凸轮连杆机构运动分析的计算机辅助设计

凸轮连杆机构运动分析的计算机辅助设计摘要：凸轮连杆机构是工业领域中被应用的最广泛的一种机构。传统的机构分析方法是图解法，但是用图解法设计的工作量太大，而且设计的准确度差。使用计算机辅助设计系统来设计它可以减少工作量，并且设计的准确度高。本文对凸轮连杆机构进行了运动分析，再通过计算机开发出了凸轮连杆机构运动分析的计算机辅助设计系统。具体步骤如下：首先给出了基本组合机构的概念从而引导出凸轮连杆机构。再采用解析法建立数学模型。最后选VB作为开发语言，设计出了凸轮连杆机构运动分析的计算机辅助设计系统。本设计实现了快速实现凸轮连杆机构运动分析。对其在工业领域中应用具有重大意义。关键词：凸轮；连杆；计算机辅助设计；VB.IComputeraideddesignofcamconnectingrodmechanismmotionanalysisAbstract：Camlinkageisthemostwidelyusedmechanismintheindustry.Thetraditionalmethodofmechanismanalysisisgraphicmethod,buttheworkloadofgraphicdesignistoolargeandtheaccuracyofdesignispoor.Usingcomputeraideddesignsystemtodesignitcanreducetheworkload,andtheaccuracyofthedesignishigh.Inthispaper,camlinkagemechanismisanalyzed,andcomputeraideddesignsystemofcamlinkagemechanismisdeveloped.Theconcretestepsareasfollows:firstly,theconceptofbasiccombinationmechanismisgiven,whichisdeducedfromthecamlinkagemechanism.Andthen,amathematicalmodelisestablishedbyanalyticmethod.Finally,VBwaschosenasthedevelopinglanguage,andthecomputeraideddesignsystemofcamlinkagemechanismwasdesigned.Thisdesignrealizesthefastrealizationofcamlinkagekinematicanalysis.Greatsignificancefortheapplicationofindustrialfield.Keywords:cam；linkage；Computeraideddesign；VB.II目录1.绪论.11.1此课题研究的目的和意义.11.2凸轮连杆机构计算机辅助设计的国内外发展情况.21.3计算机辅助设计的发展趋势.31.4本课题研究的内容.31.5本课题的研究途径.42.组合机构的基本概念.53.凸轮连杆机构的设计理论.63.1凸轮连杆机构的基本术语.63.2运动规律的类型.73.2.1多项式运动规律.73.2.2三角函数运动规律.93.3运动规律的选择.114.凸轮连杆机构类型的选择.124.1变曲柄长凸轮滑块机构.124.2变连杆长的凸轮滑块机构.155.凸轮连杆机构计算机辅助设计系统的设计.205.1程序的设计环境和编程语言.205.2凸轮连杆机构计算机辅助设计系统的介绍.205.2.1凸轮连杆机构运动分析系统的结构.215.2.2凸轮连杆组合机构计算机辅助设计系统界面.215.3程序编写部分的简要介绍.246.结论.29参考文献.30致谢.3101绪论1.1此课题研究的目的和意义凸轮连杆机构是一种最基本的机械传动原件，在各种工业领域中被广泛应用。尤其是在我国即将迈入工业4.0的今天，我国的各工业部门对机械的要求越来越高，随着中国制造2025的旋风刮起，机械制造行业面临着新的机遇和挑战。但是我们的工程技术人员在面对各种机械产品的设计中，感到机构设计的图解法工作量太大，而且设计精度也非常差。所以，计算机辅助设计成为我们机构设计的有力工具。计算机辅助设计能大大的减少工作量，并且设计精度也显著提高。