基于VB6.0的曲柄滑块机构的参数化设计与实现论文【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 目 录 1 绪论 . 1 2 设计要求 . 1 3 平面四杆机构简况与本课题的研究意义 . 1 面四杆机构的应用 . 1 面四杆机构的特点： . 2 文的主要研究内容 . 2 4 曲柄滑块机构的设计分析 . 3 柄滑块机构结构分析 . 3 作行程最小传动角 . 4 柄转向与滑块工作行程方向的合理配置 . 4 何尺寸设计公式 . 错误 !未定义书签。 构特殊位置处的传动角 . 5 化与设计数据 . 6 计变量及其范围 . 6 优目标函数及约束条件 . 6 计数据 . 6 语 . 7 5 曲柄滑块机构优化设计的方法 . 8 程语言的选择 . 8 于 . 8 其它特性 . 8 序运行界 . 9 计窗口 . 9 具箱 . 10 性窗口 . 10 工程】窗口 . 11 码窗口 . 11 窗体布局】窗口 (如图 8) . 11 单栏 . 12 具栏 . 12 户界面的设计 . 12 6 设计实例 . 13 7 结束语 . 14 谢辞 . 15 参考文献： . 16 附程序代码 . 17 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 1 绪论 制造业是我国工业的主体，据统计，我国制造业的增加值占整个工业产业的78%，从业人员占 82%，国内生产总值的约 40%、财政收入的 50%、外贸出口的 80%来源于制造业。因此，必须大力推进制造业信息化，以信息化带动工业化，提高我国制造业的整体素质和竞争力。 产品设计的数字化是制造业信息化的重要组成部分。结合我国国情，立足应用，实现产品数字化设计，为我国制造企业的产品创新、技术创新和管理创新提供成熟成套的技术和软件工具是实现制造业信息化的有效措施。据有关资料显示，在产品设计过程中，绘图时间约占总设计时间的 34%，图 纸修改时间约占8%编写零部件明细表时间约占 5%，也就是说，在图纸上所花费的时间约占总设计时间的一半左右。曲柄滑块机构作为使用最广的机械零件之一 , 实现其数字化设计与制造对制造业的信息化具有重要意义。 本课题通过对曲柄滑块机构的深入分析 ,把优化设计与 术相结合 ,在台上开发了一个具有参数优化的曲柄滑块机构设计程序 ,实现了曲柄滑块机构的数字化设计。 2 设计要求 根据曲柄滑块机构的设计理论，根据参数化设计的原理，建立起考虑传动性能时曲柄滑块机构参数化设计的数学模型，并采用一定的 算法，编出程序来实现其参数化设计过程。 （ 1）建立程序的运行界面； （ 2）建立数学模型； （ 3）程序采用的算法及运行时间； （ 4）程序所得出的设计参数是否合理，是否全局最优 ; 3 平面四杆机构简况与本课题的研究意义 面四杆机构的应用 连杆机构应用十分广泛，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结构、机械手的传动结构折叠伞的收放机构及人体假肢等也都用有连杆机构。 此外，虽然可以利用连杆机构来满足一些运动规律和运动轨迹的设计要求，但其设计十分繁难，且 一般只能近似地得以满足。正因如此，如何根据最优化方法来设计连杆机构，使其能最佳地满足设计要求，一直是连杆机构研究的一个重要课题。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 近年来，对平面连杆机构的研究，不论从研究范围上还是方法上都有了很大进展。对多杆多自由度平面连杆的研究，也提出了一些有关的分析及综合的方法。同时，在设计要求上，也已不再局限于运动学要求，而是同时要求兼机构的动力学特性。在研究方法上，优化设计和计算机辅助设计的应用已成为研究连杆机构的重要方法，并已相应地编制出大量的、适用范围广、计算机时少、使用方便的通用软件。随着计算机的发展和现代数 学工具的日益完善，以前不易解决的复杂平面连杆机构的设计问题正在逐步获得解决。 面四杆机构的特点： 连杆机构的共同特点是原动件的运动都要经过一个与机架直接相连的一个中间机构（称为连杆）才能传动从动件，故称之为连杆机构。 连杆机构具有一下一些传动特点： （ 1）连杆机构中的运动副一般均为低副，其运动副元素为面接触，压力较小，承载能力较大，润滑好，磨损小，加工制造容易，且连杆机构中的低副一般是几何封闭，对保证工作的可靠性有利。 （ 2）在连杆机构中，在原动件的运动规律不变的条件下，可以改变各构件的相对长度来 使从动件得到不同的运动规律。 （ 3）在连杆机构中，连杆尚各点的轨迹是各种不同形状的曲线（称为连杆曲线），其形状随着各构件相对长度的改变而改变，故连杆曲线的形状多样，可以来满足一些特定工作的需要。 利用连杆机构还可以很方便地达到改变运动的传递方向、扩大行程、实现增力和远距离传动等目的。 文的主要研究内容 机械优化设计是把数学规划理论和计算方法应用于机械设计，按照预定的目标，借助与电子计算机的运算寻求最优的设计方案的有关参数，从而获得较好的技术经济效果，进而对机械零件结构参数的选择进行优化，从而在满足 一定工作条件下，使工作零件结构参数的选择尽可能达到最优 。 在实际生产中 ,曲柄滑块机构的优化设计关系到生产成本的减低。 本文的研究目的是寻求 曲柄滑块机构 的最有效设计方法，使 曲柄滑块机构 的设计更加简单方便。进一步开发出设计 曲柄滑块机构轴 专用设计程序，并通过设计程序 ,对 曲柄滑块机构 尺寸进行初步的优化，对 曲柄滑块机构 的后续设计提供最有参考价值的数据。 本文所设计的 曲柄滑块机构 的方向和内容，国内国外没有完整的可供参考的资料，完全是根据 曲柄滑块机构 基本设计理论，优化设计基本思想与 术相买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 结合，在 曲柄滑块机构 数化设计上的 大胆有意义的探索！是 曲柄滑块机构 参数化设计一系列课题中很小的一部分！ 本文针对 曲柄滑块机构 设计中设计变量的性质不同、取值离散性大和受设计标准限制多等关键技术问题，研究优化设计数学模型的建立、绘图程序编制与支撑平台的关系和 曲柄滑块机构 的计算程序结构等，为实现 曲柄滑块机构 的优化设计与参数化绘图的一体化提供依据和实现的手段。主要包括以下几个方面的内容： （ 1）根据机械设计实际问题和对设计所提出的要求，建立优化设计的数学模型，确定轴的设计变量，建立目标函数、约束条件等具体的优化设计计算的数学模型； （ 2）按照数学模 型的性质，选择适当的优化方法，和相应的计算程序，针对常用曲柄滑块机构的结构特点，建立设计变量与各个几何尺寸之间的基本关系，为参数化绘图接口模块程序编制提供依据，对设计变量数，约束条件数，目标函数和约束函数的复杂程度等进行分析； （ 3）根据优化计算结果， 对 轴 进行再设计， 进一步提高 曲柄滑块机构的结构合理性 、寻求几何尺寸的最佳组合 , 协调零件之间的尺寸关系；分析输出结果是否达到预期的目的，检查数学模型，所用优化方法及输入数据是否正确，进行必要的修正后再作运算，对运算结果进行数据处理，使其满足实际要求。 （ 4）在具 体的设计中，会遇到某一优化设计问题，可采用不同的算法求解，为提高设计和绘图效率，实现人机对话，开发出 曲柄滑块机构 优化设计与参数化自动绘图软件包提出具体的实施方案，并遵循以下几个原则： 可靠性要好：在合理的精度要求下，在一定的计算时间内，求解优化问题的成功率越高，可靠性越好。 效率要高：算法的效率是指解题的效率，一般可用算法所用计算时间或计算函数的次数来衡量，最好选用不计算梯度与海色矩阵的优化方法，尽可能选用计算过程中调用函数值次数少的优化方法。 稳定性要好 ：遇到高度非线性的偏心率大的函数时，不会因为 计算机字长截断误差迭代过程正常运行，而中断运算过程。 采用成熟的计算程序：对现有的成熟的计算程序应尽可能的采用，使得解题简便。 4 曲柄滑块机构的设计分析 柄滑块机构结构分析 曲柄滑块机构具有运动副为低副，各元件间为面接触，构成低副两元件的几买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 何形状比较简单，加工方便，易于得到较高的制造精度等优点，因而在包括煤矿机械在内的各类机械中得到了广泛的应用。然而，由于这种机构在多数情况下应用于载荷较重的场合，所以在对它的设计时，必须考虑其传动性能，尤其是随着现代化工业的发展，曲柄滑块机构的运动速度和承载能 力要求都有了大幅度的提高，从而对其传动性能提出了更高的要求。 最小传动角 大小是衡量曲柄滑块机构传动性能的指标， 大，机构运转愈轻松，传动效率愈高。