基于vb语言开发平面连杆机构的运动分析及仿真系统

基于vb语言开发平面连杆机构的运动分析及仿真系统内容摘要：

过程中要考虑完成系统功能需要用到哪些控件、这些控件之间的关系以及它们的相关性和重要性。 在大多数接口设计中，不是所有的接口元素都一样重要。 仔细斟酌是很有必要的，以确保越是重要的元素越要快速地显现给用户。 重要的或者频繁访问的元素应当放在显著的位置上，而不太重要的元素就应当降级到不太显著的位置上。 把控件分成组也很重要，尽量按功能或逻辑关系进行分组。 例如对数据库操作的按钮应当被形象地分成一组，而不是分散在窗体的四处，因为它们的功能彼此相关。 在许多情况下，可以使用框架控件来帮助加强控件之间的这种联系。 在用户接口设计中，一致的外观可以在应用程序中创造一种和谐美。 如果接口缺乏一致性，则使应用程序看起来非常混乱、没有条理，降低了人们使用该应用程序的兴趣。 为了保持视觉上的一致性，在开始开发应用程序之前应先创建整体设计策略接口设计中也应考虑简单化的原则，从美学的角度来讲，整洁、简单明了的设计更可取。 接口设计过程中一个容易犯的错误就是力图用接口来模仿真实世界的对象，这没有必要，对用户也没有真正的意义。 最好是设计的接口，既能完成功能、又能让用户感到整洁舒心。 平面连杆机构设计运动分析 平面连杆机构湘潭大学 肖霞平 毕业设计 【基于 VB 语言开发平面连杆机构的运动分析及仿真系统】 2020 年 6 月7连杆机构是由若干刚性构件用低副联接所组成。 在连杆机构中，若各运动构件均在相互的平面内运动，则称为平面连杆机构；若各运动构件不都在相互平行的平面内运动，则称为空间连杆机构。 连杆机构是一种应用十分广泛的机构，它不仅在众多工农业机械和工程机械中得到广泛应用，而且诸如人造卫星太阳能板的展开机构、机械手的传动机构、折迭伞的收放机构以及人体假肢等，也都用到连杆机构。 在平面连杆机构中，结构最简单且应用最广泛的是由 4 个构件所组成的平面四杆机构，其它多杆机构均可以看成是在此基础上依次增加杆组而组成。 铰链四杆机构，曲柄滑块机构及导杆机构是最常见的连杆机构型式。 它们的共同点是，其原动件的运动都要经过一个不直接与机架相联的中间构件才能传动从动件。 其中间构件称为连杆。 这些机构统称为连杆机构。 连杆机构传动的优点是：低副连接使得构件的接触为面接触，并且经常是圆柱面或平面，传动压强小，便于轮滑，磨损轻，且机构简单易于制造，同时又可以实现可靠的几何封闭；其构件运动具有多样性；连杆曲线具有多样性；通过机架倒置、运动副和杆件形状尺寸变化等，可获得各种类型的常用机构。 而其主要缺点：构件和运动副的数目较多，其运动的传动要经过中间构件，而各构件的尺寸不可能做得绝对准确，运动副间有间隙，故运动累计误差大；低副连接增加自锁的可能性，也有传动的机械效率降低，难以精确地实现所要求的运动规律；工作中，连杆所作的平面一般运动使机构的平衡困难，不宜用作高速传动，因此设计中应尽可能发扬其长处，抑制其缺点。 图 21 铰链四杆机构 其中四杆机构应用特别广泛，而且常是多杆机构的基础（如六杆机构等）。 如图 21 所示为一铰链四杆机构，它是平面四杆机构的基本型式，它是由原动件和 RRR 型杆组组成的，其它型式的四杆机构均可认为是它的演化型式。 在此机构中，AD 为机架，AB、CD 构件与机架相联称为连架杆，BC 为连杆。 而在连架杆中，能作周回转者称之为曲柄，只能在一定范围内摆动者称为摇杆。 湘潭大学 肖霞平 毕业设计 【基于 VB 语言开发平面连杆机构的运动分析及仿真系统】 2020 年 6 月8 在铰链四杆机构中，各运动副都是转动副。 如组成转动副的两构件能相对整周转动，则称其为周转副，不能作相对整周转动者，则称之为摆转副。 平面四杆机构有曲柄的条件在图 22 所示的四杆机构中，要使杆 AB 成为曲柄，转动副 A 就应为周转副。 图 22 带有曲柄的四杆机构 由文献[1]可知转动副 A 为周转副的条件是：1）最短杆长度 +最长杆长度 =其余两杆长度之和，此条件称为杆长条件。 2）组成该周转副的两杆中必有一杆为最短杆。 