计算机辅助设计已经在各种工业领域得到迅猛的发展，它势必将取代传统的机构设计方法，成为未来设计的主要工具。制造业是一个国家的经济支柱，它是一个国家实力的象征。十八世纪工业革命开启以来，世界上许多国家得到迅猛的发展，凡是工业强大的国家，它必定是强大而繁荣的。大力发展制造业是提升我们综合国力的必由之路。虽然我国的制造业已经有了巨大的进步，但是我们距离世界最先进的制造水平还有差距，所以在此背景下，新一代的信息技术和制造业融合，正在带来前所未有的新一轮的革命。计算机辅助设计就是一种信息技术和制造业融合的技术。在工业水平越来越高的今天，它得到了迅猛的发展。当今，直面复杂机构设计的软件还不是很多。想要设计凸轮连杆组合机构还比较困难。因为到目前为止，还没有一套完整的体系专门设计凸轮连杆机构。但是凸轮连杆机构在新一代的工业领域中的应用越来越广泛。所以选择凸轮连杆机构成为研究对象。对凸轮连杆机构的设计方法和设计理论进行较为深入的探讨。去研究机械领域一些最基本的原理和方法。从而开发出了凸轮连杆组合机构的计算机辅助设计系统。凸轮连杆组合机构一般形式是，由自由度为1的凸轮机构和连杆机构组合而成。使用凸轮连杆机构可以实现从动件的复杂运动规律。在工业各领域得到广泛的应用。在进行计算机辅助设计时，可以选择许多平台进行开发。常用的有VisualBasic1和MATLAB它们有各自的优点和缺点。它们可以很容易的设计出用户界面，即使是一个非专业人员都可以轻松使用。从而设计的计算机辅助设计系统迎合了现代CAD的发展趋势，它必将成为未来设计的主力工具。计算机的发展水平越来越迅猛。使用计算机辅助设计来应用在机构设计也是普遍的很。它的优点非常的多，例如它大量减少了凸轮连杆机构设计的运算量，毕竟计算机运算速度比人工运算快很多。它远远的提高了传统设计的精确度，传统的机构设计精确度很低。传统设计方法运用的矢量方程图解法，它在图上直接得出未知的参数，所以很难保证精确度。在工业水平日益提高的今天，它当然显然和如今的设计理念格格不入。计算机辅助设计还能非常方便的画出从动件的位移，速度，加速度曲线。绘制凸轮轮廓线也是非常的方便。所以它迎合了工业4.0的思想，是未来设计的有力工具。它可以全面的替代传统的设计方式。1.2凸轮连杆机构计算机辅助设计的国内外发展情况20世纪50年代，美国麻省理工学院第一个做成了图形终端，从而拉开了交互式计算机图形学的研究。研究得到了迅猛的发展，到了50年代中期计算机已经开始应用于工业中的分析和运算。到了80年代计算机辅助设计更是突飞猛进，在一些工业化进程快的国家，计算机辅助设计得到了广泛的应用。而我国的计算机辅助设计研究开始于20世纪70世纪中期，从此拉开了计算机辅助设计的序幕。当时主要研究二维图像软件进行开发，由于当时第一次接触，发展还比较缓慢，从国外引进CAD设备，进行研究。经过发展，到了90年代，计算机辅助设计已经在全国范围内推广，计算机辅助设计的风暴开始刮起。我们国家开始开发出了我们自己专属的计算机辅助设计系统。计算机辅助设计广泛应用于机械设计中。清华CAD,华中CAD等，都是我们自主开发的。大学的开发团队对此研究最为深入，许多院校都有了重大的突破，如清华大学，华中科技大学，北京航空航天大学等高等院校的团队开发了许多的先进的系统。尽管我们取得了重大的突破，但是我们和发达国家的水平还是有很大的差距。经过了多年的凸轮连杆机构的研究，已经总结出了许多从动件的运动规律。根据从动件的运动规律，我们反求出了许多凸轮轮廓曲线，在要求不是太高的时候我2们可以选择通用的凸轮轮廓曲线使用。这还是非常方便的，但是在有些场合需要高要求的情况下就不行了。我们可以通过查阅相关资料来得到曲线。在要求高的需求下，又有学者开对结构进行了优化设计。设计凸轮连杆组合机构除了从动件的运动规律，还必须确定机构的基本尺寸。因为机构的基本尺寸会影响整个机构的特性。基圆半径，偏距等都是必须考虑的。1.3计算机辅助设计的发展趋势计算机辅助设计得到迅猛的发展，经过了近70年的发展，未来的计算机辅助设计的发展将会沿着下面的方向发展：（1）计算机硬件越来越小，计算机运算能力越来越强，性价比越来越高，使用成本越来越低。（2）网络化进程推进，工作将会推向网络协同模式。（3）设计将会越来越智能，新的设计理论和方法将会越来越多。开发新的设计理论解决目前还不能解决的问题。虽然目前已经有了巨大的进步，但是还是有一些问题比较难以解决，我们迫切需要新的设计理论和方法。