（机械工程专业论文）基于vb平台的机械设计教学软件的开发与研究.pdf

东北大学硕士学位论文摘要 基于v b 平台的机械设计教学软件的研究与开发 摘要 坚持科教兴国，发展高等职业教育，培养一大批能适应社会一线需求的应 用性技术人才，是国家教育宗旨。进入2 1 世纪，科学技术飞速发展，对应用 软件的开发和使用，成为社会发展的重要途径，为了适应这个大趋势，满足 高职学生和专业技术人员对应用软件的需求，研发这套机械设计教学软件具 有实际的意义。 基于v b 平台的机械设计教学软件的研究与开发，通过利用面向对象的 编程技术，设计出与w i n d o w s 操作系统风格一致的界面。利用v i s a u lb a s i c 进行程序化机械设计技术，实现机械机构的运动仿真，同时，兼容了各种软 件之间的交互和链接，如：a c d s e e ，m p 3 ，h o t s h o t ，w i n r a r ，f l a s h ，f r o n t p a g e ， m p 3 等。 本文在分析软件使用对象基础上，以机构实例为导向建立相应的数学模 型，探讨了机构运动仿真程序的实现方法，实现了机构的运动仿真并对仿真 结果进行了分析。进行了凸轮机构从动件运动规律的选择，确定设计流程， 开发了凸轮机构设计及运动仿真软件。还开发了齿轮减速器主要零部件的强 度设计，结构设计及运动仿真软件。采集处理了一些适合高职教学用的视频 素材，充实软件内容。 本文开发的软件具有以下特点： 1 适用于高职学院的机电专业，可以改变高职院校传统的机械设计教学 方法，发挥计算机的辅助教学作用。 2 通过界面可以方便的调整机构的有关参数，随时观察机构的结构情况和运 行情况。提高机械设计效率和精确度。实现图像、程序、动画一体化，程序 与动作紧密相关，直观性好，便于分析。 3 题材新颖，实用性强，充分体现了案例教学。 关键词：机械设计c a i 软件v b 程序设计界面设计运动仿真视频采集 与处理 型! 壁垒! 呈塑竺呈! ! ! ! ! ! 笪坚苎! 堕望! 婴! ! 旦! ! ! ! 苎壁! ! 旦 垒星兰! 垦垒g d e v d o p m e n t a n dr e s e a r c ho nc a is o f r w a r eo f m a c h i n e a b s t r a c t t h en a t i o n a le d u c a t i o n a la i m sa r et o p r o s p e r t h en a t i o nw i t hs c i e n c ea n d e d u c a t i o n ，t op r o s p e rt h en a t i o nw i t hs c i e n c ea n de d u c a t i o n ，t od e v e l o ph i g hv o c a t i o n a l e d u c a t i o n ，a n dt ot r a i nl a r g eq u a n t i t i e so fp e r s o n sw i t ha b i l i t yt om e e tt h em e e do f s o c i e t y e n t e r i n g2 1 t hc e n t u r y , s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yi sd e v e l o p e da tf u l ls p e e d t h e d e v e l o p m e n ta n du s eo f t h e a p p l i c a t i o ns o f e w a r eb e c o m et h ei m p o r t a n tw a y o ft h e s o c i a ld e v e l o p m e n t i no r d e rt o a d a p tt ot h i sm a i nt r e n d ，t os a t i s f yt h en e e df o rt h e a p p l i c a t i o n s o f t w a r eo fp r o f e s s o r s h i ps t u d e n t sa n dt h e p r o f e s s i o u a l s o f t w a r eo f p r o f e s s o r s h i p s t u d e n t sa n dt h ep r o f e s s i o n a la n dt e c h n i c a lp e r x o n n e l ，d e s i g n i n gt h e t e a c h i n gs o f t w a r eo f m e c h a n i c a ld e s i g n i so f p r a c t i c a l m e a n i n g s id e s i g n e dt h es a m ei n t e r f a c