基于VB 的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

聶時(shí)君+岳舟

摘要：根據(jù)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的幾何條件建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，然后以VB6.0可視化語言為基礎(chǔ)輸入此四桿機(jī)構(gòu)的尺寸，通過計(jì)算和分析可輸出得到此機(jī)構(gòu)的類型；并通過設(shè)定原動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，可以進(jìn)一步對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析。通過V B 可視化語言程序的分析計(jì)算，可以得到機(jī)構(gòu)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)的位置、角速度和角加速度的數(shù)據(jù)輸出。在實(shí)際機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行工程分析計(jì)算，分析出連桿運(yùn)動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的變化，從而為工程實(shí)際需要提供可參考的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步促進(jìn)機(jī)械的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)；VB；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

中圖分類號(hào)：TH112.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）35-0252-03

The Analysis of Motion for Hinge Four-Bar Mechanism Based On Visual Basic

NIE Shi-jun， YUE ZHou

（Hunan University of Humanities， Science and Technology Mechanical and Electronic Engineering Department， Loudi 417000，China）

Abstract：According to the geometry of four-bar linkage set up a corresponding mathematical model， Enter the size of the four-bar mechanism in the condition of visual language-Visual Basic 6.0， then can obtain the type of the mechanism by calculation and analysis. And then setting the motion of the original motion parameters， can be further rod the machine motion analysis， through the analysis and calculation of visual basic language， can get the agency in a location within the movement cycle， angular velocity and angular acceleration data output. In the design of practical mechanism， the designer can accord output data for engineering analysis and calculation， analysis of the change of motion parameters at the time of the connecting rod movement， which need to provide reference data for the engineering practice， to further the mechanical optimization design.

Key words： hinge four-bar mechanism； visual basic； kinematics analysis

1前言

鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在生活、生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，其優(yōu)勢(shì)是能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)在所期望的多種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)規(guī)律和運(yùn)動(dòng)軌跡的要求，而且機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，且工作可靠[1]。隨著計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用以及有關(guān)設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)，連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)速度和設(shè)計(jì)精度有了較大的提高，而且在滿足運(yùn)動(dòng)學(xué)要求的同時(shí)，還可考慮到動(dòng)力學(xué)特性，如工程實(shí)際應(yīng)用中攪拌機(jī)和起重機(jī)的使用受力分析等[2]。對(duì)此類問題多利用計(jì)算機(jī)對(duì)連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行輔助研究，如以極點(diǎn)曲線為基本原理的復(fù)演規(guī)則軌跡的平面四桿機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)助綜合，解決了復(fù)演規(guī)則形狀預(yù)期軌跡的平面四桿機(jī)構(gòu)綜合問題[3]。無論哪種方法，其目的是對(duì)機(jī)構(gòu)分析與綜合進(jìn)行優(yōu)化，使機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果更科學(xué)更精確，同時(shí)也可減輕人的體力和腦力勞動(dòng)。因此，由實(shí)際工程需要，在選定鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在VB可視化程序中可實(shí)現(xiàn)軌跡生成機(jī)構(gòu)這類問題。根據(jù)概況實(shí)際參數(shù)，輸入四桿機(jī)構(gòu)尺寸參數(shù)及原動(dòng)件輸入運(yùn)動(dòng)參數(shù)，可以進(jìn)一步對(duì)四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，得到該四桿機(jī)構(gòu)在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)內(nèi)的位置、角速度和角加速度數(shù)據(jù)輸出，為進(jìn)一步動(dòng)力分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考數(shù)據(jù)。這樣設(shè)計(jì)者可以直接從界面中讀取自己所需數(shù)據(jù)，從而進(jìn)一步指導(dǎo)、修止、改進(jìn)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者可以及時(shí)修改設(shè)計(jì)中的偏差，提高設(shè)計(jì)效率，以便更好地實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能和效果[4]。

2基于VB的程序設(shè)計(jì)

