畢業(yè)論文-平面連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

前言1.1課題研究的目的和意義平面連桿機(jī)構(gòu)的共同特點(diǎn)是原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)都要經(jīng)過一個(gè)不與機(jī)架直接相連的稱之為連桿的中間構(gòu)件才能傳動(dòng)從動(dòng)件故而稱之為平面連桿機(jī)。為什么平面連桿機(jī)構(gòu)可以被大量應(yīng)用在任何領(lǐng)域，一則是因?yàn)榈透睘樗倪\(yùn)動(dòng)副，所以接觸的面積較大，壓強(qiáng)值較小，承載抵抗的能力就比較大，并且平面連桿機(jī)構(gòu)的構(gòu)造簡單，容易人們制造。二是因?yàn)樗梢栽O(shè)計(jì)各機(jī)構(gòu)的長度從而設(shè)計(jì)自己需要的運(yùn)動(dòng)軌跡，在原動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不變的情況下，三是因?yàn)樾袆?dòng)路程的擴(kuò)大、力的擴(kuò)大、遠(yuǎn)路程的傳動(dòng)、運(yùn)動(dòng)方向的變化這些功能都可以靠平面連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。平面連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)特別多，但是它的缺點(diǎn)也是存在的。由于連桿的存在是四桿機(jī)構(gòu)中必不可少的，這也使得連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)從主動(dòng)件到從動(dòng)件的傳遞路線較長從而使誤差較大，機(jī)械效率降低，對于快速運(yùn)動(dòng)的機(jī)械是不適用于連桿機(jī)構(gòu)的，因?yàn)闄C(jī)械運(yùn)動(dòng)越快，連桿和滑塊就存在特別大的慣性力，而平面連桿機(jī)構(gòu)更加不能抵消掉這些力。雖然連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)并存，但不影響它被各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用，它的利是大于弊的所以人們都尋找更好的辦法來克服連桿機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)。社會(huì)在飛速前進(jìn)，機(jī)械機(jī)構(gòu)也存在優(yōu)勝劣汰，所以一個(gè)機(jī)械構(gòu)件要在這個(gè)社會(huì)存在并廣泛應(yīng)用在各個(gè)領(lǐng)域，必須盡可能避免其缺點(diǎn)。而且隨著社會(huì)的發(fā)展，高速機(jī)械也越來越多，平面連桿機(jī)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)更多復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求，計(jì)算量大的問題也出現(xiàn)了，因此怎樣設(shè)計(jì)的平面連桿機(jī)構(gòu)更快捷、準(zhǔn)確，還可以解決計(jì)算量大、校核難的問題是研究的關(guān)鍵。這些年來，計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)工具的日益成熟，專家們在原來的設(shè)計(jì)方法上分析和改進(jìn)，結(jié)合新技術(shù)和新思想，是平面連桿機(jī)構(gòu)可以滿足各項(xiàng)工作的要求，但是不管是以前的方法還是新的設(shè)計(jì)方法，都存在一個(gè)巨大的難題，就是難以克服計(jì)算量大的問題。舊的問題被克服新的問題也會(huì)隨之產(chǎn)生，所以人們就自然而然的將計(jì)算機(jī)和平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)結(jié)合起來研究，這是設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)的一個(gè)方向。1.2研究背景隨著社會(huì)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)領(lǐng)域也得到發(fā)展，新興出許多相關(guān)的開發(fā)設(shè)計(jì)軟件，它們優(yōu)缺點(diǎn)并存。結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，不僅提高了工作效率，也提高了設(shè)計(jì)的精度。以前在平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)上只顧及到運(yùn)動(dòng)學(xué)要求，現(xiàn)在技術(shù)得到改進(jìn)，動(dòng)力學(xué)要求更是被設(shè)計(jì)者所重視。設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)中分為兩類，第一類是從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)。在這一類里，設(shè)計(jì)者通過自己選擇的機(jī)構(gòu)形狀來設(shè)計(jì)出機(jī)構(gòu)中各桿的長度。選擇好類型就相當(dāng)于確定了機(jī)構(gòu)由什么組成，構(gòu)件的類型和運(yùn)動(dòng)副的類型和數(shù)量。而要設(shè)計(jì)出桿長就要根據(jù)連桿類型確定機(jī)構(gòu)桿長之間的數(shù)學(xué)模型，和之間的參數(shù)關(guān)系。第二類是設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)的方法種類，現(xiàn)在出現(xiàn)了作圖法、實(shí)驗(yàn)法、代數(shù)法這三種主要的方法。