计算机论文VB环境下曲柄滑块机构可视化设计

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摘要：Visual Basic是一种由 微软公司开发的结构化的、模块化的、面向对象的、包含协助开发环境的事件驱动为机制的可视化程序设计语言。程序员可以轻松的使用 VB 提供的组件快速建立一个应用程序。本篇 计算机论文 基于VB环境设计了一款 偏置曲柄滑块机构 ，实现了

　　Visual Basic是一种由 微软公司开发的结构化的、模块化的、面向对象的、包含协助开发环境的事件驱动为机制的可视化程序设计语言。程序员可以轻松的使用VB提供的组件快速建立一个应用程序。本篇计算机论文基于VB环境设计了一款偏置曲柄滑块机构，实现了机构设计过程的参数化和仿真结果的可视化，获得了关键构件的位移、速度和加速度等运动学参数。

　　推荐期刊：《计算机技术与发展》期刊，原名《微机发展》，中国计算机学会会刊，中国科技核心期刊、中国科技论文统计源期刊。中国学术期刊综合评价数据库统计源期刊，中国核心期刊数据库收录期刊，中国期刊全文数据库收录期刊，万方数据资源系统数字化期刊群上网期刊，中国学术期刊(光盘版)全文收录期刊。中国计算机学会和陕西省计算机学会共同主办。刊名为著名科学家胡启恒院士亲笔所提，中国计算机学会名誉理事长张效祥院士写了创刊词。1991年创刊，该刊为综合性学术技术刊物、月刊。

　　随着社会的不断发展和高科技水平的日益提高，人们对工业产品的设计、加工、效率、精度以及质量提出了更高要求。随着计算机在生活中应用的逐渐普及，解析法在四杆机构的设计中越来越重要，同时在精度方面也满足了人们的要求。本文以计算机为基础，以解析法为重点介绍四杆机构的设计、动画仿真及其运动特性。并且，VisualBasic提供了简单易用的界面，可方便图形绘制和程序编制。因此，开发一种参数化设计四杆机构的程序十分必要[1-3]。

　　1991年，微软公司推出了VisualBasic1.0，在当时引起了很大轰动。连接编程语言和用户界面的这一进步被称为Tripod(有时叫作Ruby)，最初设计由阿兰·库珀(AlanCooper)完成。VisualBasic语言是基于Basic的可视化程序设计语言，是一个面向对象的集成开发系统。VisualBasic提供了开发Windows应用程序最迅速、最简洁的方法，它提供了一整套工具，供用户开发应用程序。 “Visual”指开发图形用户界面(GUI)的方法，在图形用户界面下，不需要编写大量代码去描述界面元素的外观和位置，而需把预先建立的对象加到屏幕上的适当位置，再进行简单的设置即可。“Basic”是一种应用十分广泛的计算机语言，VisualBasic是基于Basic的可视化程序设计语言，继承了Basic简单、易学易用的特点，又增加了许多新功能，采用面向对象、设计过程可视化、事件驱动的编程机制、动态数据驱动等先进的软件开发技术，是目前使用非常广泛的面向对象的程序设计语言。通过多年的发展，它已成为一种专业化的开发语言和环境。用户可用VisualBasic快速创建Windows 程序，并可编写企业水平的客户端/服务器程序以及强大的数据库应用程序[4-6]。

　　1偏置曲柄滑块机构设计过程

　　1.1行程分析

　　曲柄滑块机构是曲柄摇杆机构的一种变异，可实现转动和往复直线运动的相互转换。其机构简单、运动可靠，在自动送料机构、冲床和内燃机等机械中得到广泛应用。偏置曲柄滑块机构的滑块具有急回特性，锯床就是利用这一特性来达到锯条的慢进和空程急回的目的。曲柄滑块机构设计主要是根据给定的运动条件和传动条件确定机构的几何尺寸参数。

　　已知参数：曲柄长度LAB，导路偏距e，偏置曲柄滑块机构运动简图如图1所示。

　　曲柄存在条件分析：

　　根据偏置曲柄滑块机构存在曲柄的条件，首先应满足杆长条件，即满足不等式(1)。

　　a+e≤b(1)

　　滑块有两个极限位置，如图1所示，当滑块在最左时，曲柄和连杆共线，以E点为参考点。滑块与E之间的距离可表示为：

　　滑块在最右时，曲柄和连杆共线，以E点为参考点。滑块与E之间的距离可表示为：

　　由式(2)和式(3)可知，滑块的有效行程可表示为：

　　H=H1-H2(4)

