是曲柄連桿機(jī)構(gòu)，一百多年前開始研究用擺盤式發(fā)動(dòng)機(jī)，出現(xiàn)了上百種方案設(shè)計(jì)的專利，最后選擇了一種雙回路機(jī)構(gòu)，這種機(jī)型結(jié)構(gòu)緊湊，活塞側(cè)推力小，慣性載荷易于平衡，因而近年應(yīng)用于水下運(yùn)載體、航空、發(fā)電等設(shè)計(jì)中。而平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析是機(jī)構(gòu)學(xué)中最基本、最典型的運(yùn)動(dòng)分析之一，進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析是設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)、研究機(jī)構(gòu)的速度和加速度的變化規(guī)律以及進(jìn)行受力分析的基礎(chǔ)。而平面機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，常采用解析法和圖解法，圖解法直觀、方便，但精度低；解析法雖計(jì)算復(fù)雜，但精度高。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件的快速發(fā)展，解析法在進(jìn)行更高層次的理論研究中得到了更廣泛的應(yīng)用。1.3MATLAB軟件介紹MATLAB簡(jiǎn)介隨著科學(xué)研究的不斷深入，以及工程應(yīng)用不斷朝著專業(yè)化、精確化方向發(fā)展，科研工作者以及工程技術(shù)人員對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的要求也越來(lái)越高。面對(duì)越來(lái)越繁重的科學(xué)以及工程計(jì)算任務(wù)，雖然用傳統(tǒng)的c或Fortran語(yǔ)言也能完成任務(wù)，但是程序設(shè)計(jì)者所承擔(dān)的編程工作是極為繁重的，而且要求程序設(shè)計(jì)者對(duì)算法有比較深入的理解，這就使工作人員不得不將大量的時(shí)間和精力放在與研究課題關(guān)系不大的計(jì)算編程上來(lái)。為了減輕科技工作者的壓力，使工作人員將時(shí)間和精力更多的放在建立模型等關(guān)鍵性的工作中，許多公司相繼開發(fā)了一系列的數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件，如MATHEMATICA、Maple、MATHCAD以及MATLAB等，其中MATLAB以其強(qiáng)大的功能和極高的編程效率吸引了眾多的用戶。MATLAB是MATRIXLABORATORY（“矩陣實(shí)驗(yàn)室”）的縮寫，是由美國(guó)MATHWORKS公司開發(fā)的集數(shù)值計(jì)算、符號(hào)計(jì)算和圖形可視化三大基本功能于一體的，功能強(qiáng)大、操作簡(jiǎn)單的語(yǔ)言。是國(guó)際公認(rèn)的優(yōu)秀數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件之一。20世紀(jì)80年代初期，CleveMoler與JohnLittle等利用C語(yǔ)言開發(fā)了新一代的MATLAB語(yǔ)言，其開發(fā)環(huán)境如圖1-1所示，此時(shí)的MATLAB語(yǔ)言已同時(shí)具備了數(shù)值計(jì)算功能和簡(jiǎn)單的圖形處理功能。1984年，CleveMoler與JohnLittle等正式成立了MATHWORKS公司，把MATLAB語(yǔ)言推向市場(chǎng)，并開始了對(duì)MATLAB工具箱等的開發(fā)設(shè)計(jì)。1993年，MATHWORKS公司推出了基于個(gè)人計(jì)算機(jī)的MATLAB4.0版本，到了1997年又推出了MATLAB5.X版本（Release11），并在2000年又推出了最新的MATLAB6版本（Release12）,如今，MATLAB7.0已經(jīng)問(wèn)世。圖1-1MATLAB開發(fā)環(huán)境現(xiàn)在，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學(xué)科的大型軟件，在世界各高校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)、數(shù)值分析、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、優(yōu)化方法、自動(dòng)控制、數(shù)字信號(hào)處理、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具。特別是最近幾年，MATLAB在我國(guó)大學(xué)生數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽中的應(yīng)用，為參賽者在有限的時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確、有效的解決問(wèn)題提供了有力的保證。MATLAB軟件的特點(diǎn)MATLAB是一種高度集成化的科學(xué)計(jì)算環(huán)境，是集數(shù)值計(jì)算和圖形處理等功能于一體的工程計(jì)算應(yīng)用軟件。MATLAB不僅可以處理代數(shù)問(wèn)題和數(shù)值分析問(wèn)題，而且還具有強(qiáng)大的圖形處理和仿真模擬等功能。MATLAB能夠很好的幫助工程師及科學(xué)家解決實(shí)際問(wèn)題，它經(jīng)過(guò)20多年來(lái)的不斷完善和改進(jìn)，已經(jīng)成為公認(rèn)的優(yōu)秀的數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件之一。概括地講，整個(gè)MATLAB系統(tǒng)由兩部分組成，即MATLAB內(nèi)核及輔助工具箱，兩者的調(diào)用構(gòu)成了MATLAB的強(qiáng)大功能。MATLAB語(yǔ)言以數(shù)組為基本數(shù)據(jù)單位，包括控制流語(yǔ)句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入輸出及面向?qū)ο蟮忍攸c(diǎn)的高級(jí)語(yǔ)言，它具有以下主要特點(diǎn)：（1）MATLAB的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編程效率較高，運(yùn)算符和庫(kù)函數(shù)極其豐富，語(yǔ)言簡(jiǎn)潔，編程效率高，MATLAB除了提供和C語(yǔ)言一樣的運(yùn)算符號(hào)外，還提供廣泛的矩陣和向量運(yùn)算符。利用其運(yùn)算符號(hào)和庫(kù)函數(shù)可使其程序相當(dāng)簡(jiǎn)短，兩三行語(yǔ)句就可實(shí)現(xiàn)幾十行甚至幾百行C或FORTRAN的程序功能，從而極大的簡(jiǎn)化了線性運(yùn)算，而線性運(yùn)算是整個(gè)數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)，所以以矩陣作為基本語(yǔ)言要素可以提高數(shù)值計(jì)算的編程效率。MATLAB本身?yè)碛胸S富的庫(kù)函數(shù)，并具有結(jié)構(gòu)化的流程控制語(yǔ)句和運(yùn)算符，用戶可以在使用的過(guò)程中方便自如的使用。（2）既具有結(jié)構(gòu)化的控制語(yǔ)句（如for循環(huán)、while循環(huán)、break語(yǔ)句、if語(yǔ)句和switch語(yǔ)句），又有面向?qū)ο蟮木幊烫匦?。?）圖形功能強(qiáng)大。