ea sw i n d o w so p e r a t i n gs y s t e ms t y l eb a s e do ft h e r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h et e a c h i n gs o f t w a r eo nt h eb a s i so ft h em a c h i n e r yo f v b sp l a t f o r m ，b yu s i n g p r o g r a m m i n gt e c h n o l o g yf a c i n go b j e c t s ir e a l i z e dt h em o v e m e n te m u l a t i o no ft h em e c h a n i c a ls t r u c t u r eb yu s i n gv bt o c a r r yo nt h em e c h a n i c a ld e s i g n i n gt e c h n i q u eo fp r o c e d u r e a tt h es a m et i m e ，i t i s c o m p a t i b l e w i t hv a r i o u ss o f l w o r ea n dt h e i rm u t u a la n dc h a i n i n go p e r a t i o n s f o r i n s t a n c e ，a c d s e e ，m p 3 ，h o t s h o t ，w i n r a r ，f l a s ha n d f r o n t p a g e ，e t c t h i s p a p e r f o u n d e d c o r r e s p o n d i n g m a t h t m a t i c s m o d e l s ，u s i n g m e c h a n i s m i n s t a n c e sa st h ed i r e c t i o n ，w h i c ha r eb a s e do na n a l y z i n gs o f t w a r ef a c i n go b j e o t sa n d p r o b e di n t ot h ei m p l e m e n t a t i o nm e t h o do ft h em o v e m e n te m u l a t i o np r o c e d u r eo f m e c h a n i s m n m n i n g i ta l s or e a l i z e dt h em o v e m e n te m u l a t i o no fm e c h a n i s mr u n n i n ga n da n a l y z e dt h e e m u l a t i o nr e s u l t s o t h e r w i s e ，t h ep a p e rs e l e c t e dt h er e g u l a t i o n so f c a mm e c h a n i s mf o l l o w e rp i e c e ， f o u n d e dd e s i g n i n gp r o c e s s ，d e v e l o p e ds o f t w a r e o fc a mm e c h a n i s m d e s i g n a n d m o v e m e n te m u l a t i o n ，a n dt h ei n t e r s i t yo f m a j o r p a r t so fg e a rr e t a r d e r s ，a n dm e c h a n i s m d e s i g n i n gt o g e t h e rw i t hs o f t w a r eo f m o v e m e n t e m u l a t i o n ic o l l e c t e ds o m ev i d e om a t e r i e l st h a ta r es u i t e di nt h et e a c h i n go fh i g hv o c a t i o n a l 型! 坐箜! ! 里望! ! ! ! 堡! 堡坚! ! 坚堡! 壁! ! 旦! ! ! ! ! 坠垫!垒里! ! 