這些方法伴隨著社會(huì)發(fā)展而興起，其目的是使平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)更加優(yōu)化，同時(shí)也可減輕人的體力和腦力勞動(dòng)。下面介紹其中一些設(shè)計(jì)方法。復(fù)演規(guī)則軌跡的平面四桿機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助綜合法:該方法是一種以極點(diǎn)曲線為基本原理的計(jì)算機(jī)輔助機(jī)構(gòu)綜合。該方法具有幾何方法和分析方法的優(yōu)點(diǎn)，解決了復(fù)雜規(guī)則預(yù)期軌跡的平面四桿機(jī)制問題。經(jīng)典機(jī)制的數(shù)學(xué)模型通過分析幾何方法建立。計(jì)算極點(diǎn)曲線的方法通過數(shù)值迭代法求解。推薦的范圍由算法中某些參數(shù)的選擇給出。該方法的正確性通過計(jì)算機(jī)計(jì)算，圖形和人機(jī)對話功能進(jìn)行驗(yàn)證。調(diào)整參數(shù)的過程，獲得機(jī)理的最優(yōu)解?；谀：碚摰钠矫孢B桿機(jī)構(gòu)穩(wěn)健設(shè)計(jì)方,保證鏈接設(shè)計(jì)方案，精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)是一個(gè)根本問題。由于組成處理誤差機(jī)制的要素必須存在，使得組件的大小不確定，使得實(shí)際運(yùn)動(dòng)與機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)之間的運(yùn)動(dòng)定律的不確定性誤差。通常接受這種移動(dòng)可以用不確定性誤差來描述隨機(jī)性。然而，設(shè)計(jì)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)質(zhì)量的鏈接設(shè)計(jì)評估顯然是模糊的特征。意味著一個(gè)一般的想法是優(yōu)化設(shè)計(jì)一種控制每個(gè)插補(bǔ)節(jié)點(diǎn)的最大位移的方法或誤差均方根值不超過允許范圍，每個(gè)元件的制造工藝條件受制造公差的影響。因?yàn)槊總€(gè)成員組織的大小的基本功能與制造誤差之間的關(guān)系通常是非線性的，因此在棒的長度獲得被孤立研究的尺寸的體積之后，制造公差問題，他們不能得到合理的制造方法，設(shè)定公差值。模糊理論研究鏈接設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)，以評價(jià)設(shè)計(jì)質(zhì)量的模糊性，根據(jù)其模糊的設(shè)計(jì)原則，提出了魯棒設(shè)計(jì)方法的機(jī)制計(jì)劃。這種方法可以同時(shí)獲得平面連桿長度的每個(gè)基本尺寸和制造公差，制造和精度公差，使機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)達(dá)到預(yù)期的良好匹配值方便。該方法根據(jù)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)模糊特征的精度-一種聯(lián)動(dòng)機(jī)制，旨在評估模糊概率法的準(zhǔn)確性，從而引入了魯棒的設(shè)計(jì)方法。這種方法在解決致動(dòng)桿的長度和其他參數(shù)時(shí)也可以確定桿的每個(gè)制造公差的長度，以確保機(jī)械堅(jiān)固性的位移精度的配置。為了再現(xiàn)機(jī)械接合平面的角位移，例如，基于模糊理論建立魯棒優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，并設(shè)計(jì)計(jì)算?；谛螤钭V的平面四桿機(jī)構(gòu)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軌跡設(shè)計(jì)法。長期以來,平面四連桿機(jī)構(gòu)的軌跡設(shè)計(jì)一直是機(jī)構(gòu)學(xué)中的一個(gè)研究熱點(diǎn),許多相關(guān)設(shè)計(jì)方法是最直觀和最有效的設(shè)計(jì)方法之。根據(jù)地圖中使用的鏈接曲線，該方法可以分為以下三個(gè)①傳統(tǒng)物理圖。這種方法對于設(shè)計(jì)一些電子地圖的特征值是耗時(shí)且昂貴的。由于有限數(shù)量的特征值不足以描述連接曲線，所以該方法不能包括鏈接。隨著計(jì)算機(jī)和設(shè)計(jì)軟件開發(fā)的普及，連桿設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)精度在滿足電源要求的同時(shí)也考慮到動(dòng)態(tài)特性。特別是引入微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，采用多自由度聯(lián)動(dòng)，使連桿的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)大大簡化，使用范圍更廣。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來看，它通常包括尺寸設(shè)計(jì)的選擇和移動(dòng)的兩個(gè)方面，前者是確定聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，包括組件的數(shù)量和對的類型和數(shù)量，其中是確定所有的形態(tài)信息曲線，建立連接圖主要受到一些具體的處理。③基于電子地圖的曲線形狀譜僅依賴于曲線的形狀，縮放曲線，旋轉(zhuǎn)和平移獨(dú)立，數(shù)據(jù)冗余度小，容易對目標(biāo)曲線和連桿曲線進(jìn)行比較。重要的是要注意，由于光譜中包含的鏈接曲線總是有限的，所以最接近目標(biāo)曲線的鏈接曲線通常不包括在圖中，所以無論建立什么形式，只能使用粗略近似獲得軌跡機(jī)制。