（4）制定越来越规范化的计算机辅助设计标准，我们一起遵守共同的行业标准，从而基于这些标准开发的软件成为一批宝贵的资源。国内外一些学者开发的算法和软件包把机构的运动分析推到了全新的高度，只要给定初始数据，不必进行大量的运算就能得到想要的参数。1.4本课题研究的内容（1）平面机构的基本组成原理对一些基本机构进行定义，给它们分类。（2）平面凸轮连杆机构的几何特性研究我们要得出预期的运动规律，需要限定机构的一些基本的几何尺寸。除了运动特性，动力特性满足要求外，机构的基本几何尺寸并不是任意选定，本课题会研究几何尺寸和运动特性之间的关系。3（3）凸轮连杆机构的运动分析本课题会选定一些基本的平面连杆凸轮机构，给出它的机构运动简图，在此基础上进行运动分析，求出某些构建的位移速度加速度。研究组合机构最基本的运动特性和动力特性。（4）凸轮连杆机构计算机辅助设计系统开发本课题会选择VB进行程序开发，开发出有用户界面的计算机辅助设计系统。1.5本课题的研究途径研究中会明确基本的设计要求，将设计要求和机构的运动分析过程和计算机进行交换，使用计算机进行编程。计算出某些机构的运动特性，以及画出要设计的凸轮轮廓曲线。（1）平面凸轮连杆机构的理论分析研究过程中会分析基本机构的基本参数，例如位移速度加速度凸轮的基圆，行程等等参数，这些参数可以很好的反应整个机构的运动特性。对基本的运动规律，也会进行分类，现实情况下凸轮连杆机构形式很多，实现从动件的运动规律。本文会分析几种基本组合形式的平面凸轮连杆机构。（2）凸轮连杆机构计算机辅助设计系统的构建用户界面设计，设计出清晰，明了的界面，有助于使用方便。界面中包括一些要求的参数，精心布局，使得用户界面使用没有太高的要求。采用模块化的面向对象的程序设计方法。（3）凸轮连杆机构的程序设计本课题是使用VisualBasic进行程序设计。首先定义好一些要输入的参数，例如杆长，行程等等。也要定义好输出参数，凸轮轮廓曲线，构件的位移速度加速度等等。编写联系输入输出参数的算法，实现输入参数得出输出参数，实现计算机辅助设计。最后整理各部分参数设计成一个软件系统。42组合机构的基本概念在给出组合机构的定义之前要明确几个基本概念。所谓运动副是两个机构直接相连组成可动的一种连接。而构件通过运动副相连组成可相对运动的系统就成为运动链了。在运动链中将某一构件固定成为机架，运动链就成为了机构。机构当中运动规律已知的构件是原动件，其它构件是从动件。机构具有确定运动的条件是机构的自由度数目等于原动件的数目。在实际应用中要求机构具有确定的运动，这是非常重要的。分析机构的自由度就显得尤其的重要。所谓组合机构就是基本机构组合而成的。而基本机构一般分为两大类：单闭环机构和无闭环开式机构。所以可以认为组合机构是若干基本机构按一定方式组合起来的新机构。基本机构就是我们平时最常见的研究的最多的一些机构，例如齿轮机构，平面连杆机构，棘轮机构等等。基本机构在工业各个领域中应用非常的广泛，有很大的使用价值，目前已经为我们带来了非常大的价值。但是由于工业领域中自动化要求越来越高，有些时候基本机构已经无法满足我们的一些特殊要求，因为基本机构有它的局限性。例如齿轮机构可以实现圆周运动，其速率可以是匀速也可以是变速。但是假设我们要求齿轮机构按照任意给定的规律做回转运动，这时候齿轮机构就无法实现。这时候如果使用齿轮机构和其它机构组合可以实现任意给定规律的回转运动。而平面四杆机构不能使从动件有停歇。在此等等背景下，人们不断去探索新的机构，来实现我们日益增长的要求。组合机构应运而生。例如凸轮连杆机构可以实现复杂的运动规律，并且是任意要求的运动规律，并且能减少机构的材料。在工业的各个领域中组合机构是实现机械化自动化的重要手段。53凸轮连杆机构的设计理论下面简要的介绍一下凸轮连杆机构的设计理论，包括凸轮连杆机构的一些基本的术语，凸轮机构运动规律的类型，已经如何选择运动规律。3.1凸轮连杆机构的基本术语迹点：与凸轮接触的滚子与从动杆相连的交点就是迹点。凸轮基圆：以凸轮中心为圆心作圆，与凸轮理论廓线相切的最小圆。理论廓线：滚子中心走过的轨迹就是理论廓线，也就是连杆与滚子的连接点的轨迹。实际廓线：滚子与凸轮相接触的接触点走过的轨迹就是实际廓线。压力角：理论廓线上面的该点法线与从动件与滚子相连点速度方向的夹角。节点：凸轮的理论廓线上压力角最大的一点。