SimMechanics的变胞机构动力学分析范文

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《机械杂志》2014年第六期

1仿真结果及分析

执行仿真命令，应用Simulink机械仿真部件查看机构运动情况并收集数据，利用MATLAB中plot命令出图，仿真结果如图3～图6所示。

由图4可看出，滑块的碰撞振动也会引起机构中其他杆件的微小振动，系统完成变胞后其他构件仍继续运行，且变胞机构发生构态转换后主动杆件变为驱动单自由度机构，其运行速度减缓。图5清晰的表明了变胞机构运行过程中的两个构态关系。图中滑块运动近乎停滞的部分即为构态2，此时刻由于滑块与挡板的碰撞阻碍了滑块的运动，因而达到了构态转换的效果。

从速度仿真结果可看出，变胞机构在变胞过程实际为一个碰撞振动的过程，碰撞不仅引起滑块在挡板附近发生振动，还会相应引起机构所有杆件的振动，很明显，变胞机构的全构态运行中，运行越平稳，机构稳定性越好，因此，如何抑制变胞机构在构态转换时发生的冲击振动，是变胞机构研究的一个重要课题。

为研究机构自身初始条件的改变对变胞机构构态转换过程的影响，将机构初始条件改变为l1＝0.1m，l2＝0.08m，l3＝0.04m，其他条件不变，得到新的仿真图像如图7～图9所示。由仿真图可见，当改变变胞机构杆长时，变胞机构处于第二构态的时间明显增长（碰撞振动时间），且振动幅度减弱，因此改变变胞机构的杆件长度，可有效抑制变胞机构的振动。

为研究系统驱动力的改变对变胞机构构态转换过程的影响，现将变胞机构的驱动力矩增大M＝－1N•m，F＝1.5N，其他条件不变，得到仿真图像如图10～图12所示。由仿真结果可知，当改变变胞机构的输入（激励），使得驱动力增大，在此条件下经仿真计算可知，此时变胞机构处于第二构态的时间将缩短，但通过放大变胞时刻速度图像可知，此时振动也较强。因此，改变变胞机构的输入条件，也可以有效抑制变胞机构的碰撞振动。

2结论

通过对五杆变胞机构进行动力学仿真，从结果可看出，变胞机构的碰撞振动会引起机构内全部杆件的振动，给机构带来不稳定的因素，使得运动不平稳，因此，寻求方法来抑制变胞机构构态转换时振动冲击引起的影响尤为重要。经试验研究证明，当改变变胞机构的初始杆长时，机构在运行过程中的冲击会明显减弱，同样，改变机构的输入时，变胞机构的冲击振动也会发生变化。因此，改变初始条件和系统激励可以有效抑制变胞机构的冲击振动影响。

仿真实验还证明，当变胞机构的杆长发生变化时，变胞机构处于第二构态（单自由度）时间明显增长，当机构驱动力改变时，第二构态时间明显减少，因此，改变机构的初始条件，也可以有效影响变胞机构两构态的运动时间。

作者：房书继王黎斌单位：杭州市特种设备检测研究院