為了獲得復(fù)雜目標(biāo)曲線的理想軌跡機(jī)理，通過數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)和圖像處理的組合，提取平面鏈接曲線的形狀特征參數(shù)并與目標(biāo)曲線進(jìn)行比較。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)鏈路曲線的機(jī)理參數(shù)和形狀譜建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。通過自學(xué)習(xí)和優(yōu)化，獲得與鏈接目標(biāo)曲線和對應(yīng)的平面桿軌跡機(jī)制相同的曲線。以上的幾種方法，著重點(diǎn)是不同的，它們分別從研究機(jī)構(gòu)的某一方向入手?？梢钥偨Y(jié)上面的研究方法，都離不開計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。所以計(jì)算機(jī)的輔助設(shè)計(jì)也是一個(gè)必然的趨勢，但是怎樣才能更好的開發(fā)出簡單的計(jì)算機(jī)程序，還能設(shè)計(jì)出復(fù)雜的平面連桿機(jī)構(gòu)，是本次研究的重點(diǎn)，本文也會(huì)對要使用的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行評價(jià)和研究，為更深層次的研究做好基礎(chǔ)工作。2工具軟件簡介在本次平面連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中，用到的程序設(shè)計(jì)軟件是VisualBasic，在和解析法設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)相結(jié)合的情況下，在保證質(zhì)量的前提下，快速的設(shè)計(jì)出平面連桿機(jī)構(gòu)。用三維軟件UG進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。下邊我們著重介紹這兩款軟件。2.1VisualBasic簡介VisualBasic是一種由Microsoft開發(fā)的結(jié)構(gòu)化的、模塊化的、面向?qū)ο蟮?、包含協(xié)助開發(fā)環(huán)境的事件驅(qū)動(dòng)為機(jī)制的可視化程序設(shè)計(jì)語。VisualBasic簡單的稱呼是VB,這款軟件它存在許多優(yōu)點(diǎn)和功能：1.窗口的設(shè)計(jì)時(shí)直觀的、可以看見的。在VB程序設(shè)計(jì)中，最基礎(chǔ)的東西是對象。對象是一個(gè)不具體的東西，它把程序和數(shù)據(jù)存放在一起，通過調(diào)用直接使用程序。好多對象都是可視化的。設(shè)計(jì)者可根據(jù)工具箱中已經(jīng)提供的工具，按照設(shè)計(jì)要求，在對象窗口中“畫”出不同的對象。這種能看見的設(shè)計(jì)方式大大的方便了設(shè)計(jì)。而傳統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)，在編寫程序時(shí)是看不到界面的，這樣用程序開發(fā)人員要花大量時(shí)間來調(diào)試用戶界面，太浪費(fèi)時(shí)間了，工作量還大。2.事件驅(qū)動(dòng)的編程體系。每一個(gè)事件對應(yīng)一個(gè)程序，設(shè)計(jì)者只需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行程序編寫。這樣程序代碼較短，使編程編程了一件簡單的事情。也方便了代碼的維護(hù)。3.結(jié)構(gòu)化的程序設(shè)計(jì)語言。結(jié)構(gòu)化語言的優(yōu)點(diǎn)是通俗簡單而且對于設(shè)計(jì)者來說是特別容易懂的。設(shè)計(jì)者可以自己選擇代碼的顏色，如果有語法上的錯(cuò)誤系統(tǒng)會(huì)自己提醒修改。編譯器的功能非常強(qiáng)大用戶可以靈活使用，隨時(shí)運(yùn)行程序來檢查代碼是否正確。這種語言的特點(diǎn)是從人類的思維方式出發(fā)，最貼近人類語言，讓設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)更人性化。由于VB有這么多的優(yōu)點(diǎn)，本次軟件開發(fā)采用它作為設(shè)計(jì)軟件，肯定是最準(zhǔn)確、便捷、簡單的選擇。所以VB也得到各大高校的廣泛使用。2.2UG簡介UG（Graphics中）是西門子PLM軟件公司生產(chǎn)的，用于產(chǎn)品工程中的解決方案，用于在設(shè)計(jì)過程和制造所述用戶提供數(shù)值模擬和驗(yàn)證的過程。UG的出現(xiàn)始于1969年，它是在C語言的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的發(fā)展，UGNX是自適應(yīng)多網(wǎng)格方法的發(fā)展和在三維空間中的二維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)而不的數(shù)值解靈活的軟件等式偏微分工具是在軟件設(shè)計(jì)中的一個(gè)的一組CAD/CAE/CAM的在三維空間中。在現(xiàn)在社會(huì)特別流行，功能強(qiáng)大。UG應(yīng)用在各大領(lǐng)域，即可以進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)，還可以進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真演示。無論產(chǎn)品設(shè)計(jì)的模型有多復(fù)雜，只要是由用戶需要，設(shè)計(jì)者都可以利用UG的各個(gè)功能輕松的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)也被大量的應(yīng)用在機(jī)械電子、汽車行業(yè)、航天航空等各個(gè)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)中。