它既包括對(duì)二維和三維數(shù)據(jù)可視化、圖像處理、動(dòng)畫制作等高層次的繪圖命令，也包括可以修改圖形及編制完整圖形界面的、低層次的繪圖命令。（4）功能強(qiáng)大的工具箱。工具箱可分為兩類：功能性工具箱和學(xué)科性工具箱。功能性工具箱主要用來(lái)擴(kuò)充其符號(hào)計(jì)算功能、圖示建模仿真功能、文字處理功能以及與硬件實(shí)時(shí)交互的功能。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強(qiáng)的，如優(yōu)化工具箱、統(tǒng)計(jì)工具箱、控制工具箱、小波工具箱、圖象處理工具箱、通信工具箱等。（5）易于擴(kuò)充。除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可讀可改的源文件，用戶可修改源文件和加入自己的文件，它們可以與庫(kù)函數(shù)一樣被調(diào)用。當(dāng)然，任何事物都不是十全十美的。與C、Fortran等傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言相比，MATLAB的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的一個(gè)顯著缺點(diǎn)即使循環(huán)代碼執(zhí)行效率較低，這是與其執(zhí)行方式直接相關(guān)的。MATLAB編寫的程序在應(yīng)用的過(guò)程中為解釋執(zhí)行，既不需要編譯生成也不生成可執(zhí)行文件，而是解釋一句，執(zhí)行一句，其速度是可想而知的了。當(dāng)然這個(gè)問(wèn)題也不是不可以解決的，由于MATLAB以矩陣作為基本的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言要素，對(duì)于在c、Fortran的那個(gè)編程語(yǔ)言中需要使用循環(huán)來(lái)解決的問(wèn)題，MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中巧妙的利用矩陣的特點(diǎn)，就可以避免使用循環(huán)代碼。所以，通過(guò)對(duì)MATLAB的深入學(xué)習(xí)，提高編程技巧，完全可以做到揚(yáng)長(zhǎng)避短，并充分發(fā)揮MATLAB語(yǔ)言的強(qiáng)大功能。目前，MATLAB已經(jīng)成為國(guó)際上公認(rèn)的優(yōu)秀數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件之一。用MATLAB處理工程問(wèn)題優(yōu)缺點(diǎn)MATLAB是MATHWOTKS公司于1982年推出的一套高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化軟件。它集數(shù)值分析、矩陣運(yùn)算、信號(hào)處理和圖形顯示于一體，構(gòu)成了一個(gè)方便、界面友好的用戶環(huán)境。它還包括了TOOLBOX(工具箱)的各類問(wèn)題的求解工具，可用來(lái)求解特定學(xué)科的問(wèn)題。其特點(diǎn)是：（1）可擴(kuò)展性：MATLAB最重要的特點(diǎn)是易于擴(kuò)展，它允許用戶自行建立指定功能的M文件。對(duì)于一個(gè)從事特定領(lǐng)域的工程師來(lái)說(shuō)，不僅可利用MATLAB所提供的函數(shù)及基本工具箱函數(shù)，還可方便地構(gòu)造出專用的函數(shù)，從而大大擴(kuò)展了其應(yīng)用范圍。當(dāng)前支持MATLAB的商用Toolbox(工具箱)有數(shù)百種之多。而由個(gè)人開發(fā)的Toolbox則不可計(jì)數(shù)。（2）易學(xué)易用性：MATLAB不需要用戶有高深的數(shù)學(xué)知識(shí)和程序設(shè)計(jì)能力，不需要用戶深刻了解算法及編程技巧。（3）高效性：MATLAB語(yǔ)句功能十分強(qiáng)大，一條語(yǔ)句可完成十分復(fù)雜的任務(wù)。如FFT語(yǔ)句可完成對(duì)指定數(shù)據(jù)的快速傅立葉變換，這相當(dāng)于上百條C語(yǔ)言語(yǔ)句的功能。它大大加快了工程技術(shù)人員從事軟件開發(fā)的效率。據(jù)MATHWOKS公司聲稱，MATLAB軟件中所包含的MATLAB源代碼相當(dāng)于70萬(wàn)行C代碼。由于MATLAB具有如此之多的特點(diǎn)，在歐美高等院校，MATLAB已成為應(yīng)用于線性代數(shù)、自動(dòng)控制理論、數(shù)理統(tǒng)計(jì)、數(shù)字信號(hào)處理、時(shí)間序列分析、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)仿真等高級(jí)課程的基本教學(xué)工具；在研究單位、工業(yè)部門，MATLAB也被廣泛用于研究和解決各種工程問(wèn)題。當(dāng)前在全世界有超過(guò)40萬(wàn)工程師和科學(xué)家使用它來(lái)分析和解決問(wèn)題。然而MATLAB自身所存在的某些缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用范圍：（1）MATLAB是一種解釋性語(yǔ)言，因此它的實(shí)時(shí)效率是相當(dāng)差的。（2）MATLAB程序不能脫離其環(huán)境運(yùn)行，因?yàn)镸ATLAB不是計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，而如今它已經(jīng)可以進(jìn)行編譯，但是還不太方便。第2章平面機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的復(fù)數(shù)矢量解如圖2-1復(fù)數(shù)矢量的單位矢量（2-1）矢量（2-2）式中——矢量的模；——矢量的方向角；——矢量在實(shí)軸上的投影；——矢量在虛軸上的投影。圖2-1復(fù)數(shù)矢量矢量（2-3）設(shè)=90，則有===（2-4）設(shè)，則有==-（2-5）這說(shuō)明某復(fù)數(shù)矢量逆時(shí)針?lè)较蚧剞D(zhuǎn)所得新矢量等于原矢量乘虛數(shù)，回轉(zhuǎn)所得新矢量等于原矢量的反方向。這也說(shuō)明了的意義。如圖2-2復(fù)數(shù)矢量對(duì)時(shí)間求導(dǎo)（2-6）上式中右側(cè)第一項(xiàng)表示P點(diǎn)的切向速度，而第二項(xiàng)表示P點(diǎn)的徑向速度。圖2-2復(fù)數(shù)矢量對(duì)時(shí)間求導(dǎo)將式（2-6）對(duì)時(shí)間再求導(dǎo)（2-7）此式中右側(cè)第一、三項(xiàng)是沿徑向的加速度，第二、四項(xiàng)是沿切向的加速度。如果P點(diǎn)為滑塊上的點(diǎn)，該滑塊沿導(dǎo)桿OP移動(dòng)，則前兩項(xiàng)為點(diǎn)P的牽連項(xiàng)新加速度和切向加速度。第三項(xiàng)為點(diǎn)P對(duì)導(dǎo)桿的相對(duì)加速度，最后一項(xiàng)為哥氏加速度。第3章平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析3.1鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)曲柄存在條件在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中，允許兩連接構(gòu)件作相對(duì)整周旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)副稱為整轉(zhuǎn)副。