平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析(VB源代碼)
平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析(VB源代碼),平面,機(jī)構(gòu),運(yùn)動(dòng),分析,vb,源代碼
一、選題的依據(jù)及意義:
1.1選題目的
1.建立研究新機(jī)構(gòu),新機(jī)器發(fā)明創(chuàng)造的普遍規(guī)律及實(shí)用方法的實(shí)用基礎(chǔ)理論。
2.加速吸收發(fā)達(dá)工業(yè)化國(guó)家的先進(jìn)技術(shù),為本國(guó)新機(jī)構(gòu),新機(jī)器的二次設(shè)計(jì),二次開發(fā)提供理論基礎(chǔ)。
3.提出在技術(shù)革新和設(shè)備改造中提出的新機(jī)構(gòu),新機(jī)器的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和創(chuàng)新構(gòu)思,是其成為成熟的先進(jìn)技術(shù)。
4.簡(jiǎn)介一些新機(jī)構(gòu),新機(jī)器實(shí)用性結(jié)構(gòu)及技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例,說明理論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)作用。
5.為從事機(jī)械設(shè)計(jì),制造的工程技術(shù)人員的知識(shí),技術(shù)更新開闊視野提供參考資料。
6.探索平面連桿機(jī)構(gòu)研究的新方法,新思路。
連桿機(jī)構(gòu)的最基本形式是平面四桿機(jī)構(gòu),它是其它連桿機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)。 平面四桿機(jī)構(gòu)是由四個(gè)剛性構(gòu)件用低副鏈接組成的,各個(gè)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件均在同一平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。所以,對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究可以概括連桿機(jī)構(gòu)內(nèi)在的基本原理,從而用以連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
所有運(yùn)動(dòng)副均為轉(zhuǎn)動(dòng)副的四桿機(jī)構(gòu)稱為鉸鏈四桿機(jī)構(gòu),它是平面四桿機(jī)構(gòu)的基本形式,其他四桿機(jī)構(gòu)都可以看成是在它的基礎(chǔ)上演化而來的。選定其中一個(gè)構(gòu)件作為機(jī)架之後,直接與機(jī)架鏈接的構(gòu)件稱為連架桿,不直接與機(jī)架連接的構(gòu)件稱為連桿,能夠做整周回轉(zhuǎn)的構(gòu)件被稱作曲柄,只能在某一角度范圍內(nèi)往復(fù)擺動(dòng)的構(gòu)件稱為搖桿。如果以轉(zhuǎn)動(dòng)副連接的兩個(gè)構(gòu)件可以做整周相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),則稱之為整轉(zhuǎn)副,反之稱之為擺轉(zhuǎn)副。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)中,按照連架桿是否可以做整周轉(zhuǎn)動(dòng),可以將其分為三種基本機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)綜合是按照給定的運(yùn)動(dòng)特性對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的過程,包括型綜合和尺度綜合兩大主要內(nèi)容,主要綜合方法有解析法、作圖法和實(shí)驗(yàn)法。作圖法和實(shí)驗(yàn)法工作量大,設(shè)計(jì)精度低,僅適用于對(duì)機(jī)構(gòu)精度要求不高的場(chǎng)合。近幾十年來,隨著工業(yè)技術(shù)的高速發(fā)展,人們對(duì)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和精度要求越來越高,作圖法和實(shí)驗(yàn)法已不能滿足要求,而基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的解析法得到了廣泛的應(yīng)用。
本課題的主要內(nèi)容是平面四桿機(jī)構(gòu)的連桿曲線及軌跡綜合,其意義在于:一、深入研究計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)和仿真連桿機(jī)構(gòu)連桿曲線方面的應(yīng)用,從而指導(dǎo)實(shí)踐;二、總結(jié)出四桿機(jī)構(gòu)軌跡綜合的理論基礎(chǔ),從而指導(dǎo)多桿或復(fù)雜的低副平面機(jī)構(gòu)的綜合。
此課題的主要目標(biāo)是系統(tǒng)地對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)連桿曲線進(jìn)行研究,從而來獲得連桿機(jī)構(gòu)基本的原理和綜合方法,以便在實(shí)際中得到應(yīng)用;主要特色是在各個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)度中將會(huì)大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)高級(jí)語言編程來輔助設(shè)計(jì)和仿真平面四桿機(jī)構(gòu)。