UG功能強(qiáng)大，總的來說此款軟件具有以下功能：1.工業(yè)設(shè)計(jì)：利用UG建模，工程師們可以畫出各種復(fù)雜的產(chǎn)品，并通過利用UG的其他功能，讓設(shè)計(jì)出來的產(chǎn)品更美觀。2.產(chǎn)品設(shè)計(jì)：在UGNX的各大功能模塊中，設(shè)計(jì)和制圖功能無疑是性能最高的。它可以以最方便、最靈活的方式實(shí)現(xiàn)客戶需要的任何產(chǎn)品。這個(gè)世界上最厲害、最搞笑的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用模塊都在UG中包含著。3.數(shù)控加工。該模塊同時(shí)提供通用的點(diǎn)位加工編程功能，可用于鉆孔、攻絲和鏜孔等加工編程。UG軟件所有模塊都可在實(shí)體模型上直接生成加工程序，并保持與實(shí)體模型全相關(guān)。4.模具設(shè)計(jì)這：這個(gè)功能在當(dāng)今社會(huì)被廣泛應(yīng)用，因?yàn)閁G這個(gè)模塊的動(dòng)能及其強(qiáng)大。5.仿真、確認(rèn)和優(yōu)化：利用早期的數(shù)字仿真，可以更好的改善商品性能。本次驗(yàn)證平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理，應(yīng)該對設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，我主要用來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)模擬機(jī)制NX8.0是，UGNX8.0具有以下特點(diǎn)：(1)更人性化的操作界面.(2)完整統(tǒng)一的全流程解決方案．(3)數(shù)字化的仿真、驗(yàn)證和優(yōu)化.(4)知識(shí)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)化.(5)系統(tǒng)級(jí)的建模能力.3平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)研究3.1平面連桿機(jī)構(gòu)的簡介平面連桿機(jī)構(gòu)中最常見的是由四個(gè)構(gòu)件組成的機(jī)構(gòu)。在平面連桿機(jī)構(gòu)中，固定不動(dòng)的構(gòu)件稱為機(jī)架；兩端都以活動(dòng)鉸鏈與其他構(gòu)件連接的是連桿，它在機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)作平面復(fù)雜運(yùn)動(dòng)；有一端是以固定鉸鏈與機(jī)架連接的是連架桿。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)是平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式，其他形式的四桿機(jī)構(gòu)都可以看做是他的演。有關(guān)平面連桿機(jī)構(gòu)的性質(zhì)有運(yùn)動(dòng)特性和動(dòng)力特性：曲柄存在的條件：最長桿和最短桿之和小于等于其余兩桿之和；最短桿為連架桿或機(jī)。急回特性：原動(dòng)件作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)件往復(fù)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)，從動(dòng)件正行程的平均速度慢于反行程的平均速度的現(xiàn)象。為表明這種急回運(yùn)動(dòng)的程度，用行程比變化系數(shù)K來衡量。極位：輸出構(gòu)件的極限位置。擺角:兩極限位置所夾的銳角。極位夾角：當(dāng)輸出構(gòu)件在兩極位時(shí)，原動(dòng)件所處兩個(gè)位置的銳角。壓力角和傳動(dòng)角：壓力角是不考慮摩擦?xí)r，機(jī)構(gòu)輸出構(gòu)件上的作用力與該力的作用點(diǎn)的絕對速度方向所夾的銳角。傳動(dòng)角是壓力的余角。死點(diǎn)：傳動(dòng)角為0時(shí)，機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)位置，整的機(jī)構(gòu)無法運(yùn)動(dòng)。所以應(yīng)該盡量避免死點(diǎn)的出現(xiàn)，傳動(dòng)角應(yīng)該越大越好，為了保證機(jī)構(gòu)安全運(yùn)行，應(yīng)該。下面介紹幾種主要的平面連桿機(jī)構(gòu)的類型。3.1.1平面連桿機(jī)構(gòu)分類1.曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)滿足桿長要求時(shí)，最短桿為連架桿時(shí)，機(jī)構(gòu)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)連架桿中，一個(gè)為曲柄，一個(gè)為搖桿。曲柄做整周回轉(zhuǎn)，搖桿做往復(fù)擺動(dòng)。如圖3-1(a)。2.雙曲柄機(jī)構(gòu)。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)滿足桿長要求時(shí)，最短桿機(jī)架時(shí)，機(jī)構(gòu)為曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的，其中兩個(gè)連架桿均為曲柄。在此機(jī)構(gòu)中當(dāng)主動(dòng)曲柄做勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，從動(dòng)曲柄做變速運(yùn)動(dòng)。如圖3-1(b)。3.雙搖桿機(jī)構(gòu)。在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)滿足桿長要求時(shí)，最短干為連桿時(shí)，機(jī)構(gòu)為雙搖桿機(jī)構(gòu)，其中連架桿均做往復(fù)擺動(dòng)。