曲柄是以整轉(zhuǎn)副與機(jī)架相連的連架桿，而搖桿則不是整轉(zhuǎn)副與機(jī)架相連的連架桿。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)3種基本形式的根本區(qū)別在于兩連架桿是否為曲柄。而兩連架桿是否為曲柄又與各桿長(zhǎng)度有關(guān)。歸納起來(lái)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)有一個(gè)曲柄的條件是：最短桿與最長(zhǎng)桿之和小于或等于其余兩桿長(zhǎng)度之和。最短桿為連架桿。由于平面四桿機(jī)構(gòu)的自由度為1，故無(wú)論哪桿為機(jī)架，只要已知其中一個(gè)可動(dòng)構(gòu)件的位置必相應(yīng)確定。因此，可以選任一桿為機(jī)架實(shí)現(xiàn)完全相同的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系，這稱為運(yùn)動(dòng)的可逆性。利用它可在1個(gè)四桿機(jī)構(gòu)中選取不同的構(gòu)件作機(jī)架，以獲得輸出構(gòu)件與輸入構(gòu)件間不同的運(yùn)動(dòng)特性。這一方法稱為連桿機(jī)構(gòu)的倒置。可用以下方法判別鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基本類型：若機(jī)構(gòu)滿足桿長(zhǎng)之和條件，則：以最短桿的鄰邊為機(jī)架時(shí)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；以最短桿為機(jī)架時(shí)為雙曲柄機(jī)構(gòu)；以最短桿的對(duì)邊為機(jī)架時(shí)為雙搖桿機(jī)構(gòu)。若機(jī)構(gòu)不滿足桿長(zhǎng)之和的條件則只能成為雙搖桿機(jī)構(gòu)。3.2平面四桿機(jī)構(gòu)的位移分析以圖3-1為例構(gòu)建平面四桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)已知曲柄1長(zhǎng)度、連桿2長(zhǎng)度、搖桿3長(zhǎng)度和機(jī)架4長(zhǎng)度，及其原動(dòng)件1的方向角，由原動(dòng)件1以角速度做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則其角加速度，現(xiàn)需求該曲柄搖桿機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)對(duì)應(yīng)的連桿2的角位移、角速度和角加速度，及其對(duì)應(yīng)的搖桿3的角位移、角速度和角加速度。圖3-1平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖為便于解析，建立如圖2-1所示的直角坐標(biāo)系，其中曲柄AB長(zhǎng)度為、連桿BC長(zhǎng)度為、搖桿CD長(zhǎng)度為和機(jī)架DA長(zhǎng)度為，及其原動(dòng)件AB的方向角為，且原動(dòng)件AB以角速度做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則其角加速度。根據(jù)機(jī)構(gòu)各桿所構(gòu)成的封閉矢量形，可寫出矢量方程式：用復(fù)數(shù)矢量可表示為：（3-1）寫成兩個(gè)分量形式的代數(shù)式為：（3-2）對(duì)方程組(3-2)整理得：（3-3）則由方程組（3-3）中兩等式平方相加得：（3-4）對(duì)式（3-4）整理得：（3-5）令則式（3-5）可化為：（3-6）又則代入式（3-6）中得：又因如圖3-1，搖桿3的方位角為鈍角，而反正切函數(shù)的值域是從到，則搖桿3的方位角為：（3-7）求連桿2的方位角，對(duì)方程組（3-2）整理得：（3-8）則由方程組（3-8）中兩等式平方相加得：（3-9）對(duì)式（3-9）整理得：（3-10）令則式（3-10）可化為：（3-11）又則代入式（3-11）中得：又如圖3-1，連桿2的方位角為銳角，而反正切函數(shù)的值域是從到，則連桿2的方位角為：（3-12）3.3平面四桿機(jī)構(gòu)的速度分析由第二節(jié)知，原動(dòng)件AB以角速度做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，設(shè)連桿BC的角速度為、搖桿CD的角速度為，則由式（3-1）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得：（3-13）對(duì)式（3-13）中，每項(xiàng)乘以得：（3-14）在式（3-14）中取實(shí)部得：即搖桿CD的角速度為為：（3-15）求連桿BC的角速度，對(duì)式（3-15）中，每項(xiàng)乘以得：（3-16）在式（3-16）中取實(shí)部得：即連桿BC的角速度為為：（3-17）3.4平面四桿機(jī)構(gòu)的加速度分析綜上所述，原動(dòng)件AB以角速度做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則其角加速度，設(shè)連桿BC的角加速度為、搖桿CD的角加速度為，則由式（3-13）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得：（3-18）對(duì)式（3-18）中，每項(xiàng)乘以得：（3-19）在式（3-19）中取實(shí)部得：即連桿BC的角加速度為為：（3-20）求搖桿CD的角加速度，對(duì)式（3-18）中，每項(xiàng)乘以得：（3-21）在式（3-21）中取實(shí)部得：即搖桿CD的角加速度為：（3-22）第4章基于MATLAB的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析4.1基于MATLAB的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)輸入界面由第二章所得的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析數(shù)學(xué)計(jì)算模型，利用MATLAB語(yǔ)言編寫簡(jiǎn)單友好的計(jì)算程序，方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的計(jì)算和輸入輸出，對(duì)于平面四桿機(jī)構(gòu)，尤其是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析模型，編寫M文件程序，制作了便于操作、直觀的數(shù)據(jù)輸入輸出對(duì)話框，以實(shí)現(xiàn)對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)中各桿的角位移、角速度和角加速度的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律的研究分析。