节圆：以凸轮中心为圆心作圆，与节点相交的圆就是节圆。行程：从动杆运动的最大位移就是行程。下面给出一些变量的定义：从动件的动程h与相应的凸轮转角凸轮的角位移凸轮的角速度常数从动件的位移s从动件的速度v从动件的加速度a执行构件的参数：(1)执行构件为移动件：冲程，位移，其中是主动件的转角。mh()h(2)执行构件为摆动件：摆程，角位移，其中是主动件的转角。63.2运动规律的类型在凸轮连杆机构中，凸轮的轮廓曲线非常重要，它能够产生一定从动件的运动规律，那么反过来说，如果我们要求不同的从动件运动规律，我们修改凸轮的轮廓曲线就可以了。对不同的运动规律我们设计出了不同的轮廓曲线。3.2.1多项式运动规律（1）等速运动规律等速运动规律，顾名思义，指的是凸轮以匀角速度转动，带动从动件也以匀速运动。等速运动规律的缺点是在起点和重点其加速度为无穷大。速度会有突变，所以会产生冲击。这种冲击称为刚性冲击。下面给出运动规律的方程：（3.1）2020()4shvha表3.1等速运动从动件的运动规律当时0,0mhvha当时,当时(1),0mmhvha当时20上面提到的会在起点和终点产生刚性冲击，而在实际的应用中为了避免刚性冲击，常在起点和终点修正速度曲线，避免速度突变带来的无穷大的加速度。使得加速度为有限值，但是还是会产生冲击，这种冲击被称为柔性冲击。7（2）等加速等减速运动规律这种运动规律指的是在运动过程当中，前面半段做等加速运动，后面做等减速运动。其运动规律的方程如下：等加速运动的位移、速度和加速度方程式为：（3.2）2020()4shvha等减速运动的位移、速度和加速度方程式为：（3.3）020002()41(/2)hsvha表3.2等加速等减速从动件的运动规律当时02222,4,mmmhvha当时2(),2()4,mvh24mah当时,0v当时22()2mh2()4v24mah8（3）五次多项式运动规律其运动规律方程如下：（3.4）34500023423200001()5()6()6()18shwvha在五次多项式运动规律下，加速度是连续曲线，基本上是没有冲击的。运动非常平稳，对于高速机构来说，应使用五次多项式运动规律。3.2.2三角函数运动规律（1）简谐运动规律当一个物体做简谐运动时，它的加速度也是按照三角函数变化的。可以很轻松的列出简谐运动规律的方程。也可以称为余弦规律。（3.5）0200(1cos)incosmhwvha表3.3余弦加速度从动件的运动规律当时0,1cos()2mhsin()2mhwv2()a当时,0mhva当时1cos(),2s9sin()2mshwv2co()sa当时20,hva余弦运动规律有时候会产生柔性冲击，有时候不会。这和凸轮机构的不同而不同。只要加速度曲线是连续的就没有冲击了，这时候就可以在很多场合应用。（2）摆线运动规律摆线运动规律也可以被称为正弦加速度运动规律。其运动规律方程如下：（3.6）0020012(sin)cosinshwvha表3.4正弦加速度从动件的运动规律当时0,1sin(2)2mh1cos(2)mhwv2si()a当时,0mhva当时11sin(2)2ssmh101cos(2)mshwv2in()sa当时20,hva3.3运动规律的选择在实际的应用中，选择运动规律是非常重要的。有些场合可以使用有冲击的运动规律，但是有些场合不适合使用。例如在高速场合只能使用无冲击的运动规律。选择运动规律时，最好使速度加速度曲线是连续的。速度加速度曲线有突变都会产生冲击。4.凸轮连杆机构类型的选择11本课题所设计的凸轮连杆机构是最基本的，后面会给出它们的运动简图。它由凸轮，连杆，滑块，机架，滚子构成。由于凸轮连杆机构的类型非常的多。此设计中精心挑选了最具有代表性的凸轮连杆机构。4.1变曲柄长凸轮滑块机构变曲柄长凸轮滑块机构的曲柄长度是变化的，它是通过凸轮来改变曲柄的长度。从动件是滑块。下面给出该机构的机构运动简图。图4.1变曲柄长度的凸轮滑块机构图4.1就是变曲柄长度凸轮滑块机构的机构运动简图，该机构由变长度的曲柄1，长度固定的连杆2，滑块3，在机架5上固定的滑块4，和固定凸轮6以及滚子7组成。变长度的曲柄1可以在滑块4上面滑动，也可以绕铰链中心O转动。由于曲柄1是嵌套在滑块上，可以滑动，所以曲柄1的长度是变化的。滑块4固定在机架上，它也可以绕中心O点转动。滚子7在凸轮上滚动，曲柄1和长度固定的连杆2通过铰链相连，铰链相接点为滚子中心B。