若兩個(gè)搖桿長度相等，則為等腰梯形結(jié)構(gòu)。如圖3-1(c)。圖3-1平面連桿機(jī)構(gòu)分類圖4.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)是由鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)演化而來，將曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的擺轉(zhuǎn)副變成移動(dòng)副。用曲柄和滑塊來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的平面連桿機(jī)構(gòu)。如圖3-2。圖3-2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖3.1.2平面連桿機(jī)構(gòu)術(shù)語和一般設(shè)計(jì)步驟平面連桿機(jī)構(gòu)：只含低副的平面機(jī)。平面四桿機(jī)構(gòu)：由四個(gè)構(gòu)件通過低副連接而。在我們?nèi)粘Ｓ玫降臋C(jī)械中，平面四桿機(jī)構(gòu)是最常用的一種，它也是平面連桿機(jī)構(gòu)的最基本形式。是本次研究中，我們重點(diǎn)關(guān)注的對象。主要的問題是，不僅設(shè)計(jì)每個(gè)構(gòu)件的尺寸，是確定連桿機(jī)構(gòu)以便滿足的結(jié)構(gòu)要求。所以連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法分為解析法和作圖法，現(xiàn)在我們著重介紹解析法的設(shè)計(jì)步驟。按行程比系數(shù)設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)常用設(shè)計(jì)步驟：1.按實(shí)際需要給定行程比系數(shù)K的數(shù)值。2.算出極位夾角。3.根據(jù)機(jī)構(gòu)在極位時(shí)的幾何關(guān)系，建立數(shù)學(xué)模型。4.確定各桿長度。3.2平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)選定了自己要設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)類型，在給定運(yùn)動(dòng)條件的情況下，既要設(shè)計(jì)出各桿的長度，還要符合運(yùn)動(dòng)學(xué)要求和動(dòng)力學(xué)要求。作圖法和解析法是研究設(shè)計(jì)平面連桿機(jī)構(gòu)的兩個(gè)主要方法。解析法是本次設(shè)計(jì)要用到的方法，它的好處是設(shè)計(jì)精度高，全部是通過數(shù)學(xué)理論和公式一步一步推算出來的。設(shè)計(jì)思路更是靈活多變，對于一些復(fù)雜的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)也不再話下，但是它的缺點(diǎn)就是計(jì)算太過復(fù)雜和計(jì)算量較大，人類自己手算一般無法完成，也是比較花費(fèi)時(shí)間和精力的。因此常結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，可得到準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)結(jié)果。圖解法是非常直觀清晰的，但是因?yàn)樽鲌D中肯定存在誤差，所以此方法的設(shè)計(jì)精度不高，對作圖要求比較高的。由于實(shí)踐過程中給出的條件不同，設(shè)計(jì)的方法也不同。本文主要按“給定急回特性要求”設(shè)計(jì)四桿機(jī)構(gòu)。3.2.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)如圖3-3，已知搖桿長度CD，擺角和行程速度變化系數(shù)，求各桿長度。其中最小傳動(dòng)角為，AB為曲柄長度，BC為連桿長度，CD為搖桿長度,AD為機(jī)架長度。作M垂直于和角N=-,與相交于點(diǎn)P，作P的外接圓，圓弧上任意A點(diǎn)都滿足，角=，所以固定鉸鏈A點(diǎn)在此圓弧上。以D為原點(diǎn)建立直角坐標(biāo)系，X軸與平行，Y軸平分角。由給定行程速度變化系數(shù)K求出極位夾角：則圓心坐標(biāo)為(0，)令圓半徑圓方程圖3-3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)圖為避免錯(cuò)位不連續(xù)，固定鉸鏈A點(diǎn)應(yīng)在弧和上取，為了保證機(jī)構(gòu)的安全性和可靠性，最小傳動(dòng)角≥，越大，機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)性能越好。所以應(yīng)利用最小傳動(dòng)角進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。我們?nèi)ザ螢槔M(jìn)行設(shè)計(jì)，第一次取Y=B/15，依次遞增。則所以：在程序設(shè)計(jì)中按最小傳動(dòng)角≥校核，若不滿足，則取下一個(gè)Y指，直到滿足要求。A點(diǎn)越往上，最小傳動(dòng)角越大，所以Y每次增加B/15。3.2.2曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)已知行程H,和行程速度變化系數(shù)K,設(shè)計(jì)一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。其中AB為曲柄長度，BC為連桿長度，e為偏距。如圖3-4，以為底邊做等腰三角形，令其頂角為，再以為半徑，O為圓心做圓，圓弧上A點(diǎn)滿足角=，故固定鉸鏈A點(diǎn)在圓上。以O(shè)為圓心，讓Y軸平分，X軸和平行。