表4-1控件style屬性值及其對(duì)應(yīng)的控件種類style屬性值控件種類text靜態(tài)文本框edit可編輯文本框pushbutton按鈕鍵表4-2對(duì)象創(chuàng)建函數(shù)及其功能對(duì)象創(chuàng)建函數(shù)功能figure創(chuàng)建圖形窗對(duì)象unicontrol創(chuàng)建可編程用戶界面對(duì)象get獲得對(duì)象特征set建立對(duì)象特征subplot創(chuàng)建子圖holdon圖形的保持plot在（x,y）坐標(biāo)下繪制二維圖形axis軸的刻度和表現(xiàn)line通過(guò)連接點(diǎn)坐標(biāo)創(chuàng)建直線對(duì)于平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析參數(shù)輸入界面的M文件編寫，其程序中各控件style屬性值及其對(duì)應(yīng)的控件種類如表4-1所示，且在本章中編寫的程序中所用的主要的對(duì)象創(chuàng)建函數(shù)及其功能如表4-2所示,其設(shè)計(jì)的計(jì)算程序Siganyundongcanshu.m為：h0=figure('toolbar','none','position',[200200900500],'name',…'曲柄搖桿機(jī)構(gòu)參數(shù)輸入界面');a=imread('pingmiansiganjigou','jpg');h1=uicontrol('parent',h0,'style','push','cdata',a,'position',[70245300250],...'backgroundcolor','w','fontsize',8);t1=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','t1','style','text','string',…'原動(dòng)件角位移th1(度)','fontsize',12,'backgroundcolor',…[0.750.750.75],'position',[501609012]);t2=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','t2','style','text','string',…'曲柄1轉(zhuǎn)速n1(r/min)','fontsize',12,'backgroundcolor',…[0.750.750.75],'position',[501208012]);t3=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','t3','style','text','string',…'曲柄1長(zhǎng)度l1(mm)','fontsize',12,'backgroundcolor',…[0.750.750.75],'position',[50808012]);t4=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','t4','style','text','string',…'連桿2長(zhǎng)度l2(mm)','fontsize',12,'backgroundcolor',…[0.750.750.75],'position',[2001608012]);t5=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','t5','style','text','string',…'搖桿3長(zhǎng)度l3(mm)','fontsize',12,'backgroundcolor',…[0.750.750.75],'position',[2001208012]);t6=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','t6','style','text','string',…'機(jī)架4長(zhǎng)度l4(mm)','fontsize',12,'backgroundcolor',…[0.750.750.75],'position',[200808012]);e1=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','e1','style','edit','fontsize',12,...'string','','horizontalalignment','center','backgroundcolor',[111],...'position',[1401545024]);e2=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','e2','style','edit','fontsize',12,...'string','','horizontalalignment','center','backgroundcolor',[111],...'position',[1401145024]);e3=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','e3','style','edit','fontsize',12,...'string','','horizontalalignment','center','backgroundcolor',[111],...'position',[140745024]);e4=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','e4','style','edit','fontsize',12,...'string','','horizontalalignment','center','backgroundcolor',[111],...'position',[2901545024]);e5=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','e5','style','edit','fontsize',12,...'string','','horizontalalignment','center','backgroundcolor',[111],...'position',[2901145024]);e6=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','e6','style','edit','fontsize',12,...'string','','horizontalalignment','center','backgroundcolor',[111],...'position',[290745024]);b1=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','b1','style','pushbutton','string',...'運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算','backgroundcolor',[0.750.750.75],'position',…[3602748024],'callback','Calculation4');b2=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','b2','style','pushbutton','string',...'運(yùn)動(dòng)分析','backgroundcolor',[0.750.750.75],'position',…[3602348024],'callback','Siganyundongfenxi');b3=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','b3','style','pushbutton','string',...'運(yùn)動(dòng)仿真','backgroundcolor',[0.750.750.75],'position',…[3601948024],'callback','Siganyundongfangzhen');b4=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','b4','style','pushbutton','string',...'運(yùn)動(dòng)參數(shù)清空','backgroundcolor',[0.750.750.75],'position',…[3601548024],'callback','Qingkong4');b5=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','b5','style','pushbutton','string',...'