而在曲柄滑块机构设计中，为提高机构的劳动生产率，又往往要求其有急回特性。机构的急回特性用行程速比系数 K 来表示，K 愈大，机构的急回程度愈明显。 K 的大小和最小传动角 间存在着一定的关系，它直接影响到机构达到一定传动性能的可能性。如何在满足急回运动要求的前提下，又能使机构具有良好的传动性能，是设计者需要考虑的问题。对这一设计问题，许多文献中 已有所论述，但往往没有考虑到最小传动角应该是工作行程中的最小值 因为机构只有在工作行程中才受到较大的工作阻力的作用。所以从最佳设计角度讲，应按照工作行程中的最小传动角 行设计。 本文从机构在工作行程中拥有最佳传动性能出发，通过以机构 大为寻优目标函数对机构进行优化设计，分析了速比系数对曲柄滑块机构工作行程传动性能的影响，给出了相应设计参数。 作行程最小传动角 曲柄转向与滑块工作行程方向的合理配置 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 构特殊位置处的传动角 以 曲柄位于 曲柄转角为0-（ 00 180）时，滑块从 2,处于工作行程中。其中 ab ca r c s 0 设连杆 ，容易得到 o c c 与传动角 的关系是：当 090 时， ；当 90 0180 时， 0180 。 通过分析工作行程中的最小传动角能出现再一下 3个特殊位置中： （ 1）当0 时， 1 =0 90，此时 1 =1 。 （ 2）当 0180 时， 2 =时b c c （ a 时c ），或 02 180 当 a c 时）。 （ 3） 00 180时，3= ）（ ，此时33 。 因为 =- 02c o o ）（ ，所以13 。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 由以上分析可知：曲柄滑块机构工作行程的最小传动角定在机构的 2个特殊位置中，即 0180 ，工作行程中当曲柄与滑块导路垂直时；或 00 180 ，工作行程结束时。因此 32 ， 。 将32 与表达为一下形式 b （当 a c 时） 或 2 =b c （当 a 时c ） （ 9） 3= ）（ （ 10） 化与设计数据 计变量及其范围 由上面一系列设计公式知：在（即 K）已知情况下， a、 b 和 c 中只有 1个独立的变量，不妨取 ：设计变量 2 ），。 优目标函数及约束条件 根据优化方法，以机构工作行程的最小传动角大为追求目标，可建立如下一维优化的数学模型 )=a) (11) 同时还必须满足下述约束条件： 曲柄存在条件 a)=b-(a+c) 0 (12) 传动角条件 a)= 0 (13) 由于该设计问题是简单的单变量的寻优问题，采用黄金分割法可以迅速获得最优结果。 计数据 根据以上寻优目标和约束条件，利用优化方法，通过上机，在 ， 得到了不同速比系数 K 所对应的工作行程最小传动角达到最大时的设计参数 a* 、 b* 、 c* 值，见表 1。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 表 1 机构设计参数 K H（ a*（ b*（ c*（ （ ） 00 49 285 60 00 48 170 40 00 48 103 18 00 48 101 22 00 49 83 15 00 49 73 12 00 49 67 10 00 49 64 9 00 49 63 9 00 48 63 9 ：（ 1）表中 a* 、 b* 、 c* 分别大时的 a、 b及 （ 2）考虑到一般机构对传动性能的要求为 00，因此表中只列出0m a xw m 0）（ 时的设计数值。 （ 3）当 用插值法计算。 语 通过以上分析，可得出如下结论： （ 1）行程速比系数 影响机构工作行程的传动性能 。 K 值越小，所能得到的（要合理设计，可使机构获得较好的传动性能；K 值越大，（说明：若要使机构有较高的急回程度，就难以保证机构有较好的传动质量。 （ 2）对曲柄滑块机构来说，若滑块的工作行程方向与曲柄转向合理配置，为使机构具有较好的传动性能，同时又满足一定的急回特性， K 值取不超过 在文献 3中已阐述：若工作行程方向与曲柄转向不合理配置， 1 28。这说明：如果滑块工作行程方向与曲柄转向配置合理，在满足机构传动性能要求的前提下，可使机构有更显著的急回程度。 （ 3）如果在 K 值及滑块行程 H 确定的情况下，要使机构的工作行程具有最佳的传动性能，可根据表 1中提供的数据 a* 、 b* 及 c* ，设计出机构的运动参数。例如：当 K=100，查表 1得 a* = 48mm,b* = 101mm,c* = 22。此方法简单方便，在实际设计中具有较好的应用价值。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 5 曲柄滑块机构优化设计的方法 程语言的选择 随着计算机技术的飞速发展，编程语言也随之突飞猛进地发生了变化。简单、灵活、易用的 言，具有可视化、面向对象的、采用事件驱动的高级的结构化程序来设计语言。利用 序设计语言，可以很方便地设计出在 比较起别的编程语言来，在绘图方面具有直观的特点，不用太多的叙述语言。是一种很好的图视化语言。 于 称 在 作平台下设计应用程序的最迅速、最简捷的工具之一。不论是初学者还是专业开发人员， 为他们提供了一整套的工具，可以轻松地开发应用程序。因此， 直被作为大多数电脑初学者的首选入门编程语言。 “ 的指采用可视化的开发图形用户界面（ 方法，一般不需要 编写大量代码去描述界面元素的外观和位置，而只要把需要的控件拖放到屏幕上的相应位置既可方便设计图形用户界面：“ 的是 言，因为 言的基础上发展起来的。 “ 一种通用程序设计语言，包含在 共用户进行二次开发；目前制作网页使用较多的 本语言也是 利用 户可以对包括 其他企业数据库在内的大部分数据库格式创建数据库和前端应用程序，以及可调整的服务器端部件。利用 M)技术， 使用如 处理器、至可直接使用由 用户最终创建的程序是一个真正的 以自由发布。 供了学习版、专业版和企业版，用以满足不同的开发需要。企业版允许专业人员以小组的形式来创建强大的分布式应用程序。 它包括专业版的所有特性。 其它特性 在 前的版本中。由于仍然摆脱不了解释执行的代码运行机制，所以在相当的程度上制约了 发展。从 本开始，在 制作的应用程序都改变为编译执行，使得 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 时执行的速度也大幅度加快 12。 当然在 还有其它特性，例如： 面向对象的编程语言； 结构化程序设计； 事件驱动的程 序设计； 支持动态链接库； 应用程序之间的资源共享。 序运行界 运行 0，选择菜单栏上的【新建】 /【标准 令，进入 程环境，如图 2所示： 图 2 计窗口 设计窗口是用户编写的应用程序运行时将要显示的窗口界面。用户在上面添加各种控件，可以显示文字、图形、图像等 如图 3。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 图 3 设计窗口 具箱 显示标准的 件及已添加到工程中的任何 件和可插入对象。标准工具箱共有包括图片框、文本框、数据、对象链 接和嵌入等在内的 20 个控件，能够实现显示或绘制图像图形、显示可以编辑的文本、访问数据库中的数据、链接或嵌入其他程序到 除标准控件外还可以用添加 得编程功能更多。方法是选用【工程】 /【部件】 /【控件】命令，出现选择对话框，勾选需要的控件名前的方框，就可将该控件添加进工共箱。要将已添加进工具箱且程序未使用的控件取消，去掉控件名前方框中的对钩即可 如图 4。 图 4工具箱窗口 性窗口 属性是 均有属性。通过属性窗口可以设置窗体、控件等对象的属性值，这种方法称为设计时改变对象的属性值；若用程序代码设置对象属性，则称为运行时改变对象的属性值 如图 5。 打开某一控件的属性窗口，可以采用以下任意一种方法： 先选定控件比如在窗体上单击该控件，然后按 先选定控件，比如在窗体上单击该控件，然后单击工具栏上的属性图标； 选择【视图】 /【属性】命令，然后在【 属性】窗口上部的下拉列表框选择某件。 图 5属性窗口 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 工程】窗口 【工程】窗口包含了创建的 如窗体 块 应用【工程】窗口功能的方法是在【工程】窗口上单击鼠标右键，比如想要将【工程】在软盘上作一备份，可用鼠标右键单击【工程】窗口上的任一项，再在出现的菜单上选择【另存为】命令，就可以将源程序作一备份了 如图 6。 