上述条件表明：当四杆机构各杆的长度满足杆长条件时，有最短杆参与构成的转动副都是周转副（如图中的 A、B 副） ，而其余的转动副（如 C、D 副）则是摆转副。 于是，四杆机构有曲柄的条件是各杆的长度应满足杆长条件，且其最短杆为连架杆或机架。 当最短杆为连架杆时机构为曲柄摇杆机构；当最短杆为机架时则为双曲柄机构；而当最短杆为机架对面的连杆时，则为双摇杆机构。 如果铰链四杆机构各杆的长度不满足杆长条件，则无周转副，此时不论以何杆为机架，均为双摇杆机构。 湘潭大学 肖霞平 毕业设计 【基于 VB 语言开发平面连杆机构的运动分析及仿真系统】 2020 年 6 月9第 3 章 平面四杆机构的运动分析系统设计 整体运动分析法平面机构运动分析的方法主要有图解法和解析法。 图解法虽然具有形象直观的特点，但是从现代科技和工业发展的要求来看，它不仅精度较低，费用较多，而且不便于把机构分析的问题和机构综合问题联系起来，解析法正好能克服上述缺点，解析法将机构问题抽象为数学问题，将机构运动参数和结构参数之间的关系用数学解析式来描述，便于推理和对机构在整个运动循环过程中任意位置的运动和动力性能进行深入分析，分析精度也较高。 随着计算机技术的发展和普及，其应用将来越来越广泛。 由于所用的数学工具的不同，运动分析的解析法也有多种，如封闭矢量多边形投影法、复数矢量法、旋转矩阵法、整体分析法等运算方法进行计算。 运动分析的内容虽然包括位移分析、速度分析和加速度分析三个方面，但关键问题是位移分析，至于速度和加速度，则是利用位移方程式对时间求一阶导数和二阶导数计算获得的。 这里介绍的矩阵法作为机构的整体运动分析。 分析时，在确定的直角坐标系中，选取各杆的向量方向和转角，画出封闭的向量多边形，列出向量方程式，然后将向量投影到坐标轴上写出位置参量的解析表达式。 在选取各杆的向量方向及转角时，对于与机架相铰接的杆件，以其向量方向由固定铰链向外，这样便于标出转角。 转角的正负，规定以 X 轴的正向为基准，逆时针方向转至所讨论的向量为正，反之为负。 平面四杆机构是最基本也是最常见的连杆机构，故运动分析也以它们为基础，本章主要采用运动分析矩阵法来对铰链四杆机构运动进行分析。 平面四杆机构运动分析数学建模 数学模型简介简单地说：数学模型就是对实际问题的一种数学表述。 具体一点说：数学模型是关于部分现实世界为某种目的的一个抽象的简化的数学结构。 更确切地说：数学模型就是对于一个特定的对象为了一个特定目标，根据特有的内在规律，做出一些必要的简化假设，运用适当的数学工具，得到的一个数学结构。 数学结构可以是数学公式、算法、表格、图示等。 数学建模就是建立数学模型，建立数学模型的过程就是数学建模的过程。 数学建模是一种数学的思考方法，是运用数学的语言和方法，通过抽象、简化建立能近似刻画并解决实际问题的一种强有力的数学手段。 我们也可以这样直观地理解这个概念：数学建模是一个让纯粹数学家（指只懂数学不懂数学在实际中的湘潭大学 肖霞平 毕业设计 【基于 VB 语言开发平面连杆机构的运动分析及仿真系统】 2020 年 6 月10应用的数学家）变成物理学家，生物学家，经济学家甚至心理学家等等的过程。 应用数学去解决各类实际问题时，建立数学模型是十分关键的一步，同时也是十分困难的一步。 建立教学模型的过程，是把错综复杂的实际问题简化、抽象为合理的数学结构的过程。 要通过调查、收集数据数据，观察和研究实际对象的固有特征和内在规律，抓住问题的主要矛盾，建立起反映实际问题的数量关系，然后利用数学的理论和方法去分析和解决问题。 数学建模是联系数学与实际问题的桥梁，是数学在各个领械广泛应用的媒介，是数学科学技术转化的主要途径，数学建模在科学技术发展中的重要作用越来越受到数学界和工程界的普遍重视，它已成为现代科技工作者必备的重要能力之一。 数学建模方法一、机理分析法 从基本物理定律以及系统的结构数据来推导出模型。 1. 比例分析法建立变量之间函数关系的最基本最常用的方法。 2. 代数方法求解离散问题（离散的数据、符号、图形）的主要方法。 3. 逻辑方法是数学理论研究的重要方法，对社会学和经济学等领域的实际问题，在决策、对策等学科中得到广泛应用。 4. 