關(guān)閉','backgroundcolor',[0.750.750.75],'position',[3601148024],...'callback','close');t7=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','t7','style','text','string',…'連桿2角位移th2(度)','fontsize',12,'backgroundcolor',…[0.750.750.75],'position',[4603009012]);t8=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','t8','style','text','string',…'搖桿3角位移th3(度)','fontsize',12,'backgroundcolor',…[0.750.750.75],'position',[4602609012]);t9=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','t9','style','text','string',…'連桿2角速度v2(rad/s)','fontsize',12,'backgroundcolor',…[0.750.750.75],'position',[4602209012]);t10=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','t10','style','text','string',…'搖桿3角速度v3(rad/s)','fontsize',12,'backgroundcolor',…[0.750.750.75],'position',[4601809012]);t11=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','t11','style','text','string',…'連桿2角加速度a2','fontsize',12,'backgroundcolor',[0.750.750.75],…'position',[4601409012]);t12=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','t12','style','text','string',…'搖桿3角加速度a3','fontsize',12,'backgroundcolor',[0.750.750.75],…'position',[4601009012]);e7=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','e7','style','edit','fontsize',12,...'string','','horizontalalignment','center','backgroundcolor',[111],...'position',[5602946024]);e8=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','e8','style','edit','fontsize',12,...'string','','horizontalalignment','center','backgroundcolor',[111],...'position',[5602546024]);e9=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','e9','style','edit','fontsize',12,...'string','','horizontalalignment','center','backgroundcolor',[111],...'position',[5602146024]);e10=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','e10','style','edit','fontsize',12,...'string','','horizontalalignment','center','backgroundcolor',[111],...'position',[5601746024]);e11=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','e11','style','edit','fontsize',12,...'string','','horizontalalignment','center','backgroundcolor',[111],...'position',[5601346024]);e12=uicontrol('parent',h0,'units','points','tag','e12','style','edit','fontsize',12,...'string','','horizontalalignment','center','backgroundcolor',[111],...'position',[560946024]);運(yùn)行該程序后，所得的交互界面，即曲柄搖桿機(jī)構(gòu)參數(shù)輸入界面，如圖4-1所示：圖4-1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)參數(shù)輸入界面4.2基于MATLAB的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算與第一節(jié)所得的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)相對(duì)應(yīng)，利用MATLAB編寫平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算程序，程序中各運(yùn)動(dòng)參數(shù)含義如表4-3所示。表4-3程序中各運(yùn)動(dòng)參數(shù)含義運(yùn)動(dòng)參數(shù)名稱參數(shù)含義l1曲柄1長(zhǎng)度l2連桿2長(zhǎng)度l3搖桿3長(zhǎng)度l4機(jī)架4長(zhǎng)度n1曲柄1轉(zhuǎn)速theta1曲柄1角位移theta2連桿2角位移theta3搖桿3角位移theta4機(jī)架4角位移omiga1曲柄1角速度omiga2連桿2角速度omiga3搖桿3角速度omiga4機(jī)架4角速度alph2連桿2角加速度alph3搖桿3角加速度alph4機(jī)架4角加速度在第一節(jié)所得的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)參數(shù)輸入界面如圖4-1中，輸入相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，即原動(dòng)件角位移、曲柄1轉(zhuǎn)速、曲柄1長(zhǎng)度、連桿2長(zhǎng)度、搖桿3長(zhǎng)度和機(jī)架4長(zhǎng)度，點(diǎn)擊運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算按鈕，運(yùn)行的M文件程序Calculation4.m為：strtheta1=get(e1,'string');strn1=get(e2,'string');strl1=get(e3,'string');strl2=get(e4,'string');strl3=get(e5,'string');strl4=get(e6,'string');l1=str2num(strl1);%曲柄1長(zhǎng)度l1(mm)l2=str2num(strl2);%連桿2長(zhǎng)度l2(mm)l3=str2num(strl3);%搖桿3長(zhǎng)度l3(mm)l4=str2num(strl4);%機(jī)架4長(zhǎng)度l4(mm)n1=str2num(strn1);%曲柄1轉(zhuǎn)速n1(r/min)theta1=str2num(strtheta1);%曲柄1角位移th1(度)M=-1;%裝配方式theta1=theta1*pi/180;omiga1=pi*n1/30;A=2*l1*l2*sin(theta1);B=2*l2*(l1*cos(theta1)-l4);C=l1^2+l2^2+l4^2-l3^2-2*l1*l4*cos(theta1);E=2*l1*l3*sin(theta1);F=2*l3*(l1*cos(theta1)-l4);G=l2^2-l1^2-l3^2-l4^2+2*l1*l4*cos(theta1);theta2=2*atan(-(A-M*sqrt(A.