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1、摘要摘要：基于平面连杆机构常见II级杆组运动分析的数学模型，用C语言编制出常用II 级杆组的平面连杆机构运动分析通用程序；通过算例的计算机分析结果验证了上述程 序的正确性与精度。论文详细论述了利用常见II级基本杆组在进行运动分析程序编写 时的主要思路和应注意的问题, 为开发基本杆组运动分析的通用子程序打下了基础。 关键词：平面连杆机构；运动分析；C程序； 基本杆组ABSTRACTAbstract：In this paper, the mathematic models based on kinematics analysis of general basic groups planar mec
2、hanism are established. The general C language program to analysis the planar linkage using I basic Groups are coded. Examples are taken to verify the correction and accuracy of thewhole program. The method of I basic Groups kinemicscoding and some rules should be considered in the process of progra
3、m design were described. This paper should be helpful for the designing program on kinemics analysis of basic group.Key words： Planar MechanismKinematics Analysis C language Program BasicGroups目录V亠、亠1前言 11.1 设计的任务和目的11.1.1 任务和方法 11.1.2 机构运动分析解析法的步骤 11.2 开发的背景及意义 11.3 C 语言的应用32平面连杆机构运动分析及C程序设计42.1 常见
4、的二级杆组 42.2 设计流程图 42.3数学模型及其C程序编制62.3.1 曲柄6 建立数学模型 6C程序的编制“CRANK2” 7.C程序的“CRANK2”作用72.3.2 刚体 8 刚体上任意一点运动参量的数学解析式 8C程序的编制“MOTION” 9 C 程序的“ MOT I ON ”作用 92.3.3 把起始位置的极坐标换算成直角坐标系的函数9建立数学模型9 子程序的编制 10 C 程序的作用 102.3.4.第一类II级杆组运动分析10 数学模型的建立10编制的子程序“ka21” 13 程序“ ka2 1 ”的作用 142.4 算例 142.4.1 平面四连杆机构14 例题 14
5、机构运动分析的主程序 15 计算结果 16 验证结果 172.4.2 平面六连杆机构17 例题 17 机构运动分析的主程序 18 计算结果 19 用矢量图解法验证结果 203 结论 214 全文注释224.1 程序编写说明 224.2 各子程序的功能和各程序中主要数组,变量的说明224.2.1 计算刚体上任一点的位移,速度,加速度的子程序 224.2.2第一类II级杆组运动分析子程序285 参考文献326 谢 辞337 附件 337.1 软盘 337.2 图纸 338 专业外文翻译 348.1 英文 348.2 汉文 431 前言1.1 设计的任务和目的1.1.1 任务和方法目前平面连杆机构运
6、动分析的解析法是采用 FORTRAN 语言编程，而且我们的机 械原理课程设计也是停留在这个现状上，可是根据我院的教学要求, FORTRAN 语言给 同学们没有开设，而且该语言也已过时，对现行的发展现状不能满足,取而代之的 C 语言成为同学们学习的启门语言。此外，通过查找好多资料,也没有发现有关平面连 杆机构运动分析通用 C 程序设计资料，所以为了满足我院的教学要求，配合我院的教 学计划，采用了平面连杆机构运动分析通用 C 程序设计。机构运动分析是不考虑引起机构的外力的影响，而仅从几何角度出发,根据已知 的原动件的运动规律（通常假设作匀速运动），确定机构其他构件上各点的位置 （轨 迹），速度和加
7、速度。或构件的角位移，角速度和角加速度等运动参数。无论是分析 现有机械的工作性能还是优化综合新机械，机构运动分析都是十分重要的。平面机构运动分析的方法主要有图解法和分析法两种，图解法主要有速度瞬心法, 矢量方程图解法等。分析法主要有基本杆组分析法，复数向量法，矩阵法等。随着计 算机技术和数值方法的发展，不仅在分析法运算冗繁的困难得以解决，而且采用电算 解析法体现出运算快，计算精度高得显著优势，因此解析法目前已得到广泛得应用。1.1.2 机构运动分析解析法的步骤利用计算机对机构进行解析法运动分析时，大致步骤如下: 建立数学模型 根据数学模型设计，编制和调试程序 上机计算，输出计算结果 分析和校验
8、计算机计算结果因为在推导数学模型，程序编制和上机计算输入数据等过程中均有可能出现这 样或那样意想不到的疏忽和错误，从而导致错误的结果，所以必须对计算结果进行认 真分析和校验，已确保分析结果的正确性。1.2 开发的背景及意义机械原理作为工科机类和近机类专业重要的技术基础课，主要研究机械的基本原 理、概念及机构分析和综合设计的方法。机械原理设计是对学生综合能力全面培养和 训练，并将其所学理论与工程实践相结合的重要教学环节。通过设计可以帮助学生掌 握一般的机构设计方法和步骤，使学生的设计能力得到提高，培养学生理论联系实际、 分析和解决问题的能力，为将来从事工程设计奠定良好的基础。多年来，机械原理课程