常微分方程解决两个变量之间的变化规律，关键是建立瞬时变化率 的表达式。 5. 偏微分方程解决因变量与两个以上自变量之间的变化规律。 二、数据分析法 从大量的观测数据利用统计方法建立数学模型。 1. 回归分析法用于对函数 f（x）的一组观测值（xi,fi）,i= 1,2,…,n，确定函数的表达式，由于处理的是静态的独立数据，故称为数理统计方法。 2. 时序分析法处理的是动态的相关数据，又称为过程统计方法。 三、仿真和其他方法 1. 计算机仿真（模拟）实质上是统计估计方法，等效于抽样试验。 ① 离散系统仿真有一组状态变量。 ② 连续系统仿真有解析表达式或系统结构图。 2. 因子试验法在系统上作局部试验，再根据试验结果进行不断分析修改，求得所需的模型结构。 3. 人工现实法 基于对系统过去行为的了解和对未来希望达到的目标，并考虑到系统有关因素的可能变化，人为地组成一个系统。 平面连杆机构运动分析的数学建模法一般常利用向量、复数、矩阵等运算方法进行计算，本次采用矩阵法。 设机构输入与输出关系为一组独立运动方程组 （31）其中， 为机构广义结构参数向量，是常数向量，其元素可以是尺TmllL,21寸参数，也可以是角度参数； 和 分别为机构广义输入运动和广义输出运动，可以是直线运动，也可以是旋转运动； 为 n 个独立运动方程，正好解出 n 个输出运动。 由式(31)可以解出输入、输出运动关系湘潭大学 肖霞平 毕业设计 【基于 VB 语言开发平面连杆机构的运动分析及仿真系统】 2020 年 6 月11 （32）将式(31)对时间连续微分即可得到输出速度和加速度的一般矩阵表达式 （33） （34）其中 平面四杆机构运动分析系统设计框图程序设计前，必须事先构思好程序的框架，如图 31(a)所示。 当程序较大或者有点复杂时，最好作此程序框架图，对于刚开始编程的人来说也如此，否则程序编制到一定程度将会感到顾此失彼，无法控制。 在整个编程中，运动分析是很重要的，它可以说是整个程序的关键，如果运动分析出错，则后面的机构的数据显示、运动线图和运动仿真都会出错。 在运动分析时，用整体法分析平面四杆机构，其速度分析及加速度分析可用矩阵法的形式来表示。 输入了已知参数后，选择了主动件的转动方向和确定了连杆和连架杆的铰链（ BCD）的顺序后，用平面四杆机构的知识判断机构的机构类型，无论主动件为曲柄，还是摇杆，都给主动件的转动角赋值 0— ，只是当主动件是摇杆时，则要用程序编写出它的36两个极限位置的大小，这个机构的具体分析见第 4 章的杆组法。 在确定了平面四杆机构的类型后，编程求出其连杆和连架杆位置参数、速度参数、角速度参数，当然，其中求参数的表达试可以不用矩阵法来表示，可以用其它的方法，只是矩阵法快捷些，在本论文中用到的是矩阵法，其具体的情况请看后面的例题。 其程序的编制请看附文。 湘潭大学 肖霞平 毕业设计 【基于 VB 语言开发平面连杆机构的运动分析及仿真系统】 2020 年 6 月12 主窗体界面输入已知参数选择主动件运动的方向确定 BCD 的的方向运动分析 退 出显示Picture1 显示结构模型Picture2 显示运动线图Listview 中显示数据结果演 示Picture3 运动仿真退 出结 束开 始图 31（a） 程序的框图湘潭大学 肖霞平 毕业设计 【基于 VB 语言开发平面连杆机构的运动分析及仿真系统】 2020 年 6 月13 建立平面四杆机构运动分析系统及运行举例 建立数学模型如图 31(b)所示，为方便起见，取以 A 为原点，X 轴与机架 AD 共线的直角坐标系。 各杆规定一个向量指向，且以 X 轴正向为基准，按逆时针方向为正取各杆的角位移。 在规定各杆向量指向时，以与固定铰链相联结的连架杆向量由固定铰链向外，其余杆件向量指向任取。 则四杆机构 ABCDA 构成一个封闭的向量多变形，其封闭向量方程为 4321L 图31(b) 铰链四杆机构的运动分析分别向X轴和Y轴投影，得代数方程： （35）1234cosscos0LL iniin（1）位置分析 为求φ 3 ，将式（35）改写为 2341cscs iiiLL两边平方后相加并整理得 （36）33sincos0ABC。