受控連桿機(jī)構(gòu)是指一個(gè)或若干個(gè)原動(dòng)件受計(jì)算機(jī)控制,從而使機(jī)構(gòu)可以精確實(shí)現(xiàn)任意給定運(yùn)動(dòng)并具有智能化的一類機(jī)構(gòu),如具有一個(gè)受控原動(dòng)件的平面五桿機(jī)構(gòu);受控機(jī)構(gòu)學(xué)研究受控連桿機(jī)構(gòu)的分析與綜合理論、控制方法與控制系統(tǒng)和應(yīng)用。
1.2課題主要內(nèi)容及選題意義
四桿機(jī)構(gòu)在機(jī)械自動(dòng)化,機(jī)械手,機(jī)器人中都有很廣泛的應(yīng)用,近幾十年來,隨著現(xiàn)代工業(yè)的高速發(fā)展,人們對(duì)機(jī)構(gòu)的復(fù)雜程度和精度要求越來越高,作圖法和實(shí)驗(yàn)法已經(jīng)不能滿足要求,而解析法則成為日益廣泛應(yīng)用的分析方法。
本課題的主要內(nèi)容是平面四桿機(jī)構(gòu)的連桿曲線與運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域識(shí)別,要求研究者用解析法先進(jìn)行平面四桿機(jī)構(gòu)連桿軌跡的生成,再利用隨機(jī)函數(shù)建立軌跡曲線數(shù)據(jù)庫,對(duì)數(shù)據(jù)庫中的曲線進(jìn)行分類及運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域識(shí)別,最后用軟件(Visual Basic)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真。
意義在于:深入研究計(jì)算機(jī)在設(shè)計(jì)和仿真連桿機(jī)構(gòu)連桿曲線方面的應(yīng)用,從而指導(dǎo)實(shí)踐;二,總結(jié)出四桿機(jī)構(gòu)軌跡綜合的理論基礎(chǔ),從而指導(dǎo)多桿(如六桿)或復(fù)雜的低副平面機(jī)構(gòu)的綜合。
二、國(guó)內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢(shì)(含文獻(xiàn)綜述):
連桿機(jī)構(gòu)綜合的重中之重就是尺度綜合。六十年代以后,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)及輔助制造(CAD/CAM)蓬勃發(fā)展,隨著CAD技術(shù)和新算法的出現(xiàn),人們已開發(fā)出許多實(shí)用化的軟件來進(jìn)行尺度綜合。
目前,通過采用計(jì)算機(jī)高級(jí)語言編程來實(shí)現(xiàn)某種算法而精確求解的解析法得到了廣
泛的應(yīng)用,例如連續(xù)算法(即同倫算法)、遺傳算法(GA)等,這些算法能夠綜合出精
度很高的機(jī)構(gòu)。另外,近十年來還出現(xiàn)了“數(shù)值圖譜”進(jìn)行機(jī)構(gòu)的尺度綜合,其思路為
將連桿曲線機(jī)構(gòu)的輸出參數(shù)用一組特征參數(shù)存入計(jì)算機(jī),通過特征參數(shù)的比較,決定所
設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的近似精度,以進(jìn)行機(jī)構(gòu)的尺度綜合?,F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外學(xué)者已有不少研究成果,并
引入了多種數(shù)學(xué)工具,如頻譜分析、模糊數(shù)學(xué)、小波特征等參數(shù)。最后,應(yīng)用計(jì)算機(jī)來
對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行仿真已成了目前機(jī)構(gòu)綜合的一個(gè)重要內(nèi)容,通過仿真來獲得機(jī)構(gòu)的各個(gè)特征
參數(shù),然后再進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)也決定了機(jī)構(gòu)的精確。
1.受控機(jī)構(gòu)學(xué)發(fā)展展望
作為受控機(jī)構(gòu)學(xué)目前研究的重點(diǎn)受控五桿機(jī)構(gòu),雖然有一定進(jìn)展,形成了一定的體系,但作為一個(gè)新興研究領(lǐng)域還有待更深入的研究。
1.1進(jìn)一步加強(qiáng)研究,完善方法和理論體系
具有一個(gè)受控原動(dòng)件的五桿機(jī)構(gòu)是一種最簡(jiǎn)單,但功能優(yōu)越的,能精確實(shí)現(xiàn)給定運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化的連桿機(jī)構(gòu)。下一步的研究,將進(jìn)一步開拓新的研究領(lǐng)域,如精確實(shí)現(xiàn)給定的剛體位置的理論和綜合方法;精確實(shí)現(xiàn)給定的組合運(yùn)動(dòng)(如實(shí)現(xiàn)連桿軌跡的同時(shí)滿足主從動(dòng)件之間的函數(shù)關(guān)系,實(shí)現(xiàn)連桿軌跡的同時(shí)滿足剛體位置的要求等)的理論和綜合方法;機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方面的研究,如機(jī)構(gòu)所傳遞的動(dòng)力對(duì)精確實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的影響和平衡問題等;從而形成較完善的受控機(jī)構(gòu)學(xué)理論體系。
1.2編制具有良好“魯棒性”的應(yīng)用軟件
為了能使這種新型機(jī)構(gòu)理論得到推廣,不但要有完善的理論研究,而且還要開發(fā)具有良好“魯棒性”的應(yīng)用軟件,因此結(jié)合最新的計(jì)算機(jī)窗口和圖形技術(shù),面向用戶編制具有良好“魯棒性”的計(jì)算機(jī)仿真程序和應(yīng)用軟件,讓用戶不需要學(xué)習(xí)或只經(jīng)過短時(shí)的訓(xùn)練就能使用該軟件設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu),而且得到全套的機(jī)構(gòu)圖、機(jī)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)、動(dòng)力學(xué)參數(shù)和控制參數(shù)。將研究結(jié)果以軟件形式推廣,也是一個(gè)研究重點(diǎn)。
