使用simmechanics进行连杆机构设计.doc

1、目录摘 要IAbstractII第一章 概述1 1.1课题背景1 1.2 设计的目的和意义2 1.3国内外研究及发展2 1.4软件介绍3 1.4.1 强大功能5 1.4.2机械系统建模5 1.4.3实体、铰链、约束和坐标系统5 1.4.4 作动器和传感器6 1.4.5机械系统动画显示6 1.4.6机械运动的仿真和分析6 1.5设计内容及技术要求7 1.5.1雷达天线的升降传动7 1.5.2雷达天线俯仰升举机构建模仿真8第二章 雷达天线升降俯仰机构设计9 2.1雷达天线9 2.2设计方案9 2.2.1雷达天线升降俯仰机构9 2.2.2机构连杆10 2.2.3零件组成11 2.2.4电机选择12

2、2.3升降连动杆原理12 2.3.1连杆机构设计13 2.3.2升降杆曲柄连杆机构设计14 2.3.3升降杆曲柄摇杆设计要求15第三章 SimMechanics建模及仿真19 3.1 SimMechanics建模仿真19 3.1.1 模型初始位置计算19 3.1.2 创建升降杆机构模型20 3.1.3各模块设置21 3.1.4添加作用器和传感器25 3.1.5仿真结果分析3 3.2 SimMechanics动态仿真3第四章 总结6参考文献7致 谢9摘 要在日常生活中，连杆机构是最常见的机械结构，解析法和图解法则是其运动分析的基本方法。解析法通常需要编制程序来完成大量的数据计算；作图法的精度较低

3、，虽然在实际中应用更为广泛，但不能对机构的性能进行仿真分析，渐渐地已不能满足工程需要。MATLAB软件中的Simulink和SimMechanics仿真工具箱，就针对这一问题，给广大设计人员带来了解决方案。MATLAB是目前国际上广泛使用的一种功能强大的工程计算和分析软件，被广泛应用于自动控制、机械设计等工程领域。利用MATLAB，我们可以方便对连杆进行仿真分析，完成对现有设备的设计方案以及对新产品的设计性能检验，在一切设计都已经完成之后做一个整体的评估，从而对自己的设计有个清醒的认识。现代雷达上俯仰机构和升举机构的运用显得格外重要，小至家用电视的锅盖卫星天线，大至军用防空雷达等都与俯仰机构密

4、不可分。雷达俯仰传动系统原有的基础上进行自定义参数的设计和选材，验证其方案可行性并建立三维实体模型。本文将进行雷达天线俯仰机构设计，通过使用SimMechanics在Simulink环境下建立机构模型，进行动态仿真，完成一个基于SimMechanics的雷达天线机构设计。关键词：；雷达升降机构；连杆机构；SimMechanicsAbstract In daily life, linkage is the most common mechanical structure, analytical and graphical methods are the basic methods of its

5、movement analysis. Analytical method often requires program to complete a large amount of data calculation; graphical method has a low precision, although it is applied more widely, but it cant get simulation analysis, also cant meet the engineering needs gradually. Simulink and SimMechanics simulat

6、ion toolbox in MATLAB software have solved this problem, it brings a solution to the majority of designers. MATLAB as a powerful engineering calculation and analysis software is widely used in automatic control, mechanical design, engineering internationally. With MATLAB, we can facilitate the simul

7、ation analysis of linkage and complete the equipment design and new product design and testing, after all designs have been completed, we can make a total assessment of our own design to have a clear understanding. Pitch mechanism and lift mechanism on the use of modern radar is particularly importa

8、nt. From a home television satellite antenna to the military air defense radar are closely related to the pitching mechanism.based on the original design and material selection of the parameters of the radar elevation drive system, the feasibility of the scheme is verified, and the 3D solid model is

9、 established.In this paper, the design of radar antenna mechanism is carried out by using SimMechanics in the Simulink environment to establish the mechanism model, and the dynamic simulation is carried out. The design of a radar antenna mechanism based on SimMechanics is completed.Keywords：Radar li