垦垒! ! e d u c a t i o na n da d d e dt h e mi n t ot h es o f t w a r e t h i ss o f t w a r ei so fs u c hc h a r a c t e r sa sf o l l o w i n g 1 i ti ss u i t e di nm e c h a n i c a la n de l e c t r i c a le n g i n e e r i n go f h i 曲v o c a t i o n a lc o l l e g e s i tc a r la l s oc h a n g et h et r a d i t i o n a lt e a c h i n gm e t h o d so f m e c h a n i c a ld e s i g n ) ) i nh i 曲 v o c a t i o n a lc o l l e g e sa n dm a k ef u l lu s eo ft h ec o m p u t e r s a u x i l i a r y t e a c h i n gf u n c t i o n 2 w ec a r l a d j u s t t h em e c h a n i s m p a r a m e t e r sc o n v e n i e n t l y a n do b s e r v et h e m e c h a u i s ua n do p e r a t i n gf a c t sa t a n ym o m e n t t h es o f t w a r ec a na l s oi m p r o v et h e d e v i s i n ge f f i c i e n c y a n dp r e c i s i o n i tr e a l i z e dt h e i m a g e s ，p r o c e d u r e sa n d c a r t o o n i n c o r p o r a t e t h ep r o c e d u r e i st i e dw i t ha c t i o n sa n do fg o o dv i s u a la f f e c t sa n d c o n v e n i e n tt oa n a l y z e 3 t h es o f t w a r ei sf u l lo fn o v e lm a t e r i a l sa n dp r a c t i c a b i l i t y i td i s p l a y se x a m p l e t e a c h i n gc r i t i c a l k e y w o r d s ：m e c h a n i c a l d e v i s i n g ，c a is o r w a r e ，m a t h m a s t i c sm o d e l s ，t h e d e v i s i n g o fv bp r o c e d u r e ，t h ei n t e r f a c e d e v i s i n g ，m o v e m e n te m u l a t i o n ，v i d e o m a t e r i a l sc o l l e c t i o na n d d i s p o s a l 一 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示谢意。 本人签名 易l 扒要 1 日期：2 0 0 3 8 东北大- g a j = 学位论文第一章绪论 第一章绪论弟一早三百下匕 1 1 机械设计应用软件的开发与研究背景 1 9 9 9 年6 月中共中央国务院召开第三次全国教育工作会议，做出了”关于深 化教育改革，全面推进素质教育的决定”的重大决策，强调教育在综合国力的形 成中处于基础地位，坚持实施科教兴国的策略。决定中明确提出要大力发展高等 职业教育，培养一大批具有必备的理论知识和较强的实践能力，适应社会一线急 需的高等技术应用性人才。同时，人类进入2 1 世纪，科学技术突飞猛进，知识经 济初见端倪，特别是应用软件的迅速发展和广泛应用，对社会的政治、经济、科 技等领域产生越来越深刻的影响，也正在改变着人们的工作和交流的方式，对应 用软件的使用能力，成为人们工作中最重要的能力之一，培养一大批掌握和应用 软件技术的高职人才，在当今社会发展中占主导地位，不仅是经济和社会发展的 需要，也是专业技术人员和应用软件教育者的历史责任，为了适应这个大趋势，满 足高职学生和专业技术人员对应用软件的需求，特别开发了这套机械设计应用 软件。 发展高等职业技术教育，是实施科教兴国战略、贯彻高等教育法与职 业教育法、实现中国改革与发展纲要极其实施意见所规定的目标和任务 的重要环节，也是建立健全职业教育体系、调整高等教育结构的重要举措。 近几年来，高等职业教育以自己鲜明的特色，独树一帜，打破了高等教育界 传统大学一统天下的局面，在适应现代社会人才的多样化需求，实施高等教育大 众化等方面，做出了重大贡献，并得到迅速发展。 目前，我国高等职业教育的发展与改革正面临着很好的形势和机遇，职业大 学、高等专科学校和成人高校正在积极发展高等职业教育，一些本科院校也建立 了高等职业技术学院，为发展本科层次的高等职业教育进行探索。为培养更高层 次的一线岗位人才开了先河。 高等职业教育本身具有鲜明的职业特征，这就要求我们在改革课程体系的基 础上，认真研究和改革课程教学内容及教学方法，努力加强教学方法和教材建设。 