1.3加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)研究,推廣工程應(yīng)用
科學(xué)研究的目的是為了推動(dòng)工業(yè)進(jìn)步。下一步的研究將側(cè)重于進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)合實(shí)際應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)室條件下建立通用實(shí)驗(yàn)臺(tái),該通用實(shí)驗(yàn)臺(tái)要能夠調(diào)整機(jī)構(gòu)尺寸和動(dòng)力學(xué)參數(shù),并能適應(yīng)各種單一運(yùn)動(dòng)、多個(gè)運(yùn)動(dòng)和組合運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)需要,以驗(yàn)證理論,探討控制系統(tǒng)的組成和優(yōu)化,為工業(yè)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
三、研究?jī)?nèi)容及實(shí)驗(yàn)方案:
用解析法計(jì)算平面四桿機(jī)構(gòu)連桿各點(diǎn)軌跡,建立連桿軌跡曲線數(shù)據(jù)庫,用軟件編程實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)分析。這需要做到:1、建立平面四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方程 2、編寫運(yùn)動(dòng)分析程序 3、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬
平面連桿機(jī)構(gòu)原理,包括鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)(曲柄搖桿機(jī)構(gòu)、雙曲柄機(jī)構(gòu)、雙搖桿機(jī)構(gòu))、鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的演化(曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)、搖塊機(jī)構(gòu)、定塊機(jī)構(gòu)、雙滑塊機(jī)構(gòu))。
研究?jī)?nèi)容:
1.平面四桿機(jī)構(gòu)連桿點(diǎn)的軌跡坐標(biāo)
2.連桿軌跡曲線分類基準(zhǔn)的確定
3.軌跡曲線的分類及運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域識(shí)別
4.運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件編制
實(shí)驗(yàn)方案:
所以, (1)
(2)
(1)(2)聯(lián)立消去,再將,,
代入,解方程可得: (3)
式中,,
,
當(dāng)連桿初始位置是時(shí),(2)式中取“+”號(hào);當(dāng)連桿初始位置是時(shí)(2)式中取“-”號(hào);當(dāng)時(shí),連桿機(jī)構(gòu)相應(yīng)位置無法實(shí)現(xiàn)。
所以,,
所以,
所以,連桿上任一點(diǎn)(K點(diǎn))的坐標(biāo)(x,y)就可以表示為
四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度:
目標(biāo):系統(tǒng)地對(duì)平面四桿機(jī)構(gòu)和四桿機(jī)構(gòu)連桿曲線進(jìn)行研究,從而來獲得連桿機(jī)構(gòu)基本的原理和綜合方法,以便在實(shí)際中得到應(yīng)用。
主要特色:在各個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)度中將會(huì)大量應(yīng)用計(jì)算機(jī)高級(jí)語言編程(VB)來輔助設(shè)計(jì)和仿真平面四桿機(jī)構(gòu),主要體現(xiàn)在三個(gè)方面:一、繪制連桿曲線;二、綜合機(jī)構(gòu)尺度;三、機(jī)構(gòu)的優(yōu)化和VB運(yùn)動(dòng)模擬。
工作進(jìn)度:
1、開題報(bào)告、外文資料翻譯 兩周 3月1日-——3月11日
2、平面四連桿機(jī)構(gòu)的類型 三周 3月14日——4月2日
3、連桿曲線的生成與分類準(zhǔn)則的確定 三周 4月6日——4月26日
4、曲線分類 兩周 4月27日——5月10日
5、曲線分類的運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域識(shí)別 兩周 5月11日——5月25日
6、畢業(yè)論文整理及答辯準(zhǔn)備 一周 5月26日——6月1日
五、參考文獻(xiàn):
1、張紀(jì)元主編.機(jī)械學(xué)的數(shù)學(xué)方法.上海:上海交通大學(xué)出版社,2003
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6、曹清林等編著.對(duì)稱軌跡機(jī)構(gòu) 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003
7、楊廷力編著.機(jī)械系統(tǒng)基本理論——結(jié)構(gòu)學(xué) 運(yùn)動(dòng)學(xué) 動(dòng)力學(xué). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1996
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