9、设计一直沿用传统的教学和设计方法：图解法和解析法， 图解法对简单机构进行设计与运动分析时，具有清晰、简捷、直观等优点，但在教 学过程中也存在着很多弊端，如作图复杂、工作量大、精度低、效率低，而且对设 计中出现的错误不易及时修改等。解析法适用的范围比较广，而且精度高，具有一 定的通用性即对于平面连杆机构运动分析这类题形来说，只要在解析式中改变某些 参数变量就可以得到相应的结果，减少了大量的重复计算。解析法主要有基本杆组 分析法、复数向量法、矩阵法等。由机构组成原理可知，任何平面机构都可以看是 由若干个基本杆组依次联接于原动件和机架上而成。对常见基本杆组进行运动分析， 以模块化设计思想为指导，以
10、C 语言为开发工具。对平面连杆机构运动进行分析， 采用该方法可精确计算出任意II级机构原动件在一个循环内的每个位置的机构运动 参数，而手工计算是相当麻烦，甚至是不可能的。该方法对大量的运动分析速度快、 准确可靠，同时该系统也包含了好几个杆组运动分析子程序，如 I 级构件 crank2、 RRR型II级杆组、刚体型II级杆组。使用者只需编写给初始变量赋值，调用子程序 的简单主程序即可，编程相当方便、简单。但在设计阶段，本软件具有机构参数设计、机构运动分析的功能。其主要特点是： 依托解析法，采用编程技术进行课程设计，可进行参数化复杂机构的设计并对其进行 运动分析；利用计算机进行数据处理，计算快速、
11、准确，结果可信度高；使用本系统 进行辅助教学，补充了传统的课程设计方法，此法教学层次清晰、操作简捷，特别是 计算机这一现代化工具在教学中的使用，可以激发学生的学习热情和兴趣，开阔机构 分析及设计的思路，活跃思维空间。机械原理是一门较传统、相对成熟的课程，有很强的理论性、工程性、实践性和 实用性，今后应将机械原理课程设计教学内容和形式进行改革，不断注入新的活力， 赋予它更多的时代气息。在条件允许的情况下，尽量将典型机械分析和创新机械设计 相结合，以利于学生的创新意识和能力的培养、创造性设计、分析解决实际问题和适应能力1.3 C 语言的应用利用 C 语言动画进行动态演示，使学生直观地看到每一步的执
12、行过程。例如对于 链表的建立过程，通过程序的一步一步执行，一个链表图示在内存中被生动地建立起 来，学生可看到内存中的数据变化；再例如用汉诺塔问题生动地演示递归调用过程， 使这些难点问题变得生动有趣。在 C 语言教学过程中为了提高学生的理解能力、分析 问题的能力和程序设计的能力所采用的一些方法和技巧。分别从对基本概念的理解、 易忽视细节的处理、现代教学手段的运用、对程序设计方法与规律的探索及运用基本 程序结构方法缓解程序设计,高校计算机科学与技术专业的培养目标是从事计算机科 学技术研究、开发和应用的高层次专门人才，因而对程序设计语言的教学不能停留在 一般地用语言编写程序这一层次上。对于程序设计语
13、言，不但要知其“然”，而且应 知其“所以然”，同时还应能较快地学习、掌握、分析、接受各种新型语言。为此， 应当设法去培养学生的语言学习能力，帮助他们在大脑里构筑起一个对认识、学习任 何新语言都有帮助的框架，使他们能理解程序设计语言的共同实质，掌握认识一门新 语言的线索，并由此加深对计算机科学与技术的认识。通过对该设计的完成，使学生从思想上重视实践环节，当学生通过学习、探索， 实践完成了任务，该阶段的内容也已基本消化，再通过一个综合实践题锻炼学生综合 知识的能力和应用能力。在任务设计上注重问题的趣味性和实用性，以激发学生的学习兴趣，在内容上有 一定的延续性，使学生通过这些基本能力的积累将来能完成
14、较大的软件设计任务。2平面连杆机构运动分析及C程序设计2.1 常见的二级杆组建立了考虑运动副间隙的五种基本类型II级杆组的数学模型，并据此编制了求解含间隙II级杆组的通用子程序和一些辅助子程序，从而使传统的杆组法能够应用于含四连杆机构的几何关系和运动特点，建立了方程，并精确计算出运动参数；建立了等 效运动学模型，利用 数学模型建立了通用的C程序。四杆机构可具有一种称作曲柄摇杆机构的形式，一种双摇杆机构，一种双曲柄（拉 杆）机构，致于称作哪一种形式的机构，取决于跟机架（固定构件）相连接的两杆的 运动范围。曲柄摇杆机构的输入构件，曲柄可旋转通过360并连续转动，而输出构 件仅仅作摇动（即摇摆的杆件
15、）。作为一个特例，在平行四杆机构中，输入杆的长度 等于输出杆的长度，连接杆的长度和固定杆（机架）的长度，也是相等的。其输入和 输出都可以作整周转动或者转换成称作反平行四边形机构的交叉结构。格拉肖夫准则 （定理）表明：如果四杆机构中，任意两杆之间能作连续相对转动，那么，其最长杆 长度与最短杆长度之和就小于或等于其余两杆长度之和。2.2 设计流程图Mm沟筍图榊写子程序呻试子程序最简单最有用的机构之一是四杆机构。以下论述中的大部分内容集中讨论连杆机 构上，而该程序也适用于更复杂的连杆机构。由机构组成原理可知，任何平面机构都可以看作是由若干个基本杆组依次联接于 原动件（又可以看作是单杆构件或I级杆组）和机架上而构成。如图所示的六杆机构, 可以看作是由一个RRR型II级杆组（第一类II级杆组）和一个RRP型II级杆组（第二 类II级杆组）依次与原动件和机架联结而组成。因此，如果对常见的基本杆组进行运 动分析并建立相应的子程序库,那么在进行机构运动分析时,就可以根据机构组成情 况，编制一个依次调用组成该机构的各基本杆组子程序的主程序，即可实现对整个机 构的运动分析。平面六杆机构平面机构的组成