连杆2与滑块3相连。滑块3在水平面上滑动。原动件为曲柄1，曲柄1转动，带动滚子在凸轮上滚动，从而带动连杆2运动。连杆2带动滑块在水平面上滑动，滑块是从动件。该机构的自由度为1。很显然滑块的运动规律和凸轮的轮廓线密切相关。如果精心的设计凸轮的轮廓曲线，就可以使得滑块按照复杂的运动规律运动。6712下面给出变曲柄长度凸轮滑块机构运动过程中的一些特殊位置，如图4.2所示：图4.2变曲柄长凸轮滑块机构的几个特殊位置如图4.2所示假设初始状态下曲柄1和X轴夹角为，则曲柄绕铰链中心O转0过后，曲柄和X轴的夹角就是。这时候滑块与坐标原点O的距离为。0h-0其中h0滑块与坐标原点的最远距离。h为滑块的位移。为滑块的冲程。mh设已知参数为滑块与坐标原点O最大距离h0，连杆长度l2和滑块的运动规律。如给定后，h就定了，结合固定连杆l2可以计算出滚子中心B的位置，f如果计算出曲柄转一周B点的轨迹，那么凸轮的理论廓线就求出来了。曲柄绕铰链中心O转过后，这时候曲柄1与X轴的夹角是。滑块的位置是已知的，过0滑块上铰链中心向曲柄1的延长线作垂线。该垂线与曲柄1的延长线交于交于D1点，再以滑块中心为圆心，连杆l2的长度为半径作圆，交OB的延长线与和，1B很显然B点一定在曲柄1上。再设从0开始增大，在上图中B点应该是,因0为。所以B点只可能是。随着一直增大，当时和变成901902一点。B点与D点重合。再随着一直增大曲柄1转到OB3时，是钝角。这03时候应在。再随着一直增大，当时。D点又和B点重合。过了330270后，B点又从B返回到B。按照如上的规律求出B点的坐标，并把曲柄转27013一整周时的B点的轨迹记录下来就可以很容易的求出凸轮的理论廓线。按照以后规律求B点坐标，对机构还有其它要求。由图可知，并且只有2lCD当时，凸轮的理论廓线才是连续的，只有当时，凸轮的理论廓线2maxlCD2maxl才可以从连续地过渡到9090定义OB之间的距离为l1，既是定义了变连杆的长度。在三角形OCB中使用勾股定理可以得到：220100()()cos()lhlh（4.1）根据上面确定B点的方法可以由上式可以算出l1的表达式。l1的表达式如下所示：当与时：102360（4.2）22100()cos()()sin()lhlh当时：2（4.3）2210000()cos()()sin()lhlh连杆2的长度是给定的，但是由上面的分析可以知道l2是有一定的限制条件的。（4.4）200max110202()sin()()sin()lhh有了以上的运算结果可以很轻松算出B点和C点的坐标：B点的坐标：（4.5）10cos()inBxlyC点的坐标：（4.6）0ch由压力角的定义可以算出凸轮处的压力角和滑块处的压力角：1022tansi()idll14（4.7）154.2变连杆长的凸轮滑块机构如图4.3所示的变连杆长凸轮滑块机构，由曲柄1，连杆2，连杆3，滑块4，固定的凸轮5和机架构成。主动件是曲柄1，从动件是滑块4.曲柄1绕铰链中心O转动，带动滑块4滑动。整个机构的自由度为1。由于连杆1的端点A和连杆3的端点C之间的距离是变化的，如果想象AC之间有一连杆，代替连杆2和连杆3，那么可以看作连杆长度变化的凸轮滑块机构。所以该机构可以被称为变连杆长的凸轮滑块机构。这种机构在实际应用中十分广泛，如工业的包装机的常使用这种变连杆长凸轮滑块机构。图4.3变连杆长度的凸轮滑块机构该机构把连杆2和连杆3看作是连杆AC。连杆AC的长度设为f，随着滚子的滚动，连杆AC的长度是变化的。原动件为曲柄OA，曲柄OA绕铰链中心O点转动，在OA转过一周的过程中，连杆2和连杆3有在一条直线上的时候，重合的时候对应了连杆AC的最小值，在一条直线上不重合时对应连杆AC的最大值。曲柄1的转动带动连杆2做整周转动的平面运动。而构件3应该作往复摆动的平面运动。曲柄转一周，必有连杆2和连杆3在一条直线上的时候，对应了AC杆的最大值和最小值。其中AC杆的最大值为连杆2连杆3长度之和。AC杆最小值对应连杆2和连杆3长度之差。设构件1的长度为，构件2的长度为，构件3长度为。由以上的r1ll分析可以得出：16（4.8）12maxinlf图4.4变连杆长度凸轮滑块机构的特殊位置如图4.4所示，过O点建立平面直角坐标系。为滑块移动方向的偏置值，为e0曲柄1的起始角，是曲柄1和y轴负方向的夹角，此时滑块上的C点位于最低位置，它的坐标为(e,h0)。