基于VB 的铰链四杆机构运动学分析

聂时君+岳舟

摘要：根据铰链四杆机构的几何条件建立相应的数学模型，然后以VB6.0可视化语言为基础输入此四杆机构的尺寸，通过计算和分析可输出得到此机构的类型；并通过设定原动件的运动参数，可以进一步对机构进行运动分析。通过V B 可视化语言程序的分析计算，可以得到机构在一个运动循环内的位置、角速度和角加速度的数据输出。在实际机构的设计中，设计者可以根据输出数据进行工程分析计算，分析出连杆运动时运动参数的变化，从而为工程实际需要提供可参考的数据，进一步促进机械的优化设计。

关键词：铰链四杆机构；VB；运动学分析

中图分类号：TH112.1 文献标识码：A 文章编号：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

鉸链四杆机构在生活、生产中广泛应用，其优势是能够实现设计在所期望的多种复杂运动规律和运动轨迹的要求，而且机构简单，容易制造，且工作可靠[1]。随着计算机的普及应用以及有关设计软件的开发，连杆机构的设计速度和设计精度有了较大的提高，而且在满足运动学要求的同时，还可考虑到动力学特性，如工程实际应用中搅拌机和起重机的使用受力分析等[2]。对此类问题多利用计算机对连杆机构进行辅助研究，如以极点曲线为基本原理的复演规则轨迹的平面四杆机构计算机助综合，解决了复演规则形状预期轨迹的平面四杆机构综合问题[3]。无论哪种方法，其目的是对机构分析与综合进行优化，使机构设计结果更科学更精确，同时也可减轻人的体力和脑力劳动。因此，由实际工程需要，在选定铰链四杆机构的基础上，在VB可视化程序中可实现轨迹生成机构这类问题。根据概况实际参数，输入四杆机构尺寸参数及原动件输入运动参数，可以进一步对四杆机构进行运动分析，得到该四杆机构在一个运动循环内的位置、角速度和角加速度数据输出，为进一步动力分析及结构设计提供参考数据。这样设计者可以直接从界面中读取自己所需数据，从而进一步指导、修止、改进铰链四杆机构设计，设计者可以及时修改设计中的偏差，提高设计效率，以便更好地实现预定功能和效果[4]。

2基于VB的程序设计

如图1所示为铰链四杆机构的VB可视化界面，本程序将各种操作集中在一个窗体内，窗体按功能划分为三部分[5]：第一部分为数据输入部分；第二部分为部分运动参数输出和计算结果数据输出；第三部分为图形显示部分。（1）数据输入，在界面的左边设置了八个textbox文本输入，依次为曲柄长度、连杆BC长度、连架杆CD长度、机架AD长度、曲柄转速n1、曲柄转角φ1、连杆上任意点的X、Y坐标，一个combobox作为曲柄转向的选择。左下端设置一个BCD的排列顺序；（2）输出部分，在界面的下方设置了六个text文本窗口，分别显示出在初始的位置连杆和连架杆的角位移、加速度、角加速度；在界面的右边设置了五个text文本窗口，分别显示出机构的最大压力角，最大、最小传动角，极位夹角和形成速比系数；（3）在图形显示部分，我们采用了嵌入方式将四个小窗口集中在一个窗口里面：依次为“结构模型”，“数据显示”“运动线图”“仿真轨迹”。

3基于VB的搅拌机构运动分析

搅拌机常用于化学工业和食品工业中，对拌料进行搅拌工作。如图2所示，电动机经过齿轮减速（图中只画出齿轮副z1-z2），带动曲柄2顺时针方向回转，驱使曲柄摇杆机构（1-2-3-4）运动，同时通过蜗轮蜗杆带动容器绕垂直轴缓慢转动，当连杆3运动时，固联在其上的拌勺E即沿图中虚线所示轨迹运动而将容器中的拌料均匀搅动[6]。

下面通过选取两组方案数据进行运动分析，并得出搅拌头相应运动轨迹曲线，从而得出最优方案，为后续结构设计提供参考和依据。方案数据如下表1 两种方案的尺寸参数。

搅拌头运动参数曲线图和图4搅拌头运动轨迹曲线。我们可以从这些显示中分析出在一个运动循环周期内，连杆头角位移，角速度和角加速度的幅值。同时通过对两种不同的运行方案进行比较，可以发现连杆头的运动规律基本相似，方案2中搅拌头的角位移幅值增大，角加速度幅值有所减少，这对于搅拌效果和搅拌头的受力更为理想，从运动轨迹曲线对比可以得到，方案2的搅拌参数略优于方案1。

4结论

本文采用复数矢量法对铰链四杆机构的轨迹生成进行了研究，其中主要对铰链四杆机构的连杆角位移、角速度、角加速度曲线生成进行综合分析。并以搅拌机为例，提出两组方案参数，通过对比搅拌头的运动参数曲线图和运动轨迹曲线，得出较优方案参数。本设计根据给定的四杆长度和曲柄初始角度就可快速精确的在窗口中，输出数据、绘出铰链四杆机构，自动演示不同的铰链四杆机构的仿真运动和轨迹，我们可以直接观察连杆平面任一点的一些重要数据和它的轨迹，避免设计人员大量复杂的计算，较少查阅图库寻找连杆轨迹的时间，及时发现设计中的纰漏缩短了设计周期。如果将其用于CAI教学，，还可使学生加深对平面四杆机构计算机辅助设计的理解，使得课堂上很抽象的知识变得生动、形象达到良好的教学效果。但目前该软件只对典型铰链四杆机构进行了综合分析，编写了相应程序。而机构型式是多种多样的，因此未来会尽量对其他类型机构进行分析，建立相应数学模型编写程序。

参考文献：

[1] 孙桓.陈作模.机械原理（西北工业大学）[M].高等教育出版社，2013（4）.

[2] 邹慈君，傅祥志.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2003.

[3] 褚金奎，孫建伟.连杆机构尺度-综合的谐波特征参数法[J].科学教育出版社，2010.

[4] 杨晓平.基于VB的凸轮机构CAD动态图解系统开发[J].机械设计与制造，2007（5）：93-94.

[5] 周英.VB可视化编程绘制平面四杆机构的连杆曲线动画[J].凿岩机械气动工具，2004（3）：38-40.

[6] 高春艳，李俊民.visual Basic应用开发完全手册[M].北京：人民邮电出版社，2006.