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计算机辅助平面连杆机构设计
作者：党微娟 钟红敏 赵勇
来源：《数字技术与应用》2011年第06期
摘要：平面连杆机构是一种在机械制造的许多部门和仪器制造中得到广泛应用的机构类型。其运动形式多样，可以实现转动、摆动、移动和平面复杂运动，从而实现已知运动规律和已知轨迹。其优点是：运动副单位面积所受压力较小，且面接触便于润滑，磨损小,制造方便，易获得较高的精度；两构件之间的接触是靠本身的几何封闭来维系的，不像凸轮机构那样有时需要用弹簧等力封闭来保持接触；还能起增力或扩大行程的作用，若接长连杆，则能控制较远距离的某些动作。所以，平面连杆机构广泛地应用于各种机械、仪表和机电一体化产品中。
关键词：计算机辅助 平面连杆
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2011）06-0052-02
近年来，随着新技术的发展以及一些新兴学科的出现，许多专家在原有的机构分析方法上，综合这些新的知识，将一些新的思想融入机构的研究中，而无论是传统还是新提出的研究方法，一个共同的特点就是完成一次计算的工作量较大，并且手工计算和图解法使设计误差变大，设计效率非常低，而计算机辅助设计可以大大提高设计效率和设计精度，因此，计算机辅助设计方法的研究就成了连杆机构研究的主要方向。
本课题就是利用计算机对平面连杆结构进行仿真和结构设计，借助于软件Visual Basic6.0进行可视化编程，实现连杆机构运动仿真与模拟及其结构设计。
平面连杆机构的运动仿真和模拟主要是用于教学目的和一些企业单位对产品的动态展示，其注重的动画性和逼真性，通过VB的仿真平台，我们可以观察到平面连杆机构的运动特性以及它们的运动轨迹。
平面连杆机构的结构设计主要是为从事科研和从事机械设计方面的工作人员提供方便，其设计平面连杆机构时，利用本软件，可以避免复杂的设计和计算，只要按本软件界面提示的要求，输入已知的条件，即可设计出符合要求的平面连杆结构。
主要介绍一下软件各部分的操作方法，为了使方便理解，将结合具体事例进行详细说明。 打开软件，点击可执行程序，会出现运行画面，几秒中后将出现主窗体即计算机辅助平面连杆机构设计界面，具体如下：
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(1)主窗体的菜单内容为：仿真设计、结构设计、帮助。其中帮助菜单完成关闭功能；仿真设计菜单的子菜单分为已知四杆长度的仿真和未知四杆长度的仿真，已知四杆长度的子菜单有曲柄摇杆机构仿真、双曲柄机构仿真、双摇杆机构仿真、曲柄滑块机构仿真。未知四杆长度的子菜单有直接输入四杆长度、通过鼠标拖动直接画出四杆长度。
单击仿真设计的曲柄摇杆机构仿真，就进入仿真设计界面，进入界面后，单击自动仿真，软件就开始仿真曲柄摇杆机构。单击手动仿真，软件会弹出信息框“请单击图片框进行手动仿真”，然后单击一次图片框，曲柄摇杆机构做一个动作。然后单击退出，返回开始界面。 单击仿真设计的双曲柄机构仿真，就进入仿真设计界面，进入界面后，单击自动仿真，软件就开始仿真双曲柄机构。单击手动仿真，软件会弹出信息框“请单击图片框进行手动仿真”，然后单击一次图片框，双曲柄机构做一个动作。然后单击退出，返回开始界面。
单击仿真设计的双摇杆机构仿真，就进入仿真设计界面，进入界面后，单击自动仿真，软件就开始仿真双摇杆机构。单击手动仿真，软件会弹出信息框“请单击图片框进行手动仿真”，然后单击一次图片框，双摇杆机构做一个动作。然后单击退出，返回开始界面。