为曲柄从起始位置转过的角度，h为与曲柄转角相对应的C点的位移，也即所设计滑块运动规律的曲柄转角所对应的类位移值。17由图4.4可以算计出：（4.9）0sin()coAxry（4.10）0ceh可以计算出AC两点之间的距离。也就是变连杆的长度：（4.11）22yx）（）（CACAf设计时，当给定滑块的运动规律，上式给定的为的函数，可由计算()hf机找出其极小值式。及其对应的曲柄转角，找出极大值、及其对应的曲柄minfmax转角，于是可得：（4.12）maxin1ai2flfl（4.13）202sincoBxeyhl式中为滑块上的压力角。其大小由下式确定:2（4.14）2式中的“士”号取决于上述B点在AC连线的左或右方。当曲柄逆时针方向转时，在右方取“十”号，在左方取“一”号。由图可以算出：（4.15）00221sin()cocotetghrlfl该机构构有两个压力角一个是凸轮处的压力角，一个是滑块处的压力角。12应为图中沿BA的P和VB两矢量之间的夹角。设K1和K2分别表示VB和P1的斜率，于是：18（4.16）211tank因取正值，所以上式用其绝对值，其中：1（4.17）2BAykx（4.18）122/tancosBdvdl图4.5变连杆长凸轮滑块机构的压力角可见由以上的运动分析和相应公式就可算得凸轮理论轮廓及机构的两个压力角。凸轮实际轮廓曲线方程为：19（4.19）2222/BBBBdyXxrxYyy205.凸轮连杆机构计算机辅助设计系统的设计5.1程序的设计环境和编程语言此计算机辅助设计系统是在微软的Windows操作系统是开发的，Windows操作系统无需多做介绍，它是我们非常熟悉的操作系统。在PC端所占市场份额高达百分之九十以上。是最好用，最常用的操作系统。开发此计算机辅助设计系统用的是微软的VisualBasic6.0，VB有强大的图形界面设计能力。它是最常用来编写Windows下的软件的开发工具。对于其他编程语言来说，编写用户界面是不方便的，但是在VB上开发用户界面变的十分的容易，它直接设计界面以及相应的代码。例如想要设计某个按键，只需要在左侧的按钮栏内直接点击就可以轻松的设计出按钮，再在按钮内编写代码。就可以实现我们想要实现的功能。程序要不需要编写太多的代码是设计界面。可见在VB中设计用户界面是多么的方便。即便是刚刚学习VB的人员也可以轻松的设计界面。其中BASIC是微软公司自己开发的第一个编程语言。VB是在以前的编程语言是发展来的，VB继承了原有编程语言的特点。用VB来开发Windows软件就显得十分的方便。VB拥有完整的开发工具，无论是发开什么都能实现。用VB开发Windows软件也是非常的快。所以选择VB作为开发语言是非常明智的选择。VB从开始到现在，已经被广泛的用于程序设计，也是程序员最喜欢的编程语言。当今所有的编程语言中，VB的使用率也是排在前列，尤其是对于非计算机专业的人员，VB绝对是他们学习编程语言的首要选择。在进行机械的计算机辅助设计的时候，使用的最多的就是VB。在进行程序设计的时候按照模块进行设计，各个模块之间相互独立，方便编程。程序编写以后的调试也是比其他编程语言方便。5.2凸轮连杆机构计算机辅助设计系统的介绍此次的程序设计包括设计对象和设计过程。在进入VB的左侧选择控件可以很容易的设计出想要的控件。而设计过程指的是对这些控件进行程序设计。在VB中点击控件就可以进入编写程序的界面进行编程。比如在参数输入界面设计时，设计好许用压力角，杆长等参数后点击相应的控件进入进行程序设计，程序设计按照前面机21构分析的内容进行编写。最后整合控件和程序运行就可以了。程序设计都是模块化的，所以非常的方便。上面介绍了程序的各个模块是独立的，所以在编写程序的时候不会有太大的心理负担，不必去精心考虑程序的连贯性，精心考虑程序的每一个步骤。这样可以减少程序设计的工作量，让编程变得比较轻松。在使用其它编程语言时，通常编写用户界面就要编写大量的代码，而且在进行程序设计时候，必须考虑程序的每一个环节。如果程序中有一个环节出现错误，必回进行复杂的检查，工作量太大。如此比较，VB的优势就非常明显。5.2.1凸轮连杆机构运动分析系统的结构在进行该计算机辅助设计系统的设计的时候，各个控件和相应代码是独立的。先做好用户界面，设计界面的时候直接用VB生成相应属性的控件就可以了。再点击控件进行编程。