　　1.2偏置曲柄滑块机构的传动角分析

　　对于偏置曲柄滑块机构，当曲柄为主动件，滑块为从动件时，由图1可知，∠BCE即为压力角，根据传动角和压力角之间的关系，则传动角β应满足式(5)：

　　式中β为机构的传动角，a为曲柄长度，θ1为曲柄和水平方向(向左)的夹角，e为偏心距，b为连杆长度。余弦函数在[0，π2]为单调减函数，分析式(5)可知，当θ1=90o时，代入式(1)可获得该机构的最小传动角如式(6)：

　　当曲柄滑块机构位于虚线时，B点位置最高，相应的B点到滑块轨迹所在直线的投影最大;依据直角三角形的性质，此时连杆和水平方向所夹锐角最大。结合压力角和传动角的关系可推出，该位置时机构的传动角达到最小。因此，由最小传动角公式可求得连杆长度b。

　　为使机构具有最小传动角的瞬时位置能处于机构的非工作行程中，对于偏置曲柄滑块机构，应注意滑块的偏置方位、工作行程方向与曲柄转向的正确配合。例如，当滑块偏于曲柄回转中心A的下方，且滑块向右运动为工作行程，则曲柄的转向应该是顺时针的;反之，若滑块向左运动为工作行程，则曲柄的转向应该是逆时针的。这样也可以同时保证输出件滑块具有急回特性。

　　2VB设计过程及结果分析

　　2.1VB编译

　　结合偏置曲柄滑块机构的运动学特征以及构件之间的数学关系，利用VB可视化程序进行编译，VB求解过程如图2所示。

　　部分程序如下：

　　窗体1：

　　PrivateSubCommand1_Click()

　　Form2.Show：UnloadMe

　　EndSub

　　PrivateSubCommand2_Click()

　　End

　　EndSub

　　PrivateSubForm_Activate()

　　Print：Print：Print：Print

　　Form1.FontSize=38：Form1.ForeColor=vbGreen：Form1.FontBold=True

　　……

　　2.2运动特性分析

　　四杆机构的应用已深入到生活的方方面面，四杆机构的设计一般是通过做图、计算、手动分析各个参数，工作量大且容易出错，很难做到动画模拟，不易直观看到运行情况，而利用计算机辅助设计可以有效解决这一问题。VisualBasic提供了丰富的图形及动画指令，可方便绘制出各种图形，从而很容易地完成四杆机构的动画模拟。因此，利用VisualBasic编写程序，实现四杆机构的参数化设计与模拟尤为重要。

　　利用VB开发的偏置曲柄滑块程序，在此界面输入行程速比系数、冲程、曲柄转速、偏距等参数后，点击“参数计算”，如果参数合理，则“模拟仿真”按钮变为可用，程序自动计算出极位夹角、曲柄长度、连杆长度、偏距等参数。点击“模拟仿真”后程序模拟该机构运动情况，并显示速度、位移等参数，运算结果如图3所示。

　　3结语

　　本文借助计算机图形技术，结合VB编程语言实现了平面四杆机构的运动分析与仿真。通过该方法实现了一种简便可行、具有实用性的偏置曲柄滑块机构的可视化设计，程序运行时，当输入相关参数后，可运算出机构运行所需的全部参数，显示曲柄的角位移、角速度、角加速度。

　　本文开发的软件既可以用于机械原理、机械设计基础等课程的教学工作，也可用于机构方面的原理设计。本文研究方法对于其它机构的设计开发具有一定的参考价值。

　　参考文献：

　　[1]赵升吨，王二郎，闫伍超，等.曲柄连杆机构运动过程动画VB编程的实现[J].机床与液压，2001(4)：20-22.

　　[2]李雁翎.VisualBasic程序设计[M].第2版.北京：清华大学出版社，2007.

　　[3]何俊，冯鉴.基于Matlab的平面连杆机构预定轨迹优化设计[J].煤矿机械，2012，31(3)：36-39.

　　[4]宋晓华，汪建平.基于UG的平面连杆机构运动仿真和分析[J].农机化研究，2005(1)：107-109.

　　[5]刘立.机械制图[M].北京：机械工业出版社，2004.

　　[6]徐武彬.基于SOLIDEDGE的凸轮三维设计系统的研究[J].机械设计，2002，19(6)：33-35.

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