连杆机构运动分析力分析Matlab语言m文件使用说明及算例新.docx

1、连杆机构运动分析力分析Matlab语言m文件使用说明及算例新1. 构件上点的运动分析函数文件（m文件）格式：function 输出参数 = 函数名（ 输入参数 ）p_crank.m function p_Nx,p_Ny=p_crank(Ax,Ay,theta,phi,l1)v_crank.mfunction v_Nx,v_Ny=v_crank(l1,v_Ax,v_Ay,omiga,theta,phi)a_crank.mfunction a_Nx,a_Ny=a_crank(l1,a_Ax,a_Ay,alpha,omiga,theta,phi)函数中的符号说明函数中的符号说明p_Nx，p_Nyv_

2、Nx，v_Nya_Nx，a_NylAx，Ayv_Ax，v_Aya_Ax，a_AythetaphiomigaalphaN点位置在x、y轴方向的分量N点速度在x、y轴方向的分量N点加速度在x、y轴方向的分量AN杆长度A点位置在x、y轴方向的分量A点速度在x、y轴方向的分量A点加速度在x、y轴方向的分量AB杆与x轴夹角AN与AB杆夹角（构件结构参数）AB杆角速度AB杆角加速度2. RRR级杆组运动分析实线位置，m=1虚线位置，m= -1CDBC C drDDxOyBrB 2 2， 2 3， 3l332 3l2 RRR级杆组运动分析函数文件（m文件）格式：function 输出参数 = 函数名（ 输入

3、参数 ）p_RRR.m function cx,cy,theta2,theta3=p_RRR(bx,by,dx,dy,l2,l3,m)v_RRR.m function vcx,vcy,omiga2,omiga3=v_RRR(vbx,vby,vdx,vdy,cx,cy,bx,by,dx,dy) a_RRR.m function acx,acy,alpha2,alpha3=a_RRR(abx,aby,adx,ady,cx,cy,bx,by,dx,dy,omiga2,omiga3) 函数中的符号说明函数中的符号说明bx，bycx，cydx，dyvbx，vbyvcx，vcyvdx，vdyabx，aby

4、acx，acyadx，adyl2，l3theta2，theta3omiga2，omiga3alpha2，alpha3mB点位置在x、y轴方向的分量C点位置在x、y轴方向的分量D点位置在x、y轴方向的分量B点速度在x、y轴方向的分量C点速度在x、y轴方向的分量D点速度在x、y轴方向的分量B点加速度在x、y轴方向的分量C点加速度在x、y轴方向的分量D点加速度在x、y轴方向的分量BC杆和CD杆的长度BC杆和CD杆与x轴的夹角BC杆和CD杆的角速度BC杆和CD杆的角加速度杆组的装配模式系数3. RRP级杆组运动分析Cs rPBl2s rC dCs rPBl2s rC dl2d实线位置，BCP 90，m

5、=-1 l2dBCP 90，m=1 3， 3 2， 22dCsrrBPxOyBrP 2RRP级杆组运动分析rC 3l23 函数文件（m文件）格式：function 输出参数 = 函数名（ 输入参数 ）p_RRP.m function cx,cy,sr,theta2=p_RRP(bx,by,px,py,theta3,l2,m) v_RRP.mfunction vcx,vcy,vr,omiga2=v_RRP(bx,by,cx,cy,vbx,vby,vpx,vpy,theta2,theta3,l2,sr,omiga3)a_RRP.m function acx,acy,ar,alpha2=a_RRP(

6、bx,by,cx,cy,px,py,abx,aby,apx,apy,theta3,vr,omiga2,omiga3,alpha3)函数中的符号说明函数中的符号说明bx，bycx，cypx，pyvbx，vbyvcx，vcyvpx，vpyabx，abyacx，acyapx，apyl2theta2，theta3omiga2，omiga3alpha2，alpha3sr，vr，armB点位置在x、y轴方向的分量C点位置在x、y轴方向的分量P点位置在x、y轴方向的分量B点速度在x、y轴方向的分量C点速度在x、y轴方向的分量P点速度在x、y轴方向的分量B点加速度在x、y轴方向的分量C点加速度在x、y轴方向的

7、分量P点加速度在x、y轴方向的分量BC杆的长度BC杆和滑块导路与x轴的夹角BC杆和滑块导路的角速度BC杆和滑块导路杆的角加速度滑块上C点相对于参考点P的位移、速度、加速度杆组的装配模式系数4. RPR级杆组运动分析 3， 32 Dsr NxOyB 2RRP级杆组运动分析C 3l33实线位置，m=1虚线位置，m= -1eN函数文件（m文件）格式：function 输出参数 = 函数名（ 输入参数 ）p_RPR.m function dx,dy,sr,theta3=p_RPR(bx,by,cx,cy,e,l3,m)v_RPR.m function vdx,vdy,omiga3,vr=v_RPR(b