^2+B.^2-C.^2))./(B-C));%連桿2角位移th2(rad)theta3=pi-2*atan((E-M*sqrt(E.^2+F.^2-G.^2))./(F+G));%搖桿3角位移th3(rad)omiga2=omiga1*l1*sin(theta1-theta3)./(l2*sin(theta3-theta2));%連桿2角速度v2(rad/s)omiga3=omiga1*l1*sin(theta1-theta2)./(l3*sin(theta2-theta3));%搖桿3角速度v3(rad/s)alph2=(omiga3.^2*l3+omiga1^2*l1*cos(theta1-theta2)+omiga2.^2*l2*...cos(theta2-theta3))./(l2*sin(theta3-theta2));%連桿2角加速度a2(rad/s^2)alph3=(omiga1^2*l1*cos(theta1-theta2)+omiga2.^2*l2+omiga3.^2*…l3.*cos(theta3-theta2))./(l3*sin(theta2-theta3));%搖桿3角加速度a3(rad/s^2)A1=num2str(theta2.*180/pi);A2=num2str(theta3.*180/pi);A3=num2str(omiga2);A4=num2str(omiga3);A5=num2str(alph2);A6=num2str(alph3);set(e7,'string',A1);set(e8,'string',A2);set(e9,'string',A3);set(e10,'string',A4);set(e11,'string',A5);set(e12,'string',A6);運(yùn)行該程序后，計(jì)算出的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，即相應(yīng)的連桿2的角位移、角速度和角加速度，及其對(duì)應(yīng)的搖桿3的角位移、角速度和角加速度，都顯示在如圖4-1所示的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)參數(shù)輸入界面上。4.3基于MATLAB的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析界面在第一節(jié)所得的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)參數(shù)輸入界面如圖4-1中，輸入相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，即原動(dòng)件角位移、曲柄1轉(zhuǎn)速、曲柄1長(zhǎng)度、連桿2長(zhǎng)度、搖桿3長(zhǎng)度和機(jī)架4長(zhǎng)度，點(diǎn)擊運(yùn)動(dòng)分析按鈕，運(yùn)行的M文件程序Siganyundongfenxi.m為：hf=figure('toolbar','none','position',[200200800650],'name',…'曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析');strn1=get(e2,'string');strl1=get(e3,'string');strl2=get(e4,'string');strl3=get(e5,'string');strl4=get(e6,'string');l1=str2num(strl1);%曲柄1長(zhǎng)度l1(mm)l2=str2num(strl2);%連桿2長(zhǎng)度l2(mm)l3=str2num(strl3);%搖桿3長(zhǎng)度l3(mm)l4=str2num(strl4);%機(jī)架4長(zhǎng)度l4(mm)n1=str2num(strn1);%曲柄1轉(zhuǎn)速n1(r/min)M=-1;%裝配方式c=1;%曲柄1轉(zhuǎn)向ifc==1theta1=0:10:360;%原動(dòng)件角位移（逆時(shí)針）elsetheta1=0:-10:-360;%原動(dòng)件角位移（順時(shí)針）endtheta1=theta1*pi/180;%曲柄1角位移th1(rad)omiga1=pi*n1/30;A=2*l1*l2*sin(theta1);B=2*l2*(l1*cos(theta1)-l4);C=l1^2+l2^2+l4^2-l3^2-2*l1*l4*cos(theta1);E=2*l1*l3*sin(theta1);F=2*l3*(l1*cos(theta1)-l4);G=l2^2-l1^2-l3^2-l4^2+2*l1*l4*cos(theta1);theta2=2*atan(-(A-M*sqrt(A.^2+B.^2-C.^2))./(B-C));%連桿2角位移th2(rad)theta3=pi-2*atan((E-M*sqrt(E.^2+F.^2-G.^2))./(F+G));%搖桿3角位移th3(rad)omiga2=omiga1*l1*sin(theta1-theta3)./(l2*sin(theta3-theta2));%連桿2角速度v2(rad/s)omiga3=omiga1*l1*sin(theta1-theta2)./(l3*sin(theta2-theta3));%搖桿3角速度v3(rad/s)alph2=(omiga3.^2*l3+omiga1^2*l1*cos(theta1-theta2)+omiga2.^2*l2.*...cos(theta2-theta3))./(l2*sin(theta3-theta2));%連桿2角加速度a2(rad/s^2)alph3=(omiga1^2*l1*cos(theta1-theta2)+omiga2.^2*l2+omiga3.^2*l3.*...cos(theta3-theta2))./(l3*sin(theta2-theta3));%搖桿3角加速度a3(rad/s^2)t=theta1*180/pi;v2=theta2*180/pi;v3=theta3*180/pi;w2=omiga2;w3=omiga3;a2=alph2;a3=alph3;subplot(3,2,1);plot(t,v2,'r-');holdon;title('連桿2角位移分析');subplot(3,2,2);plot(t,v3,'b-');holdon;title('搖桿3角位移分析');subplot(3,2,3);plot(t,w2,'r-');holdon;title('連桿2角速度分析');subplot(3,2,4);plot(t,w3,'b-');holdon;title('搖桿3角速度分析');subplot(3,2,5);plot(t,a2,'r-');holdon;title('連桿2角加速度分析');subplot(3,2,6);plot(t,a3,'b-');holdon;title('搖桿3角加速度分析');運(yùn)行該程序后，所得的交互界面，即曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析界面，計(jì)算出的連桿2的角位移圖像、角速度圖像和角加速度圖像，及其對(duì)應(yīng)的搖桿3的角位移圖像、角速度圖像和角加速度圖像，如圖