基于Simulink的偏置搖桿滑塊機構運動仿真分析

曾鵬 李永平

摘要：針對偏置搖桿滑塊機構，綜合利用函數解析法與矢量法對其機構建立運動模型，在Simulink軟件環境下建立該方程的運動仿真模型，并進行運動學仿真分析，以滑塊為主動件，輸入滑塊的不同運動狀態，研究其他構件的運動特性，并得到相關的運動曲線。通過分析各構件的運動特性，能清晰地掌握其運動規律，該研究方法及結論為進一步機構設計與控制提供依據。

關鍵詞： 偏置搖桿滑塊機構; 運動分析; Simulink仿真

【Abstract】 For the offset rocker-slider mechanism， the function analysis and vector method are used to establish the motion model. The motion simulation model of the equation is established in the Simulink software environment， and the kinematics simulation analysis is performed. The active part inputs the different motion states of the slider to study the motion characteristics of other components and obtain the relevant motion curve. By analyzing the motion characteristics of each component， the motion law can be clearly grasped. The research method and conclusion provide the basis for further mechanism design and control.

【Key words】 ?offset rocker-slider mechanism; motion analysis; Simulink simulation

0 引 言

[JP2]隨著工業機械日益發展，對機構設計則提出更高的要求。平面連桿機構是由若干剛性構件用低副聯接而組成，由于連桿機構具有承載能力強、工作可靠、結構簡單、制造方便等優勢，故被廣泛應用在各種機械和儀器設備里[1-3]。偏置搖桿滑塊機構是一種特殊的平面四連桿機構，通過對其構件狀態及尺寸進行仿真調整，并配合相應的運動控制能有效地獲得機構各鉸鏈的運動狀態，以解決工程上的實際問題。李獻奇等人[4]、李建平等人[5]等人基于搖桿滑塊機構各個構件的幾何關系詳細地介紹了搖桿滑塊機構的定義以及種類和相關特性，并分析在農業機械領域的相關運用，為相關機構組合設計提供了思路。周舟等人[6]利用Pro/E軟件和Adams仿真軟件對搖桿滑塊及同步帶送料機構進行運動學仿真分析，最終獲得理想的輸出曲線，驗證其設計的可行性。許海強等人[7]通過Matlab與SolidWorks軟件建立機構的優化設計數學模型，并求解最優參數與運動分析。盧全國等人[8]基于TRIZ理論介紹了四桿機構演化儀的創新設計，并運用復數矢量法對其機構進行運動分析及仿真，獲得機構的精確運動特性。由于Matlab具有先天的參數化特征，并在Simulink環境下建立機構模型，通過仿真分析可以方便觀察機構運動特性的變化，為后續產品設計提供了一種快速修改參數達到理想物理性能的解決方案[9-11]。

由于大量文獻都是以曲柄或搖桿為主動件，對其滑塊進行運動仿真分析，本文在研究目前已有相關文獻后，以滑塊為主動件，通過解析法與矢量法對偏置搖桿滑塊建立數學建模，然后在Matlab/Simulink環境下建立機構模型，研究在滑塊勻速或勻加速運動下，仿真出連桿和搖桿的運動特性，為后續進一步工程運用研究提供了可靠依據。

1 搖桿滑塊機構運動學方程

1.1 搖桿滑塊機構的組成

分析仿真結果曲線可以看出，當滑塊輸入狀態不同時，仿真曲線具有較大的差異。連桿和搖桿的角位移曲線變化趨勢相近，而角加速度曲線相差較大，當滑塊勻加速度時，其他構件的角速度變化趨勢[CM（22]都比較平穩且相似，而當滑塊勻速時，連桿與搖桿的[CM）][LL]角速度曲線呈現互補的狀態，但從兩者的角速度曲線不難發現，其變化率大致相同，即加速度相似。從圖6～圖9各曲線可以看出，各構件的運動特性都比較吻合，說明當控制滑塊勻加速度時，整個機構更容易達到穩態，也更方便控制，可為工程領域里提供有效的參考基礎。

3 結束語

本文通過對偏置搖桿滑塊機構進行運動學建模與Simulink仿真分析，得到相應的函數模型及各構件在滑塊不同狀態輸入下的運動特性。基于仿真軟件強大的參數化與矩陣計算能力，該方法只需修改參數和函數模塊，就能得到各參數間的相互關系，精度效率高。通過分析各構件的運動特性，能清晰地掌握其運動規律，可以在模型里調節各參數來達到預期的運動軌跡，為機構設計與控制提供依據，并將結論運用到工程領域里，解決實際問題。

參考文獻

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