下面简单的介绍一下设计的基本步骤。(1)在用户界面上设计输入的一些基本参数，这些基本参数就是上文中对凸轮连杆机构进行讨论的时候的一些已知变量。(2)该计算机辅助设计系统采用的是解析法设计，由上文的分析可以知道，由于一些几何关系，该机构有许多的要求，比如许用压力角。所以设计的时候加入一些限制。(3)设计计算结果AB杆长，BC杆长，变连杆最小长度，最小长度时曲柄转角，变连杆最大长度等，它们可即时显示在输出窗口中。(4)该计算机辅助设计系统直接能够画出凸轮的轮廓线，以及进行机构分析的时候所设计出来的相应的运动特性曲线。5.2.2凸轮连杆组合机构计算机辅助设计系统界面如图5.1所示，打开软件就进入这个界面了。第一个界面是一些简单的介绍。点击进入就进入这个界面了，第一个界面有进入和退出两个可以点击的控件。22图5.1进入界面点击进入后进入如下界面，只要按照界面的提示操作就可以了。图5.2类型选择界面点击图片进入，就可以到了参数输入的界面。参数输入界面如图5.3所以：23图5.3参数输入界面下面给出凸轮轮廓线的界面：24图5.4凸轮曲线生成界面VB采用的是面向对象的程序设计方法，它把程序和控件完全结合起来。并且对象和过程是独立的。在设计界面时，直接拉出控件就可以了，不必编写大量的代码。点击控件进入后就可以编写相应的代码，非常的方便。在上面的界面中只要输入参数后就可以直接设计出我们想要的参数，还可以画出凸轮的轮廓曲线，非常的方便。而且准确度非常的高。5.3程序编写部分的简要介绍VB的主要优势就是设计出用户界面，在设计界面的时候十分的方便。而且在进行程序设计的时候各个子模块相对独立。所以设计的时候不必考虑太多整个程序的结构的问题。对程序员的要求相对要低一些。下来来简要的介绍一些设计的步骤：（1）创建应用程序界面。（2）设计属性。（3）编写代码。下面介绍本设计中的部分代码。设计凸轮的时候，由上文中的讨论可以知道，设计运动规律包括最基本的一些运动规律，下面挑选出了一些最基本的运动规律，并且给出这些运动规律的算法。PrivateSub推程等速运动()Forz=0To(f+fs)SelectCasezCase0Tofh(z)=hm*z/fv(z)=hm*w/fa(z)=0CasefTof+fsh(z)=hmv(z)=0a(z)=0EndSelectNextz25EndSubPrivateSub回程等速运动()Forz=f+fsTo360SelectCasezCasef+fsTof+fs+fph(z)=hm*(1-(z-f-fs)/fs)v(z)=-hm*w/fsa(z)=0Casef+fs+fpTo360h(z)=0v(z)=0a(z)=0EndSelectNextzEndSubPrivateSub推程余弦加速运动()Forz=0Tof+fsSelectCasezCase0Tofh(z)=hm/2*(1-Cos(z/f*PI)v(z)=PI*hm*w/2/f*Sin(z/f*PI)a(z)=PI2*hm*w2/2/f2*Cos(z/f*PI)CasefTof+fsh(z)=hmv(z)=0a(z)=0EndSelectNextEndSubPrivateSub回程余弦加速运动()Forz=f+fsTo360SelectCasezCasef+fsTof+fs+fph(z)=hm/2*(1+Cos(z-f-fs)/fp*PI)v(z)=-PI*hm*w/2/fp*Sin(z-f-fs)/fp*PI)a(z)=-PI2*hm*w2/2/fp2*Cos(z-f-fs)/fp*PI)Casef+fs+fpTo360h(z)=026v(z)=0a(z)=0EndSelectNextEndSubPrivateSub推程正弦加速运动()Forz=0Tof+fsSelectCasezCase0Tofh(z)=hm*(z/f-Sin(z/f*2*PI)/2/PI)v(z)=hm*w/f*(1-Cos(z/f*2*PI)a(z)=PI*2*hm*w2/f2*Sin(z/f*2*PI)CasefTof+fsh(z)=hmv(z)=0a(z)=0EndSelectNextEndSubPrivateSub回程正弦加速运动()Forz=f+fsTo360SelectCasezCasef+fsTof+fs+fph(z)=hm*(1-(z-f-fs)/fp+1/2/PI