labview在平面四杆机构运动分析与仿真的应用

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1、设备设计与维修LabVIEW在平面四杆机构运动分析与仿真的应用曾昭德王政黄镇昌摘要介绍LabVIEW在机械原理教学中的应用，尝试用设计虚拟仪器的模式设计仿真教学软件，实现传统的角速度、角加速度测定仪等机械原理课程用教学仪器的功能，分析与仿真平面四杆机构。关键词：LabVIEW平面四杆机构角加速度中图分类号：T~l32文献标识码：A文章编号：l67l—3l33（2005）03—0ll2—03未知方位角、：l前言222=2arctan［（A+M!A+B-C）（/B-C）］角速度、角加速度测定分析仪器是机械原理课程!!!!!!!!!!!!!!!!（2）常用的教学实验装置，是用角速度传感

2、器来测量作平=arctan［（L3sin-Llsin）/（L4+L3cos-面复杂运动的构件（如连杆）或绕定轴转动的构件（如Llcos）］!!!!!!!!!!!!!!!!（3）摇杆）的角速度的瞬时值，通过微分器后可以同时测2式中，A=2LlL3sin；B=2L（3Llcos-L4）；C=L2-得角加速度的瞬时值。通过实验演示可直观了解平面222Ll-L3-L4+2LlL4cos；M表示装配模式，当B、C、D四杆机构一些杆的运动规律，对学生理解知识难点有为顺时针排列时，取M=+l；当B、C、D为逆时针排列一定作用，但是这些仪器的成本较高，实验项目单一，时，取M=-l。且往往因经费原

3、因购买数量有限，因此，在教学中的作2.2速度分析用受到限制。将式L3=Ll+L2-L4对时间I取导数，并整理可本文以角速度、角加速度测定分析仪器为例，探讨求得构件2（连杆）的角速度2和构件3（摇杆）的角虚拟仪器在机械原理教学仪器中的应用。平面四杆机速度3：构的运动分析是机械原理课程的重要内容，根据各种2=-lLlsin（-）［/L2sin（-）］类型的四杆机构的数学模型，用LabVIEW图形化程序!!!!!!!!!!!!!!!（4）设计语言来设计四杆机构仿真软件，用户只需输入设3=lLlsin（-）［/L3sin（-）］!!!（5）计参数就可进行直观、形象地运动仿真与分析，将软件

4、2.3加速度分析分析结果与设计要求相比较和修改参数，可方便地得将角速度2、3对时间I取导数，可求得构件2到符合理论要求的方案。和构件3的角加速度S2和S3：222典型平面四杆机构的数学模型S2=［-lLlcos（-）-2L2cos（-）+23L3］［/L2sin（-）］!!!!!!!!!!!（6）以图l所示的四杆机构为例，这是一个典型的曲222S3=［lLlcos（-）+2L2-3L3cos（-）］/柄摇杆机构，设已知各构件的尺寸，原动件AB即构件［L2sin（-）］!!!!!!!!!!!!!!（7）l（曲柄）的初始方位角和等角速度l，建立直角坐标系，并将各构件表示为杆矢量，取X

5、轴与构件4（机3虚拟仪器程序设计架）的杆矢量L4一致，各杆矢量的方位角均由X轴开连杆机构设计的基本问题是根据给定的要求选定始，沿逆时针方向计量为正。机构的型式，确定各构件的尺寸，同时还要满足结构条2.l位置分析件、动力条件和运动条件等。根据机械的用途和性能如图l所示，可写要求的不同，对连杆机构的要求是多种多样的，但这些出机构各杆矢量所构设计要求可归纳为以下三类问题：l）满足预定的运动成的矢量封闭方程：规律要求：如要求两连架杆的转角能够满足预定的对Ll+L2=L3+L4应角位置关系；或者要求在原动件运动规律一定的条!!!!（l）件下，从动件能够准确地或近似地满足预定的运动规由此矢量

6、方程运律要求。2）满足预定的连杆位置要求：即要求连杆能算整理，可求得两个图l铰链四杆机构占据一系列的预定位置。3）满足预定的轨迹要求：即ll2现代制造工程2005（3）设备设计与维修要求在机构运动过程中，连杆上的某些点的轨迹能符4四杆机构的演变合预定的轨迹要求。根据典型平面四杆机构的数学模型和连杆机构设以上分析的铰链四杆机构是计的基本问题，用LabVIEW设计铰链四杆机构的运平面四杆机构的基本型式，如将动分析与仿真程序，程序框图如图2所示。图1中的摇杆3的长度增至无穷大，曲线导轨将变成直线导轨，于是铰链四杆机构就演化成为常见的曲柄滑块机构，如图4所示。B0是滑块的下死点，设A=R

7、/L为连杆系数，S=e/R为节点图4曲柄滑块机构偏置率，在!00'B0中：图2铰链四杆机构运动分析与仿真程序设计框图0'B=0B2-0'020!0按一定的比例设置各个构件的长度，等比例的放2222=!（R+L）-e=R!（1+1/A）-S大、缩小，不改变所设计的四杆机构的运动特性。把设!!!!!!!!!!!!!!!（8）定的初始参数作为LabVIEW公式节点输入，在FOR而LsinB=AA'=RsinO+e!!!!!!!（9）循环框架中，公式节点中的式子计算出与原动件（曲sinB