8、x,by,cx,cy,dx,dy,vcx,vcy,vbx,vby,theta3)a_RPR.m function adx,ady,alpha3,ar=a_RPR(bx,by,cx,cy,dx,dy,acx,acy,abx,aby,vr,omiga3,theta3)函数中的符号说明函数中的符号说明bx，bycx，cydx，dyvbx，vbyvcx，vcyvdx，vdyabx，abyacx，acyadx，adyl3etheta3omiga3alpha3sr，vr，armB点位置在x、y轴方向的分量C点位置在x、y轴方向的分量D点位置在x、y轴方向的分量B点速度在x、y轴方向的分量C点速度在x、y轴

9、方向的分量D点速度在x、y轴方向的分量B点加速度在x、y轴方向的分量C点加速度在x、y轴方向的分量D点加速度在x、y轴方向的分量ND杆的长度内接移动副导路至B点的偏心距ND杆与x轴的夹角ND杆的角速度ND杆的角加速度滑块上C点相对于N点的位移、速度、加速度杆组的装配模式系数5. RRR级杆组力分析RRR级杆组力分析xOyDBF223S2M2CS3M3F3BF2y2S2M2C R23x R23yF2xR12yR12xF3xD3CS3M3R23xR23y-R34x-R34yF3y函数文件（m文件）格式：function 输出参数 = 函数名（ 输入参数 ）F_RRR.m function R12x

10、,R12y,R23x,R23y,R34x,R34y=F_RRR(bxy,cxy,dxy,s2,s3,m2,m3, Js2,Js3,M2,M3,F2,F3,as2,as3,alpha2,alpha3)函数中的符号说明函数中的符号说明bxycxydxys2，s3m2，m3Js2，Js3M2，M3F2，F3as2，as3alpha2，alpha3R12x，R12y，R23x，R23yR34x，R34yB点位置在x、y轴方向的分量C点位置在x、y轴方向的分量D点位置在x、y轴方向的分量构件2、构件3的质心位置在x、y轴方向的分量构件2、构件3的质量构件2、构件3绕其质心的转动惯量作用在构件2、构件3质

11、心上的主矩作用在构件2、构件3质心上的主矢构件2、构件3质心加速度在x、y轴方向的分量构件2、构件3的角加速度运动副B、C、D中的约束反力6. RRP级杆组力分析RRP级杆组力分析xOyCF22S2M2BS3M3F33 R23xF2xR12yR12x-R23yF2yC2S2M2B 3NR23y-R34CS3M3F3y3F3xR23x函数文件（m文件）格式：function 输出参数 = 函数名（ 输入参数 ）F_RRP.m function R12x,R12y,R23x,R23y,R34x,R34y,lcn=F_RRP(bxy,cxy,s2,s3,m2,m3, Js2,Js3,M2,M3,F2

12、,F3,theta3,as2,as3,alpha2,alph3)函数中的符号说明函数中的符号说明bxycxys2，s3m2，m3Js2，Js3M2，M3F2，F3theta3as2，as3alpha2，alpha3R12x，R12y，R23x，R23yR34x，R34ylcnB点位置在x、y轴方向的分量C点位置在x、y轴方向的分量构件2、构件3的质心位置在x、y轴方向的分量构件2、构件3的质量构件2、构件3绕其质心的转动惯量作用在构件2、构件3质心上的主矩作用在构件2、构件3质心上的主矢滑块导路与x轴的夹角构件2、构件3质心加速度在x、y轴方向的分量构件2、构件3的角加速度运动副B、C中的约束

13、反力移动副的约束反力力R34的作用点位置7. RPR级杆组力分析RPR级杆组力分析xOyDCF3S2M3BS3M2F22 R343NDF3xM3BS3 R34x3 R34yR23yR23x R35x R35yF3y 3R12xNS2M2F2x2 R23F2yR12yNNC函数文件（m文件）格式：function 输出参数 = 函数名（ 输入参数 ）F_RPR.m function R12x,R12y,R23x,R23y,R35x,R35y,lcn=F_RRP(bxy,cxy,dxy,s2,s3, m2,m3,Js2,Js3,M2,M3,F2,F3,R34,theta3,as2,as3,alph