根據(jù)行程速度變化系數(shù)K求出極位夾角：圓的半徑圓的方程為避免錯(cuò)位不連續(xù),機(jī)構(gòu)良好的傳動(dòng)性能，圖3-4曲柄滑塊機(jī)構(gòu)圖我們第一次取Y=B/15根據(jù)Y,求出e=B-Y,則所以曲柄和連桿的長度為：在程序設(shè)計(jì)中按最小傳動(dòng)角≥校核，若不滿足，則取下一個(gè)Y指，直到滿足要求。A點(diǎn)越往上，最小傳動(dòng)角越大，所以Y每次增加B/15。4平面連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)4.1程序流程建立一個(gè)VB程序分為以下幾步：1.建立用戶界面對象;2.對象屬性設(shè)置；3.創(chuàng)建對象事件過程及程序編輯；4.運(yùn)行和調(diào)試程序；5.保存程序和生成可執(zhí)行文件；程序流程圖是任何程序分析中最基本、最重要的環(huán)節(jié)。如下圖4-1為本次程序設(shè)計(jì)的流程圖，它代表了本次設(shè)計(jì)的主要思路。圖4-1程序流程圖4.2窗體設(shè)計(jì)和控件屬性VB的主界面包括1、標(biāo)題欄2菜單欄3、工具箱4、屬性窗口5、工具欄6、窗體設(shè)計(jì)窗口如下圖4-2。圖4-2VB的主界面圖標(biāo)題欄：“工程1-MicrosoftVisualBasic[設(shè)計(jì)]”,說明此時(shí)的集成開發(fā)環(huán)境是設(shè)計(jì)模式，在進(jìn)入其他模式時(shí)，括號(hào)里會(huì)有相應(yīng)提示，VB有三種工作模式：1.設(shè)計(jì)模式：進(jìn)行界面設(shè)計(jì)和代碼的編程。2.運(yùn)行模式:不能編輯，運(yùn)行應(yīng)用程序。3.中斷模式:暫時(shí)停止應(yīng)用模式，可以進(jìn)行代碼的編輯，但是不可以進(jìn)行窗體的編輯。菜單欄：它由13個(gè)內(nèi)含菜單構(gòu)成，它們代表了設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)程序的過程中的使用的命令。工具箱：再設(shè)計(jì)狀態(tài)時(shí)工具箱總是顯示的。它有21個(gè)圖標(biāo)構(gòu)成，每個(gè)圖標(biāo)被制作成一個(gè)按鈕的形狀，示出了各個(gè)控件的生產(chǎn)工具，使用這些工具，用戶可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)窗口。在VB的工具箱窗口放置了各種控件，下面我們介紹本次設(shè)計(jì)主要涉及到的控件：1.標(biāo)簽（Label）：標(biāo)簽的主要作用是顯示文本的信息，不能作為輸入數(shù)據(jù)信息的界面。所以標(biāo)簽的內(nèi)容只能用Caption屬性進(jìn)行修。2.文本框(TextBox)：文本框是一個(gè)文本編輯框，用戶可以在該區(qū)域內(nèi)更改文本的內(nèi)容。3.命令按鈕（CommandButton）：命令按鈕是程序設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行窗體設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常使用的一個(gè)控件，只要用戶按下命令按鈕，程序就會(huì)相應(yīng)的被執(zhí)行。屬性窗口：它由四個(gè)部分組成，它是用來顯示和設(shè)置所選定的窗體和控件等對象的屬性。1.對象列表框2.屬性排列方式3.屬性列表框4.屬性含義說明屬性決定了一個(gè)控件的外觀。一個(gè)控件有多個(gè)屬性，例如顏色、大小、位置、名稱等。每一個(gè)控件都有系統(tǒng)為它設(shè)置的默認(rèn)屬性。這些默認(rèn)屬性用戶是可以看到的，也可以自己進(jìn)行修改。設(shè)置控件屬性可以讓窗體看起來更加明了、美觀，使用戶可以更加直觀的觀察設(shè)計(jì)結(jié)果。設(shè)置屬性的方法有兩種：一種是在屬性窗口中進(jìn)行設(shè)置。另一種是在代碼設(shè)計(jì)窗口通過代碼設(shè)置的。下面我們介紹本次設(shè)計(jì)主要涉及的屬性：1.Name:創(chuàng)建對象的名稱。2.Caption：可改變控件上顯示的內(nèi)容。3.Font:可改變控件的外觀，可調(diào)節(jié)字體和字體大小。工具欄：可以快速的訪問常用的菜單命令。窗體設(shè)計(jì)：在VisualBasic中要解決一個(gè)實(shí)際問題，首要的問題建立一個(gè)清晰、簡明的程序界面，界面主要的作用是為用戶提供數(shù)據(jù)的輸入，計(jì)算后的結(jié)果顯示。關(guān)鍵是選擇所需的控件對象，進(jìn)行合理的頁面布局。窗體是一個(gè)畫布，是所有控件的容器，用戶可以根據(jù)自己的設(shè)計(jì)需要在畫布上作畫。下面的圖是本次曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)窗口圖4-3和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的窗體設(shè)計(jì)圖4-4。