4-2所示：圖4-2曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析界面4.4基于MATLAB的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真在第一節(jié)所得的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)參數(shù)輸入界面如圖4-1中，輸入相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，即原動(dòng)件角位移、曲柄1轉(zhuǎn)速、曲柄1長(zhǎng)度、連桿2長(zhǎng)度、搖桿3長(zhǎng)度和機(jī)架4長(zhǎng)度，點(diǎn)擊運(yùn)動(dòng)仿真按鈕，運(yùn)行的M文件程序Siganyundongfangzhen.m為：hf=figure('toolbar','none','position',[200200800600],'name',…'曲柄搖桿機(jī)構(gòu)動(dòng)畫');axis([-11,25,-11,21])strn1=get(e2,'string');strl1=get(e3,'string');strl2=get(e4,'string');strl3=get(e5,'string');strl4=get(e6,'string');l1=str2num(strl1);%曲柄1長(zhǎng)度l1(mm)l2=str2num(strl2);%連桿2長(zhǎng)度l2(mm)l3=str2num(strl3);%搖桿3長(zhǎng)度l3(mm)l4=str2num(strl4);%機(jī)架4長(zhǎng)度l4(mm)n1=str2num(strn1);%曲柄1轉(zhuǎn)速n1(r/min)M=-1;%裝配方式c=1;%曲柄1轉(zhuǎn)向ifc==1theta1=0:10:360;%原動(dòng)件角位移（逆時(shí)針）elsetheta1=0:-10:-360;%原動(dòng)件角位移（順時(shí)針）endtheta1=theta1*pi/180;%曲柄1的轉(zhuǎn)角th1(rad)omiga1=pi*n1/30;A=2*l1*l2*sin(theta1);B=2*l2*(l1*cos(theta1)-l4);C=l1^2+l2^2+l4^2-l3^2-2*l1*l4*cos(theta1);E=2*l1*l3*sin(theta1);F=2*l3*(l1*cos(theta1)-l4);G=l2^2-l1^2-l3^2-l4^2+2*l1*l4*cos(theta1);theta2=2*atan((A+M*sqrt(A.^2+B.^2-C.^2))./(B-C));%連桿2角位移th2(rad)theta3=pi-2*atan((E+M*sqrt(E.^2+F.^2-G.^2))./(F+G));%搖桿3角位移th3(rad)ax=0;ay=0;%鉸鏈A點(diǎn)坐標(biāo)bx=l1*cos(theta1);by=l1*sin(theta1);%鉸鏈B點(diǎn)坐標(biāo)cx=bx+l2*cos(theta2);cy=by+l2*sin(theta2);%鉸鏈C點(diǎn)坐標(biāo)dx=l4;dy=0;%鉸鏈D點(diǎn)坐標(biāo)%定義各構(gòu)件初始位置，定義線色、點(diǎn)型大小、擦除方式l1=line([ax,bx(1)],[ay,by(1)],'color','r','linestyle','-','linewidth',2,...'erasemode','xor');l2=line([bx(1),cx(1)],[by(1),cy(1)],'color','b','linestyle','-',...'linewidth',2,'erasemode','xor');l3=line([cx(1),dx],[cy(1),dy],'color','g','linestyle','-','linewidth',...2,'erasemode','xor');l4=line([ax,dx],[ay,dy(1)],'color','k','linestyle','-','linewidth',...2,'erasemode','xor');%定義各鉸鏈初始位置h1=line(ax,ay,'Color',[100],'Marker','.','MarkerSize',20,...'EraseMode','xor');h2=line(bx(1),by(1),'Color',[100],'Marker','.','MarkerSize',...20,'EraseMode','xor');h3=line(cx(1),cy(1),'Color',[100],'Marker','.','MarkerSize',...20,'EraseMode','xor');h4=line(dx,dy,'Color',[100],'Marker','.','MarkerSize',20,...'EraseMode','xor');theta1=theta1*180/pi;ifc==1xtick=0:10:360;elsextick=0:-10:-360;end%plot(theta1,theta3*180/pi,'parent',hh2,'linewidth',2)%set(hh2,'XTick',xtick)%h5=line(theta1(1),theta3(1)*180/pi,'Color',[100],'Marker','.','MarkerSize',...%20,'EraseMode','xor','parent',hh2);%set(get(hh2,'YLabel'),'String','搖桿3角位移（度）','Fontsize',8)%hh3=handles.axes3;%plot(theta1,omiga3,'parent',hh3,'linewidth',2)%set(hh3,'XTick',xtick)%set(get(hh3,'YLabel'),'String','搖桿3角速度（mm/s）','Fontsize',8)%h6=line(theta1(1),omiga3(1),'Color',[100],'Marker','.','MarkerSize',...%20,'EraseMode','xor','parent',hh3);%hh4=handles.axes4;%plot(theta1,alph3,'parent',hh4,'linewidth',2)%set(hh4,'XTick',xtick)%xlabel('曲柄1轉(zhuǎn)角（度）','Fontsize',8);ylabel(…'搖桿3角加速度（mm/s^2）','Fontsize',8);%h7=line(theta1(1),alph3(1),'Color',[100],'Marker','.','MarkerSize',...