10、ft mechanism ; Connecting rod mechanism；SimMechanicsII第一章 概述1.1课题背景SimMechanics是Simulink和MATLAB对一个机械系统进行建模仿真。在SimMechanics环境中，对机构系统进行建模和仿真，有一套工具来设定构件的各种特性，如质量、惯性张量、旋转轴、坐标系统、运动约束，还可以初始化和测量机构系统的运动。在仿真之前，利用MATLAB图形系统， SimMechanics可视化工具可以简化为机构的直观显示。SimMechanics是物理建模的一部分，利用物理原理来对系统进行建模和设计。实际建模是在Simulink环

11、境当中，可以和Simulink中的其他工具箱实现无缝结合，不像Simulink中其他模块，SimMechanics是直接通过模块对实际构件和构件之间的关系进行建模。SimMechanics是一个模块库，库中模块使用环境为Simulink，具有特殊的仿真性质。通过特殊的Sensor和Actuator模块来连接Simulink中的标准模块。SimMechanics模块库中的模块都是建立机构所必需的，无论机构中有多少个刚体、连接和自由度。是进行控制器和对象系统跨领域/学科的研究分析环境。SimMechanics为多体动力机械系统及其控制系统提供了直观有效的建模分析手段，一切工作均在Simulink环

12、境中完成。它提供了大量对应实际系统的元件，如：刚体、铰链、约束、坐标系统、作动器和传感器等。使用这些模块可以方便的建立复杂机械系统的图示化模型，进行机械系统的单独分析或与任何Simulink设计的控制器及其它动态系统相连进行综合仿真1。SimMechanics为机械系统提供了如下仿真分析方式：正向动力学分析求机械系统在给定激励下的响应；逆向动力学分析求机械系统按给定运动结果时所需的力和力矩；运动学分析在约束条件下系统中的位移、速度和加速度，并做一致性检查；线性化分析求得系统在指定小扰动或初始状态下的线性化模型，分析系统响应性能；平衡点分析可以确定稳态平衡点，供系统分析和线性化使用。1.2 设计

13、的目的和意义作用在机械上的力, 不仅是影响机械的运动和动力性能的重要参数, 而且也是决定构件尺寸和结构形状的重要依据,机构运动分析是评价机械产品性能指标的主要方法之一。无论是对于新的机械设计，还是为了求解现有机械的运动性能，机构运动分析都是十分必要的2。Simulink是一款集成于Matlab中的仿真分析工具软件，该软件提供了一个系统建模、仿真和综合分析的集成开发环境。在该环境中，可以构造出不同类型的系统模型4。而Simulink中的SimMechanics是一个专门面向机械方面的机构动态建模工具包，它在机械产品开发过程中起着重要作用，使用该工具箱可在在Simulink环境下进行建模和动态仿真

14、分析, 还可在形成实际产品之前对某些参数进行修正，以便更好地满足设计要求。SimMechanics可以直接在Simulink 中使用,它以框图来描述模型的基本元素3。SimMechanic还能够将建立的机构模型与Simulink下由其它工具箱建立的控制系统模型结合起来，进行整体的仿真分析。这与其它通过编程实现或完全使用Simulink实现的仿真方法相比,这种整体仿真分析的方法能直观地表现机构模型的运行状态及存在的缺陷，使机构系统仿真存在的问题可以及时发现更易于解决10。本文将利用MATLAB进行雷达天线俯仰机构和升举机构设计，通过使用SimMechanics在Simulink环境下建立机构模型

15、，进行动态仿真，完成一个基于SimMechanics的雷达天线升降机构设计。1.3国内外研究及发展随着计算机图形图像显示技术的实用化，一些欧美的国家已经可以将所设计的机构在计算机的中以三维实体来描述，从而可以显示出它在整个运动周期循环，以观察机构的各个实际运动的空间情况。例如美国的Mechanical Inc公司研制软件就是集建模、求解、可视化为一体的虚拟样机软件。它可以产生复杂的机械系统真实的仿真其运动并且同时分析和比较多种参数方案，直到获得优化的工作性能。国内关于机构运动学和动力学分析与仿真技术的研究也开展的较早，近年来国内学者在平面连杆机构运动分析方面做了许多富有成效的工作。如果单从机构运动和动力学分析的理论来说，我国目前