但迄今为止，符合职业特点和要求的软件教材却风毛麟角。因此，开发一套适宜 的教学软件有益于高职教学。 高职教育的教材面广量大，花色品种甚多，适一项浩繁而艰巨的工程。高职 教育以培养一线人才和岗位群能力为中心，教学与实践并重，进行教材深化研讨。 东北大学硕士学位论文第一章绪论 为了改变传统的机械设计教学方法，让计算机在教学中发挥应有的作用，适 应高科技的迅速发展，从而开发基于v b 平台的机械设计教学软件的研究与开 发。 目前，v b 编程主要应用于数学计算、财会、电子钟、流动字幕等方面。用于 机械设计的v b 编程虽然有，但只是某方面或某种机构的编程，不够系统性；专业 的机械设计v b 编程有待开发“1 。 用于高职的机械设计教学软件，被视为国家教育计划的重点课题而有待开发 。；目前的研究基础缺少v b 编程与图像、动画于一体的效果；传统的机械设计方 法，跟不上科技的快速发展；如果机械设计没有先进的设计计算方法，将会阻碍 机械的进一步发展，阻碍社会生产力的发展。 本课题的立足点是在机械设计的基础上，开发与之适配的辅助教学软件。 让学生掌握借助应用软件进行机械设计，能方便、可靠、直观、迅速、动画的表 达设计意图，便于计算和修改。同时让学生掌握计算机作为一种工具，在机械设计 和其他各个领域里所发挥的巨大作用，要善于研究和使用。开发本科题的目的： ( 1 ) 改变传统的机械设计教学方法，研发v b 编程的机械机构设计、计算途径， 为高职教学提供一个简单可行的辅助教学软件0 1 。 ( 2 ) 通过界面可以方便的更改机构的有关参数，并立即获得结果参数和机构运动 图，同时可以通过界面运行，观察所设计机构的结构情况和运行情况“1 。提高机 械机构的设计效率、设计精确度。让设计与动画模型实现一体化。程序与动作紧 密相连，直观性好，便于调整。 ( 3 ) 适应高职教育。高职教育是面向社会的普及教育，旨在提高全民素质。高职 教育是以培养技术应用性人才为根本任务，以适应社会需求为目标，以应用为主 旨和特征来构筑课程的，培养学生的实际操作能力。高职学生的社会需求量大， 其中机械、机电领域的基础人才不可缺少，为了这部分专业人才，能尽快的应用 高科技工具进行工作，为飞速发展的机械、机电行业准备必需而雄厚的基础力量， 特开发了本教学软件。 ( 4 ) 充分发挥计算机在机械设计中的辅助教学作用。目前，在高职学院里 机械设计的教学特点仍然是结构原理图解或解析法设计的授课模式 “，速度慢，精确度低，难以从重复的工作中解脱出来。机械设计教学几乎 与计算机应用无关，并且市场中也缺少机械设计的教学软件。同时作为高职 学院，一般都具备计算机的硬件条件，但都没有充分利用到各门课程的教学中， 为了使教学与计算机应用相结合，多快好省的解决机械设计的某些专题，充 分发挥计算机的辅助教学意义，那么开发教学软件意义重大。 2 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 ( 5 ) 通过教学软件的研发和使用，对计算机的构造、运行、性能、操作、功用有 更进一步的认识，对各种相关软件的应用和链接有更进一步的了解，为今后的研 发奠定基础。 1 2 软件开发与应用平台的选择 v b 是1 9 9 1 由m i c r o s o f t 公司推出的，是在b a s i c 语言的基础上研制而成的， 具有b a s i c 语言简单的优势，同时增加了结构化和可视化程序设计的特点。b a s i c 虽然简单易学，但解释程序在执行时需要通过译码，执行速度较慢，而且所编写 的程序只能在特定的环境中运行。随着版本的升级一1 9 9 8 年推出6 0 版，v b 成为 简单易学、功能强大的编辑工具”1 。其特点：( 1 ) 传统程序设计语言通过编程代 码来设计用户界面，在设计过程中看不到界面的实际显示效果，只有编程以后运 行程序才能观察，影响了软件的开发程序。而v b 提供了可视化设计工具，设计时 可边画控件边布局，同时可以通过对话框设置这些图形对象的属性，极大的方便 了界面的设计。( 2 ) v b 是面向对象的程序设计，与其他语言不同”3 。如：j a v a 、 c + + 等程序设计语言的对象由程序代码和数据组成，是抽象的0 1 圳。而v b 则把程 序和数据封装起来作为一个对象，并为每个对象赋予应有的属性，是对象更具体 更直观。( 3 ) v b 是事件驱动编程机制。v b 是通过事件来执行对象的操作，一个 对象可能会产生多个事件，每个事件都可以通过一段程序来响应，所以进行v b 编程设计时，只需对这些事件进行编码，不必建立具有明显开始和结束的程序， 不必考虑顺次执行每个步骤。 机器语言：是最底层的计算机语言。编写程序的难度较大，修改、调试不方 便，容易出错，直观性差，不易移植。 汇编语言：对于不同的计算机，所编写的源程序是互不通用的，虽然执行效 率比较高，但是，通用性和可移植性差。 高级语言：种类繁多，且各种语言适应于不同的领域。