*Sin(z-f-fs)/fp*2*PI)v(z)=-hm*w/fp*(1-Cos(z-f-fs)/fp*2*PI)a(z)=-2*PI*hm*w*w/fp/fp*Sin(z-f-fs)/fp*2*PI)Casef+fs+fpTo360h(z)=0v(z)=0a(z)=0EndSelectNextEndSub下面再给出参数运算的部分代码：PrivateSub坐标计算()ho=3027Forz=0To360ac点的坐标xa(z)=r*Sin(zo+z)*PI/180)ya(z)=-r*Cos(zo*PI/180+z*PI/180)xc(z)=eyc(z)=ho+h(z)b(z)=Sqr(xa(z)-xc(z)2+(ya(z)-yc(z)2)Nextzmax=b(0)计算最大变连杆长度min=b(0)zmax=0zmin=0Forz=1To360Ifmaxb(z)Thenmin=b(z)zmin=zElsemin=minEndIfNextg=(max-min)/2连杆1的长度gg=(max+min)/2连杆2的长度Forz=0To360b点的坐标和c点处的压力角yljct(z)=(r*Sin(zo*PI/180+z*PI/180)-e)/(ho+h(z)+r*Cos(zo*PI/180+z*PI/180)j(z)=Atn(r*Sin(zo*PI/180+z*PI/180)-e)/(ho+h(z)+r*Cos(zo*PI/180+z*PI/180)jo(z)=(gg2+b(z)2-g2)/2/gg/b(z)jj(z)=Atn(-jo(z)/Sqr(-jo(z)*jo(z)+1.00001)+2*Atn(1)IfminzmaxThenxb(z)=gg*Sin(j(z)+jj(z)+eyb(z)=ho+h(z)-gg*Cos(j(z)+jj(z)28yljc(z)=j(z)+jj(z)Elsexb(z)=gg*Sin(j(z)-jj(z)+eyb(z)=ho+h(z)-gg*Cos(j(z)-jj(z)yljc(z)=j(z)-jj(z)EndIfbs(z)=(ho+h(z)+r*Cos(zo*PI/180+z*PI/180)*v(z)-(ho+h(z)*r*Sin(zo*PI/180+z*PI/180)-e*r*Cos(zo*PI/180+z*PI/180)/b(z)jjs(z)=(gg*Cos(jj(z)-b(z)/gg/b(z)/Sin(jj(z)*bs(z)js(z)=(r*r+(ho+h(z)*r*Cos(zo+z)*PI/180)-(r*Sin(zo*PI/180+z*PI/180)-e)*v(z)-r*e*Sin(zo*PI/180+z*PI/180)/b(z)/b(z)IfminzmaxThenyljcs(z)=jjs(z)+js(z)Elseyljcs(z)=jjs(z)-js(z)EndIfk(z)=Tan(yljc(z)+v(z)/gg/Cos(yljc(z)/yljcs(z)kk(z)=(yb(z)-ya(z)/(xb(z)-xa(z)yljb(z)=Atn(Abs(kk(z)-k(z)/(1+kk(z)*k(z)Next求最大压力角Forz=0To360Ifybmaxyljb(z)Thenybmax=yljb(z)Elseybmax=ybmaxEndIfNextzForz=0To360Ifycmaxyljc(z)Thenycmax=yljc(z)Elseycmax=ycmaxEndIfNextzEndSub由于代码段部分太长，不可能一一介绍，其它代码部分请参考附件。296.结论上文中给出了凸轮连杆机构计算机辅助设计系统的整个设计过程。上文中不仅对凸轮连杆机构的机构特性，几何特性，运动规律进行了深入的研究，而且对如何开发凸轮连杆机构的计算机辅助设计系统进行了详细的介绍。本文首先对平面机构的组成进行了讨论，从最基本的层面入手。后来延伸到组合机构的基本概念，组合机构的分类和组成。最后引导出了凸轮连杆组合机构的概念。并给出了两种最基本的凸轮连杆组合机构的分析过程。首先给出了两种凸轮连杆机构的机构运动简图，再给该机构进行了，几何特性分析，运动分析，已经一些相关的比较重要的机械特性参数的计算方法。完成了对凸轮连杆机构的机械部分相关设计以后，即开始了凸轮连杆机构计算机辅助系统的设计。对凸轮连杆机构计算机辅助设计系统的