基于Solidworks&SimMechanics的机构运动分析与仿真

    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。它既包括已知主动件的运动，求解机构中构件的运动参数的运动学正问题，也包括已知末端构件的运动，求解机构中构件的运动参数的运动学逆问题。它是机构设计、运动评价及运动控制的基础。通过对机构的运动分析，可以确定其中某些构件在运动时的所需空间，判断机构运动时各构件之间是否会产生干扰，也可以了解从动件的速度变化规律是否满足工作要求及了解机构的受力情况等。

    目前，机构运动分析的方法主要有图解法、解析法和实验法。图解法通过作图来确定机构中各构件的位置、速度及加速度，比较形象直观，但存在作图费时、作图精度差及计算精度差的缺点。解析法通过建立机构的位置方程、速度方程及加速度方程，以解方程的形式来确定机构中各构件的位置、速度及加速度，计算精度高，但存在机构复杂时方程建立困难、计算量大的缺点。而实验法需要一定的测试仪器及设备，分析成本高。

    利用计算机软件进行机构运动分析因其具有速度快、精度高的优势现已成为机构运动分析方法的首选。

1 基于SimMechanics的机构运动分析过程

    SimMechanics是MATLAB软件下的一个机构系统模块集，它可以对各种运动副连接的刚体进行建模与仿真，实现对机构系统进行动态性能分析与设计的目的。利用此工具进行机构分析不需要建立数学模型和编程，即可实现实时分析和机构运动状态的模拟显示，这将提高机构设计和研究人员的工作效率。

    1.1 SimMechanics模块组及机构建模过程

    SimMechanics模块组（见图1）提供了机构建模的必要模块。其中包含刚体子模块组(Bodies)、运动副模块组(Joints)、约束与驱动模块组(Constraints＆Drivers)、传感器与自动器模块组(Sensors＆Actuators)、力单元模块组(Force Elements)、接口单元模块组(Interface Elements)、辅助工具模块组(Utilities)。

    图1 SimMechanics模块组

    刚体子模块组(Bodies)包含4个模块（见图2）。

    图2 Bodies模块组

    机械环境(Machine Environment)、共享环境(Shared Environment)、机架(Ground)和刚体(Body)。环境模块是为仿真定义的一个环境。机架只有一个连接端，另外一端固定。剐体有2个连接端，一端为主动端，另一端为从动端，使用时可以定义质量、惯性矩、坐标原点，还可以设定刚体的初始位置和角度。