14、a3)函数中的符号说明函数中的符号说明bxycxydxys2，s3m2，m3Js2，Js3M2，M3F2，F3R34theta3as2，as3alpha3R12x，R12y，R35x，R35yR23x，R23ylcnB点位置在x、y轴方向的分量C点位置在x、y轴方向的分量D点位置在x、y轴方向的分量构件2、构件3的质心位置在x、y轴方向的分量构件2、构件3的质量构件2、构件3绕其质心的转动惯量作用在构件2、构件3质心上的主矩作用在构件2、构件3质心上的主矢杆组外构件作用在构件3上的约束反力ND杆与x轴的夹角构件2、构件3质心加速度在x、y轴方向的分量构件3的角加速度运动副C、B中的约束反力滑块

15、的约束反力力R23的作用点位置8. 作用有平衡力的构件力分析NAF1y1S1M1F1xR01yR01x作用有平衡力的构件力分析xOy-R12xBMb-R12y函数文件（m文件）格式：function 输出参数 = 函数名（ 输入参数 ）F_Bar.m function R01x,R01y,Mb=F_Bar(axy,bxy,s1,m1,Js1,M1,F1,R12,as1,alpha1)函数中的符号说明函数中的符号说明axybxys1m1Js1M1F1as1alpha1R12x，R12yR01x，R01yMbA点位置在x、y轴方向的分量B点位置在x、y轴方向的分量构件1的质心位置在x、y轴方向的分

16、量构件1的质量构件1绕其质心的转动惯量作用在构件1质心上的主矩作用在构件1质心上的主矢构件1质心加速度在x、y轴方向的分量构件1的角加速度作用在运动副B中的约束反力运动副A的约束反力平衡力矩9. 平面连杆机构运动分析算例曲柄摇杆机构l1xAyBDCl2l4l3例1图示曲柄摇杆机构，已知l1 150mm，l2 220mm，l3 250mm，l4 300mm，曲柄以n1 100r/min逆时针匀速转动，分析该机构的运动。主程序% 曲柄摇杆机构运动分析clc,clearl1=150;% 曲柄长度l2=220;% 连杆长度l3=250;% 摇杆长度l4=300;% 机架长度n=100;% 曲柄转速m=

17、1;% RRR II级杆组装配模式系数omiga1=2*pi*n/60;alpha1=0;% 曲柄角速度、角加速度ax=0;ay=0;vax=0;vay=0;aax=0;aay=0;% A点位置、速度、加速度dx=l4;dy=0;vdx=0;vdy=0;adx=0;ady=0;% D点位置、速度、加速度phi=0;% 曲柄的结构参数theta1=0:10:360;% 曲柄转角(每隔10计算一次)theta1=theta1*pi/180;% 调用crank函数，计算B点运动参数bx,by=p_crank(ax,ay,theta1,phi,l1);vbx,vby=v_crank(l1,vax,va

18、y,omiga1,theta1,phi);abx,aby=a_crank(l1,aax,aay,alpha1,omiga1,theta1,phi);% 调用RRR函数，计算BC杆和CD杆以及C点运动参数cx,cy,theta2,theta3=p_RRR(bx,by,dx,dy,l2,l3,m);vcx,vcy,omiga2,omiga3=v_RRR(vbx,vby,vdx,vdy,cx,cy,bx,by,dx,dy);acx,acy,alpha2,alpha3=a_RRR(abx,aby,adx,ady,cx,cy,bx,by,dx,dy,omiga2,omiga3);% 绘制运动线图thet

19、a1=theta1*180/pi;figure(1)subplot(3,1,1);plot(theta1,cx,-,theta1,cy,:r),grid onxlabel(曲柄转角( );ylabel(位移(mm/s);legend(C点x方向位移,C点y方向位移);subplot(3,1,2);plot(theta1,vcx,-,theta1,vcy,:r),grid onxlabel(曲柄转角( );ylabel(速度(mm/s);legend(C点x方向速度,C点y方向速度);subplot(3,1,3);plot(theta1,acx,-,theta1,acy,:r),grid onx

20、label(曲柄转角( );ylabel(加速度(mm/s2);legend(C点x方向加速度,C点y方向加速度);figure(2)subplot(2,1,1);plot(theta1,theta3*180/pi),grid onxlabel(曲柄转角( );ylabel(摇杆角位移( );subplot(2,1,2);plot(theta1,omiga3),grid onxlabel(曲柄转角( );ylabel(摇杆角速度(rad/s);subplot(2,1,3);plot(theta1,alpha3),grid onxlabel(曲柄转角( );ylabel(摇杆角加速度(/rad/