b a s i c 使用于微小型应 用程序的开发：f o r t r a n 用于科学及工程计算应用程序的开发；c 用于应用程序与 系统程序的开发；c + + 是面向对象程序的开发；j a v a 是通用的、面向对象的、及 适应于网络的开发；而v b 则是通用的、易于使用的、及用途较广的语言，对于 复杂的数学模型，用v b 编程设计计算比其他语言更简便“。特别对高职教学一 易教、易学、易懂。 作为机械设计v b 编程，虽然国内外已经开发，但尖端性太强，不适应 高职教学。而在某些v b 教程中“，虽然存在机械机构的某个例题编程，但 这只是v b 教程中的某个方面，并不是专门的机械设计v b 编程，更没有适 一3 一 东北大学硕士学位论文第一章绪论 应高职的教程及教学软件u 。 另一方面，传统的机械设计教学大多使用图解法求解，只能解决比较简 单的问题，对于较复杂的问题，计算时往往费力费时，而且结果缺乏精确性；如 果用解析法求解，人工计算就更加困难“。v b 编程进行机械设计，应用的是解 析法的原理，用解析式建立数学模型，可以解决大量而复杂的问题，速度快，效 率高，结果准确，更改方便，同时作为教学软件的开发，也是国家注重课题，具 有实用性、通用性，因此具有开发性“”1 。 1 3 软件使用对象分析 开发软件的目的在于推广使用应用软件和计算机辅助教学，实施科技兴国， 因此软件开发具有面向使用对象性。根据教育部全面推进素质教育和大力发展高 等职业教育的决策，培养一大批具有必备的理论知识和较强的实践能力，适应社 会一线急需的高等技术应用性人才，提高学生的素质结构，熟练的使用相关软件 和科技成果，构建课程和课程内容体系，成为软件开发的首要任务。目前，在高 职学院里，机械设计的教学特点仍然是传统的授课模式，速度慢，精确度低， 难以从重复的工作中解脱出来。机械设计教学几乎与计算机软件应用无关。同 时作为高职学院，一般都具备计算机的硬件条件，但都没有充分利用到各门课程 的教学中，为了教学与计算机应用相结合，面对高职院的实际情况，研发此教学 软件具有一定的推广使用价值“。 本软件是根据高职高专教学需要编写，在内容上突出了机械机构运动仿真的 演示功能，介绍了v i s u a lb a s i c 语言在机械设计中的作用，展现了机构动画效果， 考虑到高职高专教学，以应用为目的，强化实践演示功能，该软件的开发具有针 对性和实用性。 随着科学技术的不断发展，特别是计算机技术的日新月异，越来越多的工程 技术人员迫切希望能够采用一种方法和工具来有效的取代传统的设计及手工绘图 模式，从而把他们从沉闷、重复的工作中解脱出来，以便有更多的时间用来进行 更有效的创作性劳动”“。因此，人们对采用计算机进行辅助设计这一新技术领域 有着很高的兴趣与迫切需求，国家也大力推广软件工程建设，提出了教学软件的 开发是国家九五计划的重点课题。 为了培养2 l 世纪高级技术应用型人才，推广使用应用软件，提高v b 系统编 程技术，根据高职高专系列教材的要求和技术人员的需求，开发了本软件，对应 用v i s u a lb a s i c 系统软件进行编程和运动仿真，做了分析和演示，使广大读者对 v b 技术的基本用途与功能有一个全面的了解，为进一步的学习v b 系统的其他 一4 一 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 相关技术打下基础。 1 4 论文主要工作 与本科题有关的研究基础有：v b 基础、v c 基础、c 语言基础进行机械设计 编程；有传统的机械设计方法和一定的机械设计能力：有与机械设计有关的基础 理论；有多年对机械设计基础教学经验的总结：具有一定的应用计算机的能 力：具有一定的视频采集与处理能力。 开发基于v b 平台的机械设计教学应用软件。其关键是解决：数学模型问题、 v b 编程问题、界面设计问题、动画效果问题、图形抓取问题、机构动画与所摄 实物的运动情况的关联问题。 基于v b 平台的机械设计教学软件的研制与开发。包括四部分内容：第一 部分是应用v b 编程设计平面机构，主要有导杆机构、偏置曲柄滑块机构、曲柄摇 杆机构等：第二部分是应用v b 编程设计凸轮机构，主要有从动件的位移曲线、 凸轮廓线等：第三部分是应用v b 编程设计齿轮机构。第四部分是动画技术。前 三部分分别包括设计界面和建立数学模型、制定核心程序、运行界面和看动画效 果。 本课题的研究方法是利用v b 可视编程的方法研发机械设计教学软件。技术 路线：建立工程建立窗体设计界面格式建立数学模型设计窗体、 控件的属性。编写机械机构设计与计算程序”“运行界面看动画效果 与机构实例对比演示抓取图形于文稿整理文稿成论文刻录光盘 特色与创新之处在于： ( 1 ) 利用v b 编程途径设计部分机械机构，具有直观的运行界面，是一种可视的 应用软件”。2 。 ( 2 ) 能够演示机械机构的工作过程：包括所设计的案例的图形演示和实物的图像 演示。 ( 3 ) 题材新颖，填补了高职教学中机械设计教学软件的不足，填补了目前书缺。 目前，计算机图书市场火爆，但选择有关机械设计的应用软件及图书却并非易 事。本课题适用的主要对象是机械设计的专业人员和高职教学，尤其在教学 中，机械设计教学基本与软件技术无关，显得教学面很窄也很死，与计算 机社会脱节，为此本课题涉足解决此问题。 ( 4 ) 实用性强。