基于VB的平面连杆机构的运动分析与运动仿真

马宝丽

（杭州师范大学钱江学院，浙江杭州 310012）

基于VB的平面连杆机构的运动分析与运动仿真

马宝丽

（杭州师范大学钱江学院，浙江杭州 310012）

以VB编程语言为工具，在对平面连杆机构进行理论分析的基础上，建立了该机构的数学模型，编写出VB程序代码解答该机构的重要参数，并实现了从动件的角位移图、角速度图、角加速度图分析以及机构的运动仿真.

VB；平面连杆机构；运动分析；运动仿真

平面连杆机构在各种机械和仪器中获得广泛应用［1］，它的运动分析是机械原理课程所要解决的重要内容之一，常用的分析方法有图解法和解析法［2］.图解法直观，在机械原理课堂教学中占主导地位，但过程繁琐、精度差、效率低，逐渐被解析法所取代.解析法计算精确度高，但因其数学建模计算工作量大，曾受到一定的制约.随着计算机技术的发展，平面连杆机构解析法的实现越来越容易，程序也大为简化，已有多种软件可对该机构进行解析法分析［3－6］.由于Visual Basic具有事件驱动的编程机制、可视化设计工具，一直以来应用广泛［7－8］.因此，笔者使用VB6.0［9］作为编程工具，对所建立的数学模型进行了编程.

该文开发了平面连杆机构的运动分析和运动仿真系统，以曲柄摇杆机构为例，建立人机交互式界面，通过输入各杆的长度，求解平面连杆机构的重要参数，并实现该机构从动件的角位移、角速度、角加速度分析和该机构的运动仿真.

1 平面四杆机构的理论分析与数学模型

平面四连杆机构如图1所示，各杆长度、角度鉴于此图.

几何关系可建立如下矢量方程：

对应的代数方程组为

图1 曲柄摇杆机构简图Fig.1 Kinematic diagram of crank rocker mechanism

为方便求解θ2，θ3，构造了2个辅助三角形ΔABD，ΔBCD，从而引入α，β角，

最大摆角φ是θ3的最大值与最小值的差值，最小传动角γ要分3种情况比较得到.

2 VB程序设计

2.1 程序流程

图2 程序流程图Fig.2 Flow chart of program

2.2 窗体设计

窗体包括输入参数、输出参数等，为使界面更加友好，窗体中还提供了平面连杆机构的示意图（图3）.

图3 窗体设计Fig.3 Design of form

2.3 程序代码

3 程序运行结果与分析

笔者截取了一幅机构的运动分析图（图4）为例，说明程序的运行结果.图中，输入的四杆的长度分别是10，25，30，20mm.计算结果显示摆角60.007°，最小传动角18.19°，行程速比系数1.88.为验证结果的正确性，对该机构进行了手工解析计算，结果比对后发现，摆角与最小传动角计算较为精确（相对偏差小于1%），行程速比系数有一定的偏差（相对偏差大于5%），这主要和步长（5°）选取有关.结果表明此程序运行是正确的.

图4 运行结果Fig.4 The running result

4 结 论

利用计算机图形技术，借助VB编程语言实现了平面四杆机构的运动分析与仿真.设计时，先建立所设计机构的数学模型，然后根据数学模型，设计窗体编写程序，由计算机进行计算并给出设计结果.应用结果表明，运用该方法可快速有效地进行平面连杆机构的运动分析.该软件既可以用于课堂教学，也可以用于课程设计，同时在一定程度上也满足工程应用的需要，提高学生毕业后在社会上的竞争力.

［1］Shiakolas P S，Koladiya D，Kebrle J.On the optimum synthesis of four-bar linkages using differential evolution and the geometic centroid of precision postions［J］.Inverse Problems in Science ＆Engineering，2002，10（6）：485-502.

［2］孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理［M］.7版.北京：高等教育出版社，2006.

［3］赵清华，贾欣宇.基于SolidWorks的最优化平面四杆机构的动态模拟［J］.机械设计与制造，2007（05）：192-193.

［4］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，2010，31（3）：36-39.

［5］闵剑青，徐梓斌.基于SimMechanics的平面四杆机构运动分析与仿真［J］.轻工机械，2004（01）：63-65.

［6］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（01）：107-109.

［7］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.

［8］徐畅，刘明.基于VB的直动推杆盘形凸轮机构的设计及分析［J］.机械，2009，36（8）：41-44.

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

Motion Analysis and Motion Simulation of Planar Linkage Mechanism Based On VB

MA Bao-li
（Qianjiang College，Hangzhou Normal University，Hangzhou 310012，China）

Using VB program language as the tool，on the basis of the theoretical analysis of planar linkage mechanism，the paper established the mathematical model of the mechanism，wrote the VB codes，and achieved the angular displacement，the angular velocity and the angular acceleration as well as the motion simulation of the mechanism.

VB；planar linkage mechanism；motion analysis；motion simulation

TH112.1；TP391.9

A

1674-232X（2011）03-0275-06

10.3969／j.issn.1674-232X.2011.03.017

2010-11-18

杭州师范大学科技创新与文化创意基金项目（20009XJ066）.

马宝丽（1977—），女，山东聊城人，讲师，主要从事精密超精密加工、机械原理与设计、噪声与振动控制等研究.E-mail：mabaoli＿77＠163.com