单击仿真设计的曲柄滑块机构，就进入仿真设计界面，进入界面后，单击自动仿真，软件就开始仿真曲柄滑块机构。单击手动仿真，软件会弹出信息框“请单击图片框进行手动仿真”，然后单击一次图片框，曲柄滑块机构做一个动作。然后单击退出，返回开始界面。 (2)单击未知四杆长度菜单中的直接输入四杆长度数值子菜单，弹出输入四杆长度窗体，输入数值后，单击按钮是否满足杆长条件，如果是，则出现图1所示窗体，并且会显示出四杆中的最短杆的长度。
点下一步，再出现图2的窗体
然后如果点击最短杆做周转副按钮时，则进入曲柄摇杆机构的仿真界面，如果点最短杆做连杆做按钮时，则进入双摇杆机构，如果点击最短杆做机架按钮时，则进入双曲柄机构仿真系统。
如果不满足杆长条件，则出现图3的窗体，点下一步，出现信息框提示，“不符和杆长条件，只能构成双摇杆机构”，点击确定后，有出现信息框“进入双摇杆机构仿真界面”，点击确定后，则直接进入双摇杆机构仿真界面。
(3)单击未知四杆长度菜单中的用鼠标拖出四杆长度子菜单，则出现拖动鼠标画四杆长度，拖动鼠标在窗体上画出四杆长度，同时右面的文本框中也会显示出每次画出的四杆长度，然后单击判断是否满足杆长条件如果是“是”，则出现图4所示的窗体然后单击下一步，则进入同2相同的界面，下来的操作同2里面的操作相同。点击是否满足杆长条件按钮后，如果出现的是“否”，则出现图5的界面。单击下一步，则出现信息框提示，“不符和杆长条件，只能构成双摇杆机构”，点击确定后，又出现信息框“进入双摇杆机构。
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仿真界面”，点击确定后，则直接进入双摇杆机构仿真界面。
(4)单击结构设计菜单中的已知活动铰链中心的位置子菜单后，进入该设计页面，同时弹出消息框提示，请用鼠标在图片框上画出连杆的三个位置，画完在三个位置上连杆长度后，单击结构设计，软件开始进行设计出满足要求的平面连杆机构，然后单击应用举例，然后会弹出窗体，点击图片框里返回按钮，回到开始界面。
(5)单击结构设计菜单中的已知固定铰链中心的位置子菜单后，进入该设计页面，同时弹出消息框提示，请用鼠标在图片框上画出连杆标线的三个位置，画完在三个位置上标线的长度后，单击结构设计，软件开始进行设计满足要求的平面连杆机构，然后单击应用举例，然后会弹出窗体，点击图片框里返回按钮，回到开始界面。
(6)单击结构设计菜单中的根据行程速比系数K设计曲柄摇杆机构子菜单后，进入该设计页面，出现图6所示窗体
分别输入摆角值、行程速比系数、摆杆长度、基准圆半径，单击开始设计，则软件就会设计出满足上述要求的曲柄摇杆机构。单击应用举例按钮，然后会弹出窗体，点击图片框里返回按钮，回到开始界面。
(7)单击结构设计菜单中的根据行程速比系数K设计曲柄滑块机构子菜单后，进入该设计页面，出现图7所示的窗体
分别输入冲程H、行程速比系数K、偏矩e后，点击结构设计按钮，软件就会设计出满足上述要求的曲柄滑块机构，并且能通过下面的文本框显示出θ角、曲柄长度和连杆长度的数值。
随着科技的发展，平面连杆机构的应用与研究越来越广，对平面连杆机构设计的要求也越来越高，由于平面连杆机构设计计算繁杂，传统的手工计算和图解法使设计误差较大，设计效率非常低，所以计算机辅助平面连杆机构设计便应运而生。计算机辅助平面连杆机构设计在教学上、平面连杆机构研究领域和企业生产方面有着重要的作用和地位。在教学上为老师提供方便，在讲平面连杆机构的运动时，通过本软件，可以让学生看到平面连机构是怎样运动的以及它们的运动特性；在平面连杆机构研究领域，为科研人员提供很多方便，可以省去很多手工计算，和复杂的计算过程；企业生产方面，为从事机械设计的工作人员提供方便，在从事机械设计创新和开发新产品时，可以省去很多的设计计算的时间，从而提高工作效率。
从本软件的运行效果来看，系统中所有模块基本完成了预定功能。此软件只针对普通的平面四杆机构的仿真与结构设计而开发的。在输入一定信息的基础上完成曲柄摇杆机构、双曲柄机构、双摇杆机构、曲柄滑块机构的仿真和结构设计。 作者简介
计算机辅助平面连杆机构设计