圖4-3曲柄搖桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)窗口圖圖4-4曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的窗體設(shè)計(jì)圖4.3代碼實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)好了用戶使用窗口界面和為對象設(shè)置好屬性以后，我們就進(jìn)入代碼窗口開進(jìn)行程序的編寫，以代碼來調(diào)動(dòng)控件來執(zhí)行計(jì)算個(gè)工作：PrivateSubCommand1_Click()DimL1,L2,L3,L4,k,e,wAsDouble//定義變量Dimpi,g,A,B,C,R,x,y,t1,t2,uAsDoubleL3=Val(Text1.Text)//將要輸入的數(shù)據(jù)輸入文本框e=Val(Text2.Text)k=Val(Text3.Text)pi=3.14159g=pi*(k-1)/(k+1)//計(jì)算極位夾角w=e*pi/180A=L3*Sin(w/2)B=L3*Cos(w/2)C=B-A/Tan(g)R=A/Sin(g)y=B/15DoWhiley<Bx=Sqr(R^2-(y-C)^2)t1=Sqr((x-A)^2+(B-y)^2)t2=Sqr((A+x)^2+(B-y)^2)L1=(t2-t1)/2//曲柄長度L2=(t2+t1)/2//搖桿長度L4=Sqr(x^2+y^2) //機(jī)架長度u=(L2^2+L3^2-(L4-L1)^2)/(2*L2*L3)//最小傳動(dòng)角的計(jì)算Ifu>=Cos(pi/6)Then//校核最小傳動(dòng)角Label1.Caption=L1//將結(jié)果輸出在標(biāo)簽內(nèi)Label2.Caption=L2Label3.Caption=L4EndIfy=y+B/15LoopEndSub曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的程序代碼：PrivateSubCommand1_Click()Dims,k,e,L,r,x,yAsDouble//定義變量DimA,B,C,n1,n2,pi,g,uAsDoubles=Val(Text1.Text)k=Val(Text2.Text)//已知數(shù)據(jù)輸入文本框pi=3.14159g=pi*(k-1)/(k+1)//計(jì)算極位夾角A=s/2B=s/(2*Tan(g))C=s/(2*Sin(g))y=B/15DoWhiley<Bx=Sqr(C^2-y^2)e=B-yn1=Sqr(e^2+(x-s)^2)n2=Sqr(e^2+(x+s)^2)L=(n2-n1)/2//曲柄長度計(jì)算r=(n1+n2)/2//連桿長度計(jì)算u=x/(B-L-y)IfAtn(u)>(pi/6)Then//校核最小傳動(dòng)角Label6.Caption=L//結(jié)果輸出在標(biāo)簽內(nèi)Label7.Caption=rLabel8.Caption=eEndIfy=y+B/15LoopEndSub4.4應(yīng)用實(shí)例1.試設(shè)計(jì)一曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，已知擺角=，搖桿長度=130，行程速度變化系數(shù)K=1.4。步驟一點(diǎn)擊運(yùn)行，進(jìn)入曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的窗口界面，輸入已知數(shù)據(jù)。如圖4-5。步驟二輸入數(shù)據(jù)后，點(diǎn)擊計(jì)算按鈕，可得有關(guān)的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果，如圖4-6。圖4-5進(jìn)入曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的窗口界面圖4-6有關(guān)的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果得到結(jié)果曲柄長度=23，連桿長度=98，機(jī)架長度=88。這種程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)就是可以設(shè)計(jì)許多的平面連桿機(jī)構(gòu)，并且都是準(zhǔn)確的，還可以檢查最小傳動(dòng)角是不是符合力學(xué)要求。2.試設(shè)計(jì)一曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，已知行程S=50，偏距e=30，行程速度變化系數(shù)K=1.4。步驟一點(diǎn)擊運(yùn)行，進(jìn)入曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的窗口界面，輸入已知數(shù)據(jù)。如圖4-7。步驟二輸入數(shù)據(jù)后，點(diǎn)擊計(jì)算按鈕，可得有關(guān)的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果，如圖4-8。圖4-7進(jìn)入曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的窗口界面圖4-6有關(guān)的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果得到結(jié)果曲柄長度L=32，連桿長度r=75,偏距e=37。這種程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)就是可以設(shè)計(jì)許多的平面連桿機(jī)構(gòu)，并且都是準(zhǔn)確的，還可以檢查最小傳動(dòng)角是不是符合力學(xué)要求。4.6軟件的系統(tǒng)功能及評本次程序設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：一是利用VB的最大優(yōu)點(diǎn)“可視化”，使窗口界面的設(shè)計(jì)更加人性化。已知數(shù)據(jù)和未知數(shù)據(jù)區(qū)分開，每個(gè)數(shù)據(jù)都有自己的文字說明，用戶可以很好的區(qū)分，快速的看懂窗口界面設(shè)計(jì)，讓用戶可以快速、準(zhǔn)確的知道輸入、輸出數(shù)據(jù)。二是代碼設(shè)計(jì)中，采用dowhile語句里面嵌套if判斷語句，實(shí)現(xiàn)對機(jī)架和曲柄間的固定鉸鏈A的y軸坐標(biāo)的疊加，計(jì)算出各桿長，再判斷是否滿足最小傳動(dòng)角要求，滿足即可輸出，不滿足可繼續(xù)尋找合適的坐標(biāo)，知道滿足要求。這種設(shè)計(jì)可的到許多滿足要求的曲柄機(jī)構(gòu)，可根據(jù)自己的實(shí)際應(yīng)用選擇最合適的桿長。