如圖1所示為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的VB可視化界面，本程序?qū)⒏鞣N操作集中在一個(gè)窗體內(nèi)，窗體按功能劃分為三部分[5]：第一部分為數(shù)據(jù)輸入部分；第二部分為部分運(yùn)動(dòng)參數(shù)輸出和計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)輸出；第三部分為圖形顯示部分。（1）數(shù)據(jù)輸入，在界面的左邊設(shè)置了八個(gè)textbox文本輸入，依次為曲柄長(zhǎng)度、連桿BC長(zhǎng)度、連架桿CD長(zhǎng)度、機(jī)架AD長(zhǎng)度、曲柄轉(zhuǎn)速n1、曲柄轉(zhuǎn)角φ1、連桿上任意點(diǎn)的X、Y坐標(biāo)，一個(gè)combobox作為曲柄轉(zhuǎn)向的選擇。左下端設(shè)置一個(gè)BCD的排列順序；（2）輸出部分，在界面的下方設(shè)置了六個(gè)text文本窗口，分別顯示出在初始的位置連桿和連架桿的角位移、加速度、角加速度；在界面的右邊設(shè)置了五個(gè)text文本窗口，分別顯示出機(jī)構(gòu)的最大壓力角，最大、最小傳動(dòng)角，極位夾角和形成速比系數(shù)；（3）在圖形顯示部分，我們采用了嵌入方式將四個(gè)小窗口集中在一個(gè)窗口里面：依次為“結(jié)構(gòu)模型”，“數(shù)據(jù)顯示”“運(yùn)動(dòng)線圖”“仿真軌跡”。

3基于VB的攪拌機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析

攪拌機(jī)常用于化學(xué)工業(yè)和食品工業(yè)中，對(duì)拌料進(jìn)行攪拌工作。如圖2所示，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過齒輪減速（圖中只畫出齒輪副z1-z2），帶動(dòng)曲柄2順時(shí)針方向回轉(zhuǎn)，驅(qū)使曲柄搖桿機(jī)構(gòu)（1-2-3-4）運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過蝸輪蝸桿帶動(dòng)容器繞垂直軸緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)連桿3運(yùn)動(dòng)時(shí)，固聯(lián)在其上的拌勺E即沿圖中虛線所示軌跡運(yùn)動(dòng)而將容器中的拌料均勻攪動(dòng)[6]。

下面通過選取兩組方案數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，并得出攪拌頭相應(yīng)運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，從而得出最優(yōu)方案，為后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考和依據(jù)。方案數(shù)據(jù)如下表1 兩種方案的尺寸參數(shù)。

攪拌頭運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線圖和圖4攪拌頭運(yùn)動(dòng)軌跡曲線。我們可以從這些顯示中分析出在一個(gè)運(yùn)動(dòng)循環(huán)周期內(nèi)，連桿頭角位移，角速度和角加速度的幅值。同時(shí)通過對(duì)兩種不同的運(yùn)行方案進(jìn)行比較，可以發(fā)現(xiàn)連桿頭的運(yùn)動(dòng)規(guī)律基本相似，方案2中攪拌頭的角位移幅值增大，角加速度幅值有所減少，這對(duì)于攪拌效果和攪拌頭的受力更為理想，從運(yùn)動(dòng)軌跡曲線對(duì)比可以得到，方案2的攪拌參數(shù)略優(yōu)于方案1。

4結(jié)論

本文采用復(fù)數(shù)矢量法對(duì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的軌跡生成進(jìn)行了研究，其中主要對(duì)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的連桿角位移、角速度、角加速度曲線生成進(jìn)行綜合分析。并以攪拌機(jī)為例，提出兩組方案參數(shù)，通過對(duì)比攪拌頭的運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線圖和運(yùn)動(dòng)軌跡曲線，得出較優(yōu)方案參數(shù)。本設(shè)計(jì)根據(jù)給定的四桿長(zhǎng)度和曲柄初始角度就可快速精確的在窗口中，輸出數(shù)據(jù)、繪出鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，自動(dòng)演示不同的鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的仿真運(yùn)動(dòng)和軌跡，我們可以直接觀察連桿平面任一點(diǎn)的一些重要數(shù)據(jù)和它的軌跡，避免設(shè)計(jì)人員大量復(fù)雜的計(jì)算，較少查閱圖庫尋找連桿軌跡的時(shí)間，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的紕漏縮短了設(shè)計(jì)周期。如果將其用于CAI教學(xué)，，還可使學(xué)生加深對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的理解，使得課堂上很抽象的知識(shí)變得生動(dòng)、形象達(dá)到良好的教學(xué)效果。但目前該軟件只對(duì)典型鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了綜合分析，編寫了相應(yīng)程序。而機(jī)構(gòu)型式是多種多樣的，因此未來會(huì)盡量對(duì)其他類型機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析，建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型編寫程序。

參考文獻(xiàn)：

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