图 6【工程】窗口 码窗口 代码窗口是书写源程序的地方，在代码窗口 (如图 7)的对象下拉列表框中选择窗体或控件名 在过程下拉列表框中选择该对象的事件名，代码窗口将自动出现该对象的事件过程的首尾两行代码，只需在中间输入源程序即可。若输入源程序有语法错误， 图 7代码窗口 窗体布局】窗口 (如图 8) 用鼠标拖动【窗体布局】窗口中的白色窗体，可以调整程序运行时窗体在屏幕上的显示位置。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 图 8【窗体布局】窗口 单栏 菜单栏上的菜单命令，指明了 够完成的功能。单击菜单栏 (如图 9)上的菜单标题，会下拉显示各菜单项命令。有些菜单项以浅灰色显示表名在当前状态下不可用。 图 9菜单栏窗口 具栏 工具栏上的图标，代表一些经常使用的命令，单击某图标，与单击菜单命令或按下快捷键的效果一样。将鼠标指针停留在图标上 会儿，将出现该图标的中文名称；在工具栏上单击鼠标右键将显示工具栏选择菜单 (如图 10)。 图 10 工具栏窗口 户界面的设计 运用最优化方法建立数学模型 ,确立曲柄滑块机构 行程 速比系数 K、滑块行程求出零件优化结果。 原始参数可定为： 行程 速比系数 K、滑块行程 H。由此设计的曲柄滑块机构的传动优化设计程序运行界面如图 11 所示。 图 11 曲柄滑块机构的优化计算界面 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 图 11 程序运行界面 6 设计实例 例如：一偏置曲柄滑块机构，其行程速比系数为 K=块行程 H=100求通过 序优化后所得曲柄 连杆 2l 和偏心距 e 的最优结果。 图 12 程序输入参数界面 输出步骤如下： 输入选择参数如图 12，根据给定的已知条件，通过 程来对未知变量的确定； 建立目标函数，对未知变量进行约束； 编写循环语句并调用进程，来运行程序； 程序运行结束，得出结果。 输出结果如下图 13： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 图 13 程序输出优化结果界面 从图 13 中知道： 曲柄 48连杆 2l =101心距 e=22例运用 程的设计过程，只是在 作平台上，通过可视化的窗口（图 11），进行方便的选取优化条件。点击 作平台上的 口上的优化结果按钮（图 12） 得出优化结果，从优化结果的界面可以看出，通过 化的结果更节省材料和准确。 7 结束语 通过本次毕业设计，使我对 了一定的了解和掌握，基本熟悉了 言和机械设计之间的联系，基本掌握了用机械设计思想和运用序设计方法对 曲柄滑块机构 进行简单的参数化设计，使我对 种计算机语言有了更进一步的认识，能够运用 件按曲柄滑块机构的设计思想和曲柄滑块机构的几个重要参数的约束条件建立目标函数曲柄滑块机构进行参数化设计，而且通过这次毕业设计中还使我具备了以下几方面的能力： （ 1）使我对机械设计思想的认识有了进一步的提高，进一步提高了严谨负责的工作态度。 （ 2）锻炼了用计算机语言 件同机械设计过程有机结合的能力。 （ 3）进一步提高了实践动手能力。 （ 4）加强了论文格式及排版的能力，以及抓图工具的使用。 （ 5）提 高了和老师、同学讨论，解决问题的能力。 （ 6）提高了查阅中外资料和阅读资料并查找有效信息的能力。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 谢辞 在本毕业设计承蒙指导付老师、王老师的认真指导和热心帮助，放弃休息时间，耐心地辅导我们，才使我在本次毕业设计得以按规定的时间顺利的完成！我们指导老师丰富的实践经验和渊博的知识以及严谨负责的、认认真真工作态度已经深深的印在我的脑海里了，对我影响很大！通过指导老师的热心认真的指导，使我能够对机械原理设计的基本知识能够认真学习并得到提高；对有关设计资料进行有效的查阅； 在运用软件时能够融会贯通。总之在整个设计过程中指导老师给予我了充分耐心的指导，在此我向指导老师以及曾帮助过我的刘永庆同学表示真诚的感谢！ 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 参考文献： 1孙桓 M 等教育出版社， 1996. 2