本软件在内容上强调实用，尽量不涉及高深的与软件使用无关的 理论问题。“1 。 ( 5 ) 充分体现案例教学。凡是操作型软件都是以案例为主线进行阐述，这是多年 5 东北大学硕士学位论文第一章绪论 来教学与阅读的经验总结，案例教学引人入胜，易理解，易掌握，能举一反 三，掌握扎实。 ( 6 ) 写作风格通俗易懂，语言简明扼要，重点突出。配有光盘，适合自学。 6 东北大学硕士学位论文 第二章平面连杆机构运动仿真软件 的建模与实现方法 第二章平面连杆机构运动仿真 软件的建模与实现方法 2 1 概述 本章的基本内容主要围绕“程序设计”研发连杆机构的运动仿真，本章从实 例出发，通过有趣的实例介绍程序设计基础、方法、避免枯燥空洞的理论，容易 入门，于不知不觉中学会在w i n d o w s 环境中编程。对例题的处理，按照先给出设 计目标，然后介绍为实现本目标而采取的设计方法。采用这样的处理方法，可使 学生明确程序设计的思想和方法，做到有的放矢。 对于工科院校的学生，他们需要用v i s u a lb a s i c 解决实际问题，而这些问题 大多都有数学模型，所以本书把重点放在解决实际问题上，把v i s u a lb a s i c 中最 常用的功能介绍出来。本章主要介绍了连杆机构运动仿真软件的建模与实现方法， 具体的机构有：导杆机构、曲柄滑块机构、曲柄摇杆机构、平行四杆机构等。 v i s u a lb a s i c 系列语言不仅在功能上趋于一致，而且在编程方法上也是一致 的。他们都是采用“面向对象”编程技术的简化板可视化编程。这是一种程 序设计的新概念、新方法，学会一种可视化编程语言，可以毫不费力的学习另一 种可视化编程语言。所以，通过本软件开发演示，不但学会了程序设计的基本知 识、设计思想和方法，还学会了可视化程序设计在机械设计中的通用方法与步骤。 软件在编排上，力求通俗易懂、简洁实用。本章内容逻辑性强、层次分明、例题 丰富，符合高职教学中课件演示的特点。 本章以v i s u a lb a s i c 6 0 系统语言为背景，以程序结构为主线，把控件分散到例 题中介绍，通过实例，介绍了v i s u a lb a s i c 的基础知识、v i s u a lb a s i c 的语言基础、 程序设计、变量与过程的作用范围、菜单与工具栏、图像与图形、运动仿真、面 向对象编程等。 2 2 连杆机构运动分析数学模型 根据机构的实际工作情况，分析机构的工作原理，机构的结构组成，以及机 构中各零部件之间的集成关系，对机械运动加以分析，分清各零部件的运动规律， 各零部件间的工作关系。对零部件进行简化，用杆件代替机构零部件，用运动副 ，7 一 东北大学硕士学位论文第二章平面连杆机构运动仿真软件 的建模与实现方法 将各杆件连结并实现应一定的运动规律，即建立了机构运动简图，同时也建立了 连杆机构运动分析的数学模型【2 7 】。 用v b 系统进行连杆机构仿真运动研究，首先需要构思一个框架，构思一个 方案，即建立一个数学几何模型。确立模型是应用v b 系统软件，进行连杆机构 仿真运动研发十分重要的一步，需要具有良好的专业设计知识，具有良好的相关 软件的应用能力，具有良好的数学知识和几何学知识。需要进行大量的考察，搜 集足够的资料，最终确定将连杆机构中的各零件，用具体理论化的杆件表示。“。 将连杆机构中各零件杆件化以后，就应该确定几何模型中各杆件与v b 系统 中相应控件之间的关系。连杆机构中各零件是通过数学几何模型进行了杆件化， v b 系统是在窗体界面中，通过控件的控制语言进行人机对话的，这样模型中的 扦件怎样与v b 系统中的控件相关联，便成为软件开发中的关键问题之一。为此， 必须首先将杆件进行控件化。o 。 将杆件进行控件化，就是在v b 系统的“工具箱”中，选取合适的“s h a p e ” 图形代替杆件，然后，通过人机对话程序语言，将“s h a p e ”定位、确定“s h a p e ” 大小、确定“s h a p e ”之间的联接关系、编写“s h a p e ”运动规律程序语言，实现 “s h a p e ”代替杆件的转化，即将杆件进行了控件化。下面介绍几种连杆机构的数 学模型： 2 _ 2 1 导杆机构数学模型的建立 分析；已知某机架长a = 3 0 m m ，行程速比系数k = 2 ，设计导杆机构，即确定 曲柄长度b = 7 建立数学模型：因为是导杆机构，导杆有两极限位置b 1 、b 2 ，同时，在极 限位置，曲柄的极位夹角q = 导杆的摆角1 l r ，所以，根据机构运动简图：图2 1 导 杆机构。”，确立数学模型如下。 图2 1 导杆机构 f i g 。2 1l e a d e rm c h a n is m 3 3 8 一 东北大学硕士学位论文第二章平面连杆机构运动仿真软件 的建模与实现方法 数学模型：( 1 ) 曲柄的极位夹角q = 导杆的摆角甲： q = 甲= 1 8 0 0 ( 女一1 ) ( 置+ 1 ) = 6 0 。 ( 2 - 1 ) ( 2 ) 曲柄的长度b ： b = a s i n ( q 2 ) = 1 5 m m 。 ( 2 - 2 ) 2 2 2 偏置曲柄滑块机构数学模型的建立 分析：已知一偏置曲柄滑块机构，其偏心距e = 1 0 m m ，曲柄长度r = 2 0 m m ，连杆长 度l = 7 0 m m 确定( 1 ) 滑块的行程长度h ( 2 ) 曲柄为原动件时的最大压力角am a x 求滑块行程长度h ，即确定滑块运动到两极限点时的距离差；求最大压力角am a x ， 即确定滑块运动到近极限点时，滑块运动方向与连杆受力方向间的夹角”“。 建立数学模型：根据分析和机构运动简图：图2 2 ，确定偏置曲柄滑块机构的 极限状态。：图2 3 。从而建立数学模型如下。 图2 2 偏置曲柄滑块机构 f i g 2 2d e v i a t ea n d s e tc r a n k - a n d s l i d e rm e c h a n i s m 模型：a c 2 = b c + a b = 9 0 r a m 爿e = b c a b = 5 0 ： e c ：2 = a c 2 2 一p 2 ： e c 2 ：a c 2 一p 2 h = e c 2 一e c l ； a 。在近极限点时，t a n o e 。= e e c z ； 一9 一 东北大学硕士学位论文第二章平面连杆机构运动仿真软件 的建模与实现方法 a 】 b ) 图2 3 偏置曲柄滑块机构状态图 f i g 2 3d e v i a t ea n d s e tc r a n k , a n d s l i d e rm e c h a n i s ms t a t u sc h a r t 2 _ 2 3 曲柄摇杆机构数学模型的建立 已知一脚踏轧棉机，如：图2 4 。踏板上下各摆动0 = 2 0 ，机架长s = 1 0 0 m m ，踏 板长l = 5 0 0 m m ，设计轧棉机。 分析：由题知摆动的踏板为摇杆，主机作3 6 0 。转动，所以压棉机为曲柄摇杆 机构。则设计此轧棉机，即确定曲柄长度r = ? 和连杆长度m = ? ，根据分析和机构 运动简图，建立数学模型： a c 2 ：s 2 + l 2 2 + s * l c o s 7 0 0 ： a c 2 2 = s 2 + l 2 2 + s * l c o s l l 0 。 a c , = m r ： 1 0 东北大学硕士学位论文第二章平面连杆机构运动仿真软件 的建模与实现方法 彳c ，= m + r 图2 4 曲柄摇杆机构 f i g 2 4c r a n k - a n d - r o c k e rm e c h a n i s m 2 2 _ 4 平行四杆机构数学模型的建立 已知连杆长l = 2 5 0 r a m ，并知连杆的三个位置置q ，b ：c ：，毋c 3 按给定连杆位置 设计平行四杆机构。 建立数学模型：已知三点可以确定圆心，则曲柄和摇杆的端点b 、c 必然在三 点确定的圆上运动，同时在运动中，各点之间满足一定的斜率关系。因此建立数 学模型如下。 图2 5 平行四杆机构运动图 f i g 。2 5p a r a l l e lf o u r - s t e mm e c h a n i s m 九l n n i i l gc h a r t - 1 1 东北大学硕士学位论文 第二章平面连杆机构运动仿真软件 的建模与实现方法 数学模型：k a = ( x 2 x 1 ) ( y 2 y 1 ) k b ( x 3x 2 ) ( y 3 一y 2 ) x a = ( x 2 - x 1 ) 2 + x 1 y a = ( y 2 一y 1 、2 + y 1 x b = 0 ：3 x 2 、2 + x 2 y b = ( y 3 - y 2 、，2 + y 2 m a = y a - x a4 k a m b = y b x b k b x o 。( m b - m a ) ，( k a k b ) y 0 2 k a + ( m b m a ) n ( a k b ) + m a r r 2 s q r ( ( x o x 1 ) 4 ( x o - x 1 ) + ( y o y 1 ) + ( y o y 1 ) ) 厣 ， 图2 6 四杆机构 f i g 2 6 f o u r - s t e mm e c h a n i s m 2 _ 2 5 铰链四杆机构数学模型的建立 根据铰链四杆机构四杆的不同长度范围，设计铰链四杆机构。 建立数学模型：铰链四杆机构运动简图：图2 7 。 其分类情况如下： 1 若四杆机构中，最短杆与最长杆之长度和小于其余两杆长度和，则 ( 1 ) 若取最短杆为连架枰，得曲柄摇杆机构。 1 2 东北大学硕士学位论文 第二章平面连杆机构运动仿真软件 的建模与实现方法 ( 2 ) 若取最短杆为连杆，得双摇杆机构。 ( 3 ) 若取最短杆为机架，得双曲柄机构。 2 若四杆机构中，最短杆与最长杆之长度和大于其余两杆长度和，则 无论哪个构件为机架，均无曲柄存在，只能是双摇杆机构。 图2 7 铰链四杆机构 f i g 2 7h i n g e f o u r - s t e mm e c h a n i s m a + d b + c 由此建立模型：1 口+ c 6 + d 2 4 1 a + b c + d a b 简化：口sc dsd + b c + d 2 a + c b + d 盘+ d b + c 1 3 则有曲柄存在。 