總的來說本次設(shè)計(jì)解了計(jì)算難、計(jì)算量大的問題，也將VB的可視化、面向?qū)ο蟮葍?yōu)點(diǎn)展現(xiàn)出來了，是一次好的軟件開發(fā)過程，通過本次的研究與設(shè)計(jì).使得平面連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)更加快速、準(zhǔn)確，且更有說服力。5平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真為了驗(yàn)證自己設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)是否正確，我們可以用UG進(jìn)行連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，從而觀察機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程，所以基于UG的運(yùn)動(dòng)動(dòng)仿真是本章的核心。運(yùn)動(dòng)仿真功能的實(shí)現(xiàn)步驟主要有以下幾個(gè)：1.二維草圖的繪制;2.三維模型的實(shí)現(xiàn)；3.構(gòu)件的組裝；4.建立一個(gè)運(yùn)動(dòng)仿真環(huán)境；5.創(chuàng)建連桿：在選定連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，每個(gè)連桿的類型是不同的，機(jī)架為固定的，其他桿為可動(dòng)的。6.創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副：桿之間的運(yùn)動(dòng)副均為旋轉(zhuǎn)副。7.設(shè)置驅(qū)動(dòng)：在選擇連桿運(yùn)動(dòng)副的時(shí)候，給桿一個(gè)恒定的速度。8.解算和求解：點(diǎn)結(jié)算方案后設(shè)置時(shí)間和步長。同時(shí)可以控制動(dòng)態(tài)圖的過程和進(jìn)行動(dòng)圖的導(dǎo)出。5.1UG主界面在NX8.0中，主界面包括1.標(biāo)題欄2.主菜單3.工具欄4繪圖欄5.提示欄6.操作導(dǎo)航器。如圖5-1為主界面展示圖。標(biāo)題欄：圖的頂部，用戶目前所處環(huán)境和文件名字的代表。我們主要會(huì)用到草圖模式、裝配模式、三維造型模式和仿真模式。菜單欄：在標(biāo)題欄的下面，它是該軟件功能的體現(xiàn)欄。每個(gè)菜單標(biāo)題提供一個(gè)下拉式菜單，顯示有關(guān)命令。工具欄：當(dāng)默認(rèn)啟動(dòng)時(shí)，工具欄只會(huì)顯示幾個(gè)主要的常用工具，它的每個(gè)圖標(biāo)代表一個(gè)功能。用戶可根據(jù)自己需要選擇相應(yīng)工具。提示欄：主要是指導(dǎo)用戶如何操作，用于用戶和計(jì)算機(jī)之間的交流，當(dāng)執(zhí)行一個(gè)操作是它會(huì)提示人們應(yīng)該必須執(zhí)行的動(dòng)作及下一步應(yīng)該怎么做。狀態(tài)欄：在繪圖欄上方，顯示了用戶現(xiàn)在使用的功能的操作步驟和過程。操作導(dǎo)航器：對草圖?；鶞?zhǔn)平面、歷史記錄進(jìn)行查看、修改和編輯。繪圖區(qū)：創(chuàng)建、顯示和編輯圖形的區(qū)域，默認(rèn)用戶界面設(shè)計(jì)的地方。圖5-1主界面展示圖5.2二維造型草圖的繪制：圖5-2曲柄圖5-3連桿圖5-4搖桿圖5-5機(jī)架5.3三維造型將草圖拉伸實(shí)現(xiàn)三維造型：圖5-5曲柄圖5-6連桿圖5-7搖桿圖5-8機(jī)架進(jìn)入裝配模塊，將三維模型組裝在一起，如下圖：圖5-9裝配圖5.4動(dòng)畫制作通過NX將平面連桿機(jī)構(gòu)的三維造型組裝在一塊后，后就應(yīng)該進(jìn)人仿真環(huán)境，通過事先設(shè)計(jì)好的尺寸，在建立相應(yīng)的連桿類型、運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)仿真是在時(shí)間的基礎(chǔ)上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的，在指定的時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)。為了執(zhí)行該組件的運(yùn)動(dòng)，到組裝操作中，通過規(guī)定的方法連接到彼此相鄰的構(gòu)件是可移動(dòng)的連接部被連接，但不能沒有相對運(yùn)動(dòng)的把相鄰組件連接起來。平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真可以分為這幾步：1.新建仿真；2.創(chuàng)建連桿；3.創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)副；4.設(shè)置驅(qū)動(dòng)；5.解算和求解；6.導(dǎo)出和保存；經(jīng)過求解好了之后，屏幕顯示出平面連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)畫面，你可以審閱它的運(yùn)動(dòng)、快退、暫停通過動(dòng)畫。由預(yù)先給定的桿長及設(shè)計(jì)原理，可以知道我們仿真的是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，而經(jīng)過運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)計(jì)以后，驗(yàn)證了數(shù)據(jù)是否合理，證明了此機(jī)構(gòu)確實(shí)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。致謝時(shí)間過得真快，轉(zhuǎn)眼間就臨近畢業(yè)了，在快畢業(yè)的這幾個(gè)月，我努力想在臨近畢業(yè)給老師和自己交一份滿意的試卷。于是我盡量開拓創(chuàng)新，結(jié)