【机械】基于matlab的铰链四杆机构运动分析

✅作者简介：热爱科研的Matlab仿真开发者，擅长数据处理、建模仿真、程序设计、完整代码获取、论文复现及科研仿真。

🍎 往期回顾关注个人主页：Matlab科研工作室

🍊个人信条：格物致知,完整Matlab代码及仿真咨询内容私信。

🔥 内容介绍

在机械工程领域，铰链四杆机构是最基础、应用最广泛的平面连杆机构之一。从缝纫机的挑线机构到汽车的雨刮器，从纺织机械的传动系统到工程机械的执行机构，其以结构简单、运动可靠、成本低廉的优势，成为实现旋转与往复运动转换的核心部件。深入掌握铰链四杆机构的运动分析方法，不仅是理解机械运动规律的关键，更是进行机构设计、优化与故障诊断的基础。本文将从机构构成入手，系统解析其运动特性、分析方法及工程应用，为相关领域的学习者与从业者提供全面参考。

一、铰链四杆机构的基本构成：认识 “四杆” 与 “铰链”

铰链四杆机构由四个刚性构件和四个转动铰链（低副） 组成，是平面四杆机构的 “基础模型”。其核心构成可拆解为以下四部分，各构件的功能与相对位置直接决定机构的运动形式：

1. 机架：机构中固定不动的构件，是其他构件运动的基准。例如，缝纫机中支撑整个传动系统的机身、汽车雨刮器的固定支架，均属于机架。机架的稳定性直接影响机构运动的精度，工程中通常采用高强度材料（如铸铁、合金钢材）制作，并通过螺栓与地面或设备主体刚性连接。

1. 连架杆：与机架直接相连的两个构件，分为 “曲柄” 和 “摇杆” 两类。其中，能绕机架铰链做整周连续旋转的连架杆称为 “曲柄”（如发动机曲轴、洗衣机脱水桶的传动轴）；只能绕机架铰链做一定角度往复摆动的连架杆称为 “摇杆”（如雨刮器的刮水臂、牛头刨床的滑枕驱动杆）。

1. 连杆：不与机架直接相连，仅连接两个连架杆的构件。连杆的作用是传递运动与力，将曲柄的旋转运动转换为摇杆的摆动（或反之），其长度与运动轨迹直接影响机构的工作范围。例如，缝纫机的挑线杆通过连杆带动，实现线迹的均匀缝制；剪板机的刀片通过连杆驱动，完成板材的剪切动作。

1. 转动铰链：连接相邻构件的低副，允许构件绕铰链轴线做相对转动（无相对移动）。铰链的结构形式通常为 “轴 - 孔配合”，工程中需通过润滑（如黄油、润滑油）减少摩擦磨损，保证运动的灵活性。铰链的间隙会导致运动误差，高精度设备（如精密机床）中常采用滚动轴承或精密配合件，将间隙控制在 0.01mm 以内。

根据连架杆的运动形式，铰链四杆机构可分为三种基本类型：曲柄摇杆机构（一 crank 一摇杆）、双曲柄机构（两连架杆均为曲柄）、双摇杆机构（两连架杆均为摇杆）。三种类型的划分依据是 “曲柄存在条件”—— 即最短杆与最长杆的长度之和，小于或等于其余两杆长度之和（称为 “格拉霍夫定理”），且最短杆需为机架或连架杆（若最短杆为连杆，则为双摇杆机构）。这一条件是判断机构运动形式的核心，也是后续运动分析的前提。

⛳️ 运行结果

📣 部分代码

%axes3：角加速度图像

%axes4：连杆未运动时的图像

%theta\omega\alpha\是以元胞数组的形式传入该函数，因此使用时要用cell2mat()函数，将其转换为普通数组

n1 = 1:361;

hd = pi/180; %方便角度转弧度

du = 180/pi; %方便弧度转角度

%取数

theta2 = cell2mat(theta(1));

theta3 = cell2mat(theta(2));

omega2 = cell2mat(omega(1));

omega3 = cell2mat(omega(2));

alpha2 = cell2mat(alpha(1));

alpha3 = cell2mat(alpha(2));

length1 = length.a;

length2 = length.b;

length3 = length.c;

length4 = length.d;

% length1 = length(1);

% length2 = length(2);

% length3 = length(3);

% length4 = length(4);

%角位移图像

axes(handles.weiyiplot); %当前操作的图像界面是axes1

plot(n1,theta2*du,n1,theta3*du,'k'); %杆2和杆3随角度变化所产生的位移图

xlabel('曲柄转角 \theta1/\circ'); % x坐标轴的标签是”曲柄转角“

ylabel('角位移/\circ'); % y坐标轴的标签是”角位移“

legend('theta2','theta3'); % 表明曲线所代表的是什么内容

grid on; %开启网格线

🔗 参考文献

[1]雷培,刘云霞.基于MATLAB的四连杆机构运动分析[J].机械工程与自动化, 2009(2):3.DOI:10.3969/j.issn.1672-6413.2009.02.028.