则得双摇杆机构。 东北大学硕士学位论文第二章平面连杆机构运动仿真软件 的建模与实现方法 2 3 运动仿真的程序实现方法 为了实现机构运动仿真，演示机构中各杆件的运动轨迹，在满足工作要求的 基础上，确定机构各杆件的数学模型，从而确定机构运动中各构件的运动规律， 然后将各杆件的模型式用v b 可视编程的方法表示。实现程序化，达到运动仿真 的目的。上述2 2 节建立了机构杆件的数学模型，本节实现了可视化的程序设计， 那么怎样实现用程序控制杆件模型呢? 将杆件进一步控件化，用控件代替杆件，并 将v b 可视编程的程序语句赋给控件，实现程序控制模型，即实现控件的仿真运 动。 各种机构的程序设计存在共性和个性问题，所谓共性是在进行机构程序设计 时，首先进行变量声明。如：d i m p i a ss i n g l e ，r r a ss i n g l e ，a a ss i n g l e ；其次， 正确选择程序设计的基本结构。如：顺序结构，选择结构，循环结构，数组等方 法；第三，按照一定的格式编写命令按钮的e l i e k 事件代码或者是其他控件的事 件代码。如：p r i v a t es u b c o m m a n d lc l i c k ( ) ，i j n l o a d m e e n ds u b 所谓的个 性即每一种机构进行程序设计时，语句的基本结构形式不同，如：导杆机构选择 的语句形式是f o r n e x t 语句；曲柄滑块机构选择的是t h e n e l s e e n di f 条件语句形式等“1 。具体问题要进行具体的分析，合理的选择语句的基本结构形 式，开发出简单可靠的控制程序。下面编译了几种连杆机构的v b 程序： 程序一：导杆机构 d i mp ia s s i n g l e ，r ra ss i n g l e 7 设参变量 d i m x ( 3 6 0 ) a ss i n g l e ，y ( 3 6 0 ) a ss i n g l e ，r a s s i n g l e ，m a s i n t e g e r d i mha s s i n g l e ，w a s s i n g l e d i maa ss i n g l e ，ka ss i n g l e ，qa ss i n g l e ，ba ss i n g l e ，0 1a si n t e g e r , 0 2a s i n t e g e r p r i v a t es u bc o m m a n d l c l i c k 0 0 2 = 0 1 ：0 1 = 0 e n ds u b p r i v a t es u b c o m m a n d 2 一c l i c k ( ) 0 1 = 0 2 e n ds u b p r i v a t es u bf o r ml o a d ( 1在窗体中定义图片框等控件 h = p p h e i g h t ：w = p p w i d t h ：p i = 3 1 4 1 5 9 2 6 1 8 0 ：r = h 4 ：m = o ：r r = w - 6 0 0 ： o l = 1 】4 一 东北大学硕士学位论文第二章平面连杆机构运动仿真软件 的建模与实现方法 a = 1 8 0 0 ：k = 2 ：q = o ：b = 0 h h i v a l u e = a 6 0 ：h h 2 v a l u e = k f o r i = 0 t o3 6 0 x 0 ) = w + 2 3 + r4 c o s ( i 8p i ) ：y ( i ) = h 2 + r + s i n ( i p i ) 7 定义动点 n e x t l i n e l x 1 = w 42 3 一a ：l i n e l y 1 = h 2 l i n e 2 x l = w + 2 3 ：l i n e 2 y i = h ，2 t e x t l = a 6 0 t e x t 2 = k t e x t 3 = q t e x t 4 = b t e x t 5 = 0 1 定义导杆中心 定义曲柄中心 s h l e f t = l i n e l x 1 _ s h w i d t h 2 定义图片框s h 端点的水平坐标 s h t o p = l i n e l y 1 _ s h h e i g h t 2定义图片框s h 端点的垂直坐标 s r l e f t = w + 2 3 s r w j d n l 2 s r t o p = h 2 - s r h e i g h t 2 ：j s e n ds u b p r i v a t es u b h h i c h a n g e ( ) t e x t l = h h l v a l u e ：j s e n ds u b p r i v a t es u b h h l 一s c r o l l 0 t e x t l = h h l v a l u e ：j s e n ds u b p r i v a t es u bh h