本书面向复杂设备性能提升与智能运维需求，以四杆机构为研究基点，系统开展“建模—仿真—验证”全链路研究。
全书共12章，第1章阐述研究背景与现状;第2章以平面四杆机构为对象，对比MATLAB/Simulink数学模型与SimMechanics物理模型的仿真特性;第3、4章深入研究曲柄摇杆与曲柄滑块机构，实现“理论—仿真—实验”三重校验;第5~12章面向工程实际，依次研究碎矿、刮刷连杆、抓片、椭圆、压包、飞剪、搅拌及起重8类典型工业机构。
本书构建“理论推导—虚拟仿真—实物验证”三位一体的标准化研究范式，为复杂多杆系统的虚实同步、误差补偿与寿命预测提供方法论指导，可供机械工程与智能制造领域的研究人员参考。

第1章 绪论 001
1.1 研究背景与意义 001
1.2 国内外研究现状 002
1.3 本文的主要研究内容 003

第2章 复杂设备四杆机构运动建模与动态行为研究 005
2.1 引言 005
2.2 平面四杆机构运动学分析 005
2.2.1 平面四杆机构自由度计算 006
2.2.2 角位移分析 006
2.2.3 角速度分析 006
2.2.4 角加速度分析 006
2.2.5 四杆机构的初始参数值计算 007
2.3 平面四杆机构动态仿真分析 008
2.3.1 平面四杆机构数值建模仿真分析 008
2.3.2 平面四杆机构机械建模仿真分析 012
2.4 小结 020

第3章 复杂设备曲柄摇杆机构运动建模与动态行为研究 021
3.1 引言 021
3.2 曲柄摇杆机构运动学分析 021
3.2.1 机构的封闭矢量位置分析 021
3.2.2 复数矢量法分析 022
3.2.3 角位移分析 022
3.2.4 角速度分析 025
3.2.5 角加速度分析 025
3.3 实验测试 026
3.3.1 实验平台结构 026
3.3.2 曲柄摇杆机构搭接测试 027
3.3.3 实验测试分析 027
3.4 曲柄摇杆机构动态仿真分析 028
3.4.1 机械建模仿真模块选择 028
3.4.2 仿真模型搭建 028
3.4.3 各模块参数设置 030
3.4.4 仿真结果分析与动态行为研究 031
3.5 小结 034

第4章 复杂设备曲柄滑块机构运动建模与动态行为研究 036
4.1 引言 036
4.2 曲柄滑块机构运动学分析 036
4.2.1 位移分析 036
4.2.2 速度分析 037
4.2.3 加速度分析 037
4.3 实验测试 037
4.3.1 曲柄滑块机构搭接测试 037
4.3.2 实验测试分析 038
4.4 曲柄滑块机构动态仿真分析 039
4.4.1 机械建模仿真模块选择 039
4.4.2 仿真模型搭建 039
4.4.3 各模块参数设置 041
4.4.4 仿真结果分析与动态行为研究 042
4.5 曲柄滑块机构应用 045
4.5.1 运动学分析 045
4.5.2 运动仿真与动态行为研究 046
4.6 小结 052

第5章 复杂设备碎矿机构运动建模与动态行为研究 053
5.1 引言 053
5.2 实验测试分析 053
5.2.1 实验平台结构与工作原理 053
5.2.2 碎矿机构搭接 054
5.3 碎矿机构运动学分析 054
5.3.1 角位移分析 054
5.3.2 角速度分析 055
5.3.3 角加速度分析 055
5.3.4 碎矿机构数据整理 056
5.4 碎矿机构建模与动态仿真分析 056
5.4.1 碎矿机构仿真模块选择 056
5.4.2 碎矿机构仿真模型的搭建 057
5.4.3 仿真结果分析与动态行为研究 059
5.5 小结 063

第6章 复杂设备刮刷连杆机构运动建模与动态行为研究 064
6.1 引言 064
6.2 刮刷连杆机构搭接 064
6.3 刮刷连杆机构运动学分析 065
6.3.1 自由度的计算 065
6.3.2 角位移分析 065
6.3.3 角速度分析 066
6.3.4 角加速度分析 066
6.3.5 刮刷连杆机构数据计算 066
6.4 刮刷连杆机构建模与动态仿真分析 068
6.4.1 刮刷连杆机构仿真模块选择 068
6.4.2 刮刷连杆机构仿真模型的搭建 068
6.4.3 仿真结果分析与动态行为研究 070
6.5 小结 073

第7章 复杂设备抓片机构运动建模与动态行为研究 074
7.1 引言 074
7.2 抓片机构搭接 074
7.3 抓片机构运动学分析 075
7.3.1 自由度的计算 075
7.3.2 角位移分析 076
7.3.3 角速度分析 076
7.3.4 角加速度分析 076
7.3.5 抓片机构数据计算 077
7.4 抓片机构建模与动态仿真分析 078
7.4.1 抓片机构仿真模块选择 078
7.4.2 抓片机构仿真模型的搭建 078
7.4.3 仿真结果分析与动态行为研究 081
7.5 小结 084