🎈 部分理论引用网络文献，若有侵权联系博主删除

 👇 关注我领取海量matlab电子书和数学建模资料 

🏆团队擅长辅导定制多种科研领域MATLAB仿真，助力科研梦：

🌟 各类智能优化算法改进及应用

生产调度、经济调度、装配线调度、充电优化、车间调度、发车优化、水库调度、三维装箱、物流选址、货位优化、公交排班优化、充电桩布局优化、车间布局优化、集装箱船配载优化、水泵组合优化、解医疗资源分配优化、设施布局优化、可视域基站和无人机选址优化、背包问题、 风电场布局、时隙分配优化、 最佳分布式发电单元分配、多阶段管道维修、 工厂-中心-需求点三级选址问题、 应急生活物质配送中心选址、 基站选址、 道路灯柱布置、 枢纽节点部署、 输电线路台风监测装置、 集装箱调度、 机组优化、 投资优化组合、云服务器组合优化、 天线线性阵列分布优化、CVRP问题、VRPPD问题、多中心VRP问题、多层网络的VRP问题、多中心多车型的VRP问题、 动态VRP问题、双层车辆路径规划（2E-VRP）、充电车辆路径规划（EVRP）、油电混合车辆路径规划、混合流水车间问题、 订单拆分调度问题、 公交车的调度排班优化问题、航班摆渡车辆调度问题、选址路径规划问题、港口调度、港口岸桥调度、停机位分配、机场航班调度、泄漏源定位、冷链、时间窗、多车场等、选址优化、港口岸桥调度优化、交通阻抗、重分配、停机位分配、机场航班调度、通信上传下载分配优化

🌟 机器学习和深度学习时序、回归、分类、聚类和降维

2.1 bp时序、回归预测和分类

2.2 ENS声神经网络时序、回归预测和分类

2.3 SVM/CNN-SVM/LSSVM/RVM支持向量机系列时序、回归预测和分类

2.4 CNN|TCN|GCN卷积神经网络系列时序、回归预测和分类

2.5 ELM/KELM/RELM/DELM极限学习机系列时序、回归预测和分类

2.6 GRU/Bi-GRU/CNN-GRU/CNN-BiGRU门控神经网络时序、回归预测和分类

2.7 ELMAN递归神经网络时序、回归\预测和分类

2.8 LSTM/BiLSTM/CNN-LSTM/CNN-BiLSTM/长短记忆神经网络系列时序、回归预测和分类

2.9 RBF径向基神经网络时序、回归预测和分类

2.10 DBN深度置信网络时序、回归预测和分类

2.11 FNN模糊神经网络时序、回归预测

2.12 RF随机森林时序、回归预测和分类

2.13 BLS宽度学习时序、回归预测和分类

2.14 PNN脉冲神经网络分类

2.15 模糊小波神经网络预测和分类

2.16 时序、回归预测和分类

2.17 时序、回归预测预测和分类

2.18 XGBOOST集成学习时序、回归预测预测和分类

2.19 Transform各类组合时序、回归预测预测和分类

方向涵盖风电预测、光伏预测、电池寿命预测、辐射源识别、交通流预测、负荷预测、股价预测、PM2.5浓度预测、电池健康状态预测、用电量预测、水体光学参数反演、NLOS信号识别、地铁停车精准预测、变压器故障诊断

🌟图像处理方面

图像识别、图像分割、图像检测、图像隐藏、图像配准、图像拼接、图像融合、图像增强、图像压缩感知

🌟 路径规划方面

旅行商问题（TSP）、车辆路径问题（VRP、MVRP、CVRP、VRPTW等）、无人机三维路径规划、无人机协同、无人机编队、机器人路径规划、栅格地图路径规划、多式联运运输问题、 充电车辆路径规划（EVRP）、 双层车辆路径规划（2E-VRP）、 油电混合车辆路径规划、 船舶航迹规划、 全路径规划规划、 仓储巡逻、公交车时间调度、水库调度优化、多式联运优化

🌟 无人机应用方面

无人机路径规划、无人机控制、无人机编队、无人机协同、无人机任务分配、无人机安全通信轨迹在线优化、车辆协同无人机路径规划、

🌟 通信方面

传感器部署优化、通信协议优化、路由优化、目标定位优化、Dv-Hop定位优化、Leach协议优化、WSN覆盖优化、组播优化、RSSI定位优化、水声通信、通信上传下载分配

🌟 信号处理方面

信号识别、信号加密、信号去噪、信号增强、雷达信号处理、信号水印嵌入提取、肌电信号、脑电信号、信号配时优化、心电信号、DOA估计、编码译码、变分模态分解、管道泄漏、滤波器、数字信号处理+传输+分析+去噪、数字信号调制、误码率、信号估计、DTMF、信号检测

🌟电力系统方面

微电网优化、无功优化、配电网重构、储能配置、有序充电、MPPT优化、家庭用电、电/冷/热负荷预测、电力设备故障诊断、电池管理系统（BMS）SOC/SOH估算（粒子滤波/卡尔曼滤波）、 多目标优化在电力系统调度中的应用、光伏MPPT控制算法改进（扰动观察法/电导增量法）、电动汽车充放电优化、微电网日前日内优化、储能优化、家庭用电优化、供应链优化

🌟 元胞自动机方面

交通流 人群疏散 病毒扩散 晶体生长 金属腐蚀

🌟 雷达方面

卡尔曼滤波跟踪、航迹关联、航迹融合、SOC估计、阵列优化、NLOS识别

🌟 车间调度

零等待流水车间调度问题NWFSP 、 置换流水车间调度问题PFSP、 混合流水车间调度问题HFSP 、零空闲流水车间调度问题NIFSP、分布式置换流水车间调度问题 DPFSP、阻塞流水车间调度问题BFSP

👇

5 往期回顾扫扫下方二维码