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基于MATLAB的四连杆机构运动分析及动态仿真 共21页
第一章 平面连杆机构设计概述
第一节 前言
在机构设计过程中，结构综合起着重要作用。把杆组看作是机构结构的单元，这个创始意念是前苏联机构学家阿苏尔所得出的，他的观点是每一个机构都是由机架、主动构件以及一个或若干个基本杆组所组成。这个结构逻辑的识别，使设计者通过清楚的杆组类型的识别与机构结构联系起来。而平面机构的运动分析是机构学中最基本、最典型的运动分析之一，进行机构运动分析是设计机构、研究机构的速度和加速度的变化规律以及进行受力分析的基础。而平面机构的运动分析，常采用解析法和图解法，图解法直观、方便，但精度低；解析法虽计算复杂，但精度高。随着计算机软硬件的快速发展，解析法在进行更高层次的理论研究中得到了更广泛的应用。
目前，MATLAB软件是功能强大的科学计算软件，被国内外高校和科研单位所使用。尤其是基于矩阵运算的数据处理，还可用符号运算计算解析解；还可以实现数值分析、图像处理等若干个领域的计算和图形显示功能。本文利用MATLAB软件中的符号计算和方程求解功能对平面连杆机构所建立的数学模型进行了编程、计算，设计了交互界面，为机构运动解析法提供了便捷的方法，为机构运动分析的通用软件的设计提供了基础。
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第二章 平面四杆机构运动分
第一节 铰链四杆机构曲柄存在条件
在铰链四杆机构中，允许两连接构件作相对整周旋转的转动副称为整转副。曲柄是以整转副与机架相连的连架杆，而摇杆则不是整转副与机架相连的连架杆。铰链四杆机构3种基本形式的根本区别在于两连架杆是否为曲柄。而两连架杆是否为曲柄又与各杆长度有关。归纳起来铰链四杆机构有一个曲柄的条件是：
（1） 最短杆与最长杆之和小于或等于其余两杆长度之和。
（2） 最短杆为连架杆。
由于平面四杆机构的自由度为1，故无论哪杆为机架，只要已知其中一个可动构件的位置必相应确定。因此，可以选任一杆为机架实现完全相同的相对运动关系，这称为运动的可逆性。利用它可在1个四杆机构中选取不同的构件作机架，以获得输出构件与输入构件间不同的运动特性。这一方法称为连杆机构的倒置。
可用以下方法判别铰链四杆机构的基本类型：
（1） 若机构满足杆长之和条件，则：
① 以最短杆的邻边为机架时为曲柄摇杆机构；
② 以最短杆为机架时为双曲柄机构；
③ 以最短杆的对边为机架时为双摇杆机构。
（2） 若机构不满足杆长之和的条件则只能成为双摇杆机构。
第二节 平面四杆机构的位移分析
以图2-1为例构建平面四杆机构的数学模型，对曲柄摇杆机构已知曲柄1长度 、连杆2长度 、摇杆3长度 和机架4长度 ，及其原动件1的方向角 ，由原动件1以角速度 做匀速转动，则其角加速度 ，现需求该曲柄摇杆机构在图示位置时对应的连杆2的角位移 、角速度 和角加速度 ，及其对应的摇杆3的角位移 、角速度 和角加速度 。
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