第8章 复杂设备椭圆机构运动建模与动态行为研究 085
8.1 引言 085
8.2 椭圆机构搭接 085
8.3 椭圆机构运动学分析 086
8.3.1 自由度的计算 086
8.3.2 位移分析 086
8.3.3 速度分析 087
8.3.4 加速度分析 087
8.3.5 椭圆机构数据计算 087
8.4 椭圆机构建模与动态仿真分析 088
8.4.1 椭圆机构仿真模块选择 088
8.4.2 椭圆机构仿真模型的搭建 088
8.4.3 仿真结果分析与动态行为研究 091
8.5 小结 095

第9章 复杂设备压包机构运动建模与动态行为研究 096
9.1 引言 096
9.2 压包机构的实验搭接 096
9.3 压包机构运动学分析 097
9.3.1 自由度的计算 097
9.3.2 角位移分析 098
9.3.3 角速度分析 098
9.3.4 角加速度分析 098
9.3.5 压包机构的初始参数值计算 099
9.4 压包机构建模与动态仿真分析 100
9.4.1 压包机构仿真模块选择 100
9.4.2 压包机构模型的搭建 101
9.4.3 仿真结果分析与动态行为研究 104
9.5 小结 108

第10章 复杂设备飞剪机构运动建模与动态行为研究 109
10.1 引言 109
10.2 飞剪机构的实验搭接 109
10.3 飞剪机构运动学分析 110
10.3.1 自由度的计算 110
10.3.2 角位移分析 111
10.3.3 角速度分析 111
10.3.4 角加速度分析 111
10.4 飞剪机构建模与动态仿真分析 112
10.4.1 飞剪机构数据分析 112
10.4.2 飞剪机构仿真模型的搭建 113
10.4.3 仿真结果分析与动态行为研究 117
10.5 小结 120

第11章 复杂设备搅拌机构运动建模与动态行为研究 121
11.1 引言 121
11.2 搅拌机构的实验搭接 121
11.3 搅拌机构运动学分析 122
11.3.1 自由度的计算 122
11.3.2 角位移分析 122
11.3.3 角速度分析 122
11.3.4 角加速度分析 123
11.3.5 搅拌机构的初始参数值计算 123
11.4 搅拌机构建模与动态仿真分析 124
11.4.1 机械建模仿真模块选取 124
11.4.2 搅拌机构仿真模型的搭建 124
11.4.3 仿真结果分析与动态行为研究 128
11.5 小结 131

第12章 复杂设备起重机构运动建模与动态行为研究 132
12.1 引言 132
12.2 起重机构的实验搭接 132
12.3 起重机构运动学分析 133
12.3.1 自由度的计算 133
12.3.2 角位移分析 133
12.3.3 角速度分析 134
12.3.4 角加速度分析 134
12.3.5 起重机构的初始参数值计算 134
12.4 起重机构建模与动态仿真分析 136
12.4.1 起重机构仿真模型的建立与动态研究 136
12.4.2 仿真结果分析与动态行为研究 139
12.5 复杂设备机构应用 142
12.5.1 摇头机构仿真模型的建立与研究 142
12.5.2 仿真结果分析与动态行为研究 145
12.6 小结 148

总结 149

参考文献 150

复杂设备的性能提升与智能运维，是当代高端装备制造领域面临的核心命题。在这一宏大叙事之下，本书选择回归运动学的基本命题——以四杆机构这一工程实践中应用最为广泛的“最小运动单元”为研究载体，试图通过“解剖麻雀”的方式，为复杂多杆、多轴系统的数字化研究探索一条可复现、可扩展的技术路径。
四杆机构虽结构简约，却蕴含机构学的一般性规律。其运动分析中的位移、速度、加速度映射关系，既是机构综合的理论基石，又是数字孪生系统实时仿真的算力瓶颈所在。本书围绕这一矛盾展开全链路研究：从闭环矢量法的符号推导出发，构建复数与旋量矩阵模型，实现全杆件运动参数的一次性解析输出；进而将抽象的矩阵方程转译为MATLAB/Simulink数学模块，实现毫秒级的运动曲线求解；最终与SimMechanics零方程物理模型形成刚-柔-惯量耦合的对比验证体系。数值建模仿真与机械建模仿真在统一指标体系下，研究动杆角位移、角速度及加速度，完成从抽象运动到可视化图像的转化与互证。
这一研究设计的深层考量：数学模型以其建模迅捷、精度可控的优势，适用于参数扫描与实时优化场景；物理模型则凭借免推导、强扩展的特性，可直接嵌入数字孪生框架。二者并非替代关系，而是面向不同工程阶段的互补工具。本书所呈现的标准化流程与选型依据，最终服务于复杂设备中多杆、多轴系统的虚实同步、误差在线补偿与寿命预测等前沿需求。
本书的章节安排遵循“建模—仿真—验证”的递进逻辑，力求在理论深度与工程可用性之间取得平衡。愿这一探索能为机构学与数字孪生技术的交叉研究提供些许参考。
由于著者水平有限，书中难免有不妥之处，恳请广大读者批评指正。

著者