%20,'EraseMode','xor','parent',hh4);nn=5;%仿真次數(shù)mm=0;whilemm<nnfori=1:length(bx)set(h2,'xdata',bx(i),'ydata',by(i));set(h3,'xdata',cx(i),'ydata',cy(i));%set(h5,'xdata',theta1(i),'ydata',theta3(i)*180/pi);%set(h6,'xdata',theta1(i),'ydata',omiga3(i));%set(h7,'xdata',theta1(i),'ydata',alph3(i));set(l1,'xdata',[ax,bx(i)],'ydata',[ay,by(i)]);set(l2,'xdata',[bx(i),cx(i)],'ydata',[by(i),cy(i)]);set(l3,'xdata',[cx(i),dx],'ydata',[cy(i),dy]);b1=uicontrol('parent',hf,'units','points','tag','b1','style','pushbutton',…'string','關(guān)閉','backgroundcolor',[0.750.750.75],'position',…[260108024],'callback','close');pause(0.2);%控制運(yùn)動(dòng)速度drawnow;%刷新屏幕endmm=mm+1;end運(yùn)行該程序后，所得的交互界面，即曲柄搖桿機(jī)構(gòu)動(dòng)畫界面，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的各桿運(yùn)動(dòng)狀態(tài)如圖4-3所示：圖4-3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)動(dòng)畫界面4.5基于MATLAB的平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)清空及退出在第一節(jié)所得的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)參數(shù)輸入界面如圖4-1中，對(duì)輸入的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的清空，可點(diǎn)擊運(yùn)動(dòng)參數(shù)清空按鈕，運(yùn)行的M文件程序Qingkong4.m為：set(e1,'string','');set(e2,'string','');set(e3,'string','');set(e4,'string','');set(e5,'string','');set(e6,'string','');運(yùn)行該程序后，所得的交互界面，即曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的各桿運(yùn)動(dòng)參數(shù)清空界面，如圖4-4所示：退出在第一節(jié)所得的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)輸入界面，可點(diǎn)擊關(guān)閉按鈕。圖4-4曲柄搖桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)參數(shù)清空界面第5章平面六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析5.1構(gòu)建平面六桿機(jī)構(gòu)數(shù)學(xué)模型對(duì)于平面六桿機(jī)構(gòu)，如圖5-1所示，當(dāng)曲柄1做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑塊5做往復(fù)移動(dòng)，該機(jī)構(gòu)的行程速比系數(shù)大于1，有急回特性，且傳動(dòng)角較大。由圖可知,該機(jī)構(gòu)由構(gòu)件1、2、3、6組成的曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)和構(gòu)件3、4、5、6組成的擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)組成。以圖4-1為例構(gòu)建平面六桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，對(duì)曲柄導(dǎo)桿六桿機(jī)構(gòu)已知曲柄1長(zhǎng)度、機(jī)架2長(zhǎng)度、導(dǎo)桿3長(zhǎng)度、連桿4長(zhǎng)度和滑塊5距坐標(biāo)軸軸的距離，及其原動(dòng)件1的方向角，由原動(dòng)件1以角速度做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則其角加速度?，F(xiàn)需求該曲柄導(dǎo)桿六桿機(jī)構(gòu)在圖示位置時(shí)，對(duì)應(yīng)的滑塊2到坐標(biāo)原點(diǎn)C的位移、沿導(dǎo)桿3移動(dòng)的速度和沿導(dǎo)桿3移動(dòng)的加速度；對(duì)應(yīng)導(dǎo)桿3的角位移、角速度和角加速度；對(duì)應(yīng)連桿4的角位移、角速度和角加速度；及其對(duì)應(yīng)的滑塊5到坐標(biāo)軸軸的位移、沿軸移動(dòng)的速度和沿軸移動(dòng)的加速度。為便于解析，建立如圖4-1所示的直角坐標(biāo)系，其中曲柄AB長(zhǎng)度為、機(jī)架AC長(zhǎng)度為、滑塊2到坐標(biāo)原點(diǎn)C的位移、導(dǎo)桿CD長(zhǎng)度為、連桿DE長(zhǎng)度為和滑塊5距坐標(biāo)軸軸的距離，及其原動(dòng)件AB的方向角為，且原動(dòng)件AB以角速度做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則其角加速度。圖5-1平面六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖5.2平面六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析由第一節(jié)知，如圖5-1所示建立的直角坐標(biāo)系，根據(jù)機(jī)構(gòu)中由構(gòu)件1、2、3、6所構(gòu)成的曲柄導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)封閉鏈ABCA，可寫出矢量方程式：用復(fù)數(shù)矢量可表示為：（5-1）寫成兩個(gè)分量形式的代數(shù)式為：（5-2）對(duì)方程組(5-2)整理得：（5-3）則由方程組（5-3）中兩等式平方相加得：即滑塊2到坐標(biāo)原點(diǎn)C的位移為：（5-4）將式（5-4）代入方程組（5-2）得：如圖5-1，導(dǎo)桿3的角位移是從到之間變化，且反余弦函數(shù)的值域是從到，恰好滿足的變化范圍，則導(dǎo)桿3的角位移為：（5-5）由第一節(jié)知，原動(dòng)件AB以角速度做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)滑塊2沿導(dǎo)桿3移動(dòng)的速度為、導(dǎo)桿CD的角速度為，則由式（5-1）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得：（5-6）對(duì)式（5-6）中，每項(xiàng)乘以得：即（5-7）在式（5-7）中，取實(shí)部得：（5-8）即為滑塊2沿導(dǎo)桿3移動(dòng)的速度。在式（5-7）中，取虛部得：（5-9）即為導(dǎo)桿CD的角速度。由第一節(jié)知，原動(dòng)件AB以角速度做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則其角加速度。設(shè)滑塊2沿導(dǎo)桿3移動(dòng)的加速度為、導(dǎo)桿3的角加速度為，則由式（5-6）對(duì)時(shí)間求導(dǎo)得：（5-10）對(duì)式（5-10）中，每項(xiàng)乘以得：即（5-11）在式（5-11）中，取實(shí)部得：（5-12）即為滑塊2沿導(dǎo)桿3移動(dòng)的加速度。在式（5-11）中，取虛部得：（5-13）即為導(dǎo)桿3的角加速度。擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析由第一節(jié)知，如圖5-1所示建立的直角坐標(biāo)系，根據(jù)機(jī)構(gòu)中由構(gòu)件3、4、5、6所構(gòu)成的擺動(dòng)滑塊機(jī)構(gòu)封閉鏈CDEC，設(shè)點(diǎn)E在軸上的投影為點(diǎn)F，則可寫出矢量方程式：用復(fù)數(shù)矢量可表示為：（5-14）即寫成兩個(gè)分量形式的代數(shù)式為：（5-15）對(duì)方程組（5-15）整