21、s2);曲柄滑块机构exAyBOC 2srl2 1例2图示曲柄滑块机构，已知l1 150mm，l2 150mm，e 25mm，曲柄以n1 955r/min逆时针匀速转动，分析该机构的运动。主程序% 曲柄滑块机构运动分析clc,clearl1=50;% 曲柄长度l2=150;% 连杆长度e=25;% 偏距n=955;% 曲柄转速m=1;% RRP II级杆组装配模式系数omiga1=2*pi*n/60;alpha1=0;% 曲柄角速度、角加速度ax=0;ay=e;vax=0;vay=0;aax=0;aay=0;% A点位置、速度、及速度px=0;py=0;%滑块导路上一定点（选为O点）的坐标vp

22、x=0;vpy=0;apx=0;apy=0;% 滑块导路上一定点的速度、加速度theta3=0;omiga3=0;alpha3=0;% 滑块导路角位置、角速度、角加速度phi=0;% 曲柄的结构参数theta1=0:30:360;% 曲柄转角(每隔10计算一次)theta1=theta1*pi/180;% 调用crank函数，计算B点运动参数bx,by=p_crank(ax,ay,theta1,phi,l1);vbx,vby=v_crank(l1,vax,vay,omiga1,theta1,phi);abx,aby=a_crank(l1,aax,aay,alpha1,omiga1,theta1

23、,phi);% 调用RRP函数，计算BC杆和滑块的运动参数cx,cy,sr,theta2=p_RRP(bx,by,px,py,theta3,l2,m);vcx,vcy,vr,omiga2=v_RRP(bx,by,cx,cy,vbx,vby,vpx,vpy,theta2,theta3,l2,sr,omiga3);acx,acy,ar,alpha2=a_RRP(bx,by,cx,cy,px,py,abx,aby,apx,apy,theta3,vr,omiga2,omiga3,alpha3);% 绘制运动线图crankx=l1.*cos(theta1);cranky=e+l1.*sin(theta1

24、);theta1=theta1*180/pi;figure(1)subplot(3,1,1);plot(theta1,cx,r),grid onxlabel(曲柄转角( );ylabel(滑块位移(mm/s);subplot(3,1,2);plot(theta1,vcx,r),grid onxlabel(曲柄转角( );ylabel(滑块速度(mm/s);subplot(3,1,3);plot(theta1,acx,r),grid onxlabel(曲柄转角( );ylabel(滑块加速度(mm/s2);3D摆动导杆机构hxABC1 1srl1 32例3 图示摆动导杆机构，已知l1 280mm

25、，h 380mm，lCD 840mm，曲柄1以 1 18.012rad/逆时针匀速转动，分析该机构的运动。主程序% RPR II级杆组运动分析程序检验clc,clearl1=280;% 曲柄长度h=380;% 机架长度lcd=840;% 导杆长度e=0;% 内接移动副导路至C点的偏心距m=1;% RPR II级杆组装配模式系数phi=0;% 曲柄的结构参数omiga1=18.021;alpha1=0;% 曲柄角速度、角加速度ax=0;ay=h;vax=0;vay=0;aax=0;aay=0;% A点位置、速度、加速度cx=0;cy=0;vcx=0;vcy=0;acx=0;acy=0;% C点位

26、置、速度、加速度theta1=(0:5:360)*pi/180;% 曲柄转角(每隔5计算一次)% 调用crank函数，计算B点运动参数bx,by=p_crank(ax,ay,theta1,phi,l1);vbx,vby=v_crank(l1,vax,vay,omiga1,theta1,phi);abx,aby=a_crank(l1,aax,aay,alpha1,omiga1,theta1,phi);% 调用RPR函数，计算BC杆运动参数dx,dy,sr3,theta3=p_RPR(cx,cy,bx,by,e,lcd,m);vdx,vdy,omiga3,vr3=v_RPR(cx,cy,bx,by

27、,dx,dy,vbx,vby,vcx,vcy,theta3);adx,ady,alpha3=a_RPR(cx,cy,cx,by,dx,dy,abx,aby,acx,acy,vr3,omiga3,theta3);% 绘制运动线图theta1=theta1*180/pi;subplot(3,1,1);plot(theta1,theta3*180/pi,r),grid onxlabel(曲柄转角( );ylabel(摇杆角位移( );subplot(3,1,2);plot(theta1,omiga3,r),grid onxlabel(曲柄转角( );ylabel(摇杆角速度(rad/s);subplot(3,1,3);plot(theta1,alpha3,r),grid onxlabel(曲柄转角( );ylabel(摇杆角加速度(rad/s2);DEFy5B六杆机构xAC6 1H2H14321