何玉林，陳磊磊

（桂林電子科技大學(xué)，廣西 桂林 541004）

機構(gòu)運動簡圖測繪實驗是《機械原理》課程的一個必開實驗項目。由于實驗用的機構(gòu)模型在使用的過程中有的已經(jīng)損壞，再加上種類和數(shù)量少，又缺少一些新型的機構(gòu)，這在一定程度上影響了實驗的深度和教學(xué)效果[1]。而利用計算機技術(shù)進行虛擬實驗，既可以降低實驗成本，又可以提高實驗效果。本文根據(jù)機構(gòu)運動簡圖測繪實驗的要求，設(shè)計開發(fā)了機構(gòu)運動簡圖測繪虛擬實驗系統(tǒng)，讓學(xué)生在計算機上就可以自主地完成實驗的相關(guān)內(nèi)容。

1 虛擬實驗系統(tǒng)的設(shè)計思路

本系統(tǒng)是基于機構(gòu)運動簡圖測繪實驗的實驗?zāi)康摹嶒炓蠛蛯嶒瀮?nèi)容進行設(shè)計和開發(fā)的。該實驗是要求學(xué)生學(xué)會撇開機構(gòu)的外形，掌握各種機構(gòu)模型運動簡圖的測繪方法，并分析和計算機構(gòu)的自由度，以及各種運動副在機構(gòu)中的正確表達方法。

繪制機構(gòu)運動簡圖的基本步驟是：①找出結(jié)構(gòu)的原動件，手動機構(gòu)，觀察機構(gòu)的運動特性，確定構(gòu)件數(shù)和運動副的種類；②選擇一個合適的平面，確定機架點的相對位置；③任意假定原動件的位置，從原動件出發(fā)，沿著傳遞路線，將構(gòu)件用運動副的符號連接起來，完成運動簡圖的草圖；④進行機構(gòu)尺寸測量，并按照一定的比例，將草圖畫成正式的運動簡圖；⑤進行自由度計算，驗證所畫機構(gòu)運動簡圖是否正確。

基于以上內(nèi)容，本系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)該包括實驗幫助、機構(gòu)選型、機構(gòu)運動演示、機構(gòu)運動簡圖測繪、自由度計算、檢查和提交實驗報告保存模塊等。系統(tǒng)采用Delphi軟件編程和Solid Works軟件繪圖仿真共同完成和實現(xiàn)。

2 系統(tǒng)各模塊功能的實現(xiàn)

2.1 主窗體模塊

本系統(tǒng)設(shè)計了一個主窗體，是系統(tǒng)的啟動窗體，具有機構(gòu)選型和提供幫助文件的功能，供學(xué)生進行機構(gòu)選型和查看幫助文件。在窗體里設(shè)計了多個按鈕，將幫助文件和機構(gòu)模型用工具欄控件在主窗體中顯示出來。通過Delphi軟件編程實現(xiàn)對Solid Works文件的調(diào)用，可以對測繪機構(gòu)模型隨時添加和更新，學(xué)生做實驗時只要選擇相應(yīng)的機構(gòu)名稱就可以開始該機構(gòu)運動仿真和簡圖測繪。目前開發(fā)出來的機構(gòu)選型25種。

機構(gòu)選型源代碼：

begin

NiuTouBao.Show；

NiuTouBao.SetJGStyle（1）；//機構(gòu)的類型 1牛頭刨 2鉚釘機 3拋光機4雙沖頭機構(gòu)……；

FigForm.SetJGStyle（1）；

end；

機構(gòu)運動演示設(shè)置部分源代碼：

begin

if（MediaPlayer1.DeviceID<>0）then

begin

if（MediaPlayer1.Mode=mpplaying）then

begin MediaPlayer1.Stop； end

end；

case JiGouStyle of

1:begin MediaPlayer1.FileName:='牛頭刨床.avi'； NiuTouBao.Caption:='牛頭刨床 '；end；

2:begin MediaPlayer1.FileName:='鉚釘機.avi'；NiuTouBao.Caption:='鉚釘機 '； end；

3:begin

…… //新增

end；

主窗體中的“幫助”功能主要內(nèi)容包括軟件使用說明和實驗指導(dǎo)書的內(nèi)容，見圖1中的“幫助”。將這些內(nèi)容編輯成PDF文檔，自成一體，用Delphi軟件編程進行調(diào)用，界面整潔、美觀，操作方便，當操作其他窗體如機構(gòu)運動仿真、繪圖時，也便于學(xué)生查看，不影響操作。選擇幫助文件的程序代碼：

procedure TForm3.FormShow（Sender:TObject）；

begin

if typ=2 then

PDF1.LoadFile（'機構(gòu)運動簡圖繪虛擬仿真實驗指導(dǎo)書.pdf'）

else if typ=1 then

PDF1.LoadFile（'機械原理虛擬實驗平臺使用說明.pdf'）；

end；

2.2 機構(gòu)運動簡圖測繪模塊

每個機構(gòu)模型測繪的功能界面設(shè)計如圖1所示，主要包括機構(gòu)運動演示、基本圖元繪制工具、繪圖、分析檢查、自由度計算等。

圖1 機構(gòu)運動簡圖繪制界面

機構(gòu)運動演示是通過Delphi軟件編程，調(diào)用Solid Works軟件繪制好的機構(gòu)三維圖，可以實現(xiàn)機構(gòu)運動的仿真，還可以實現(xiàn)運動快進、暫停等控制，從不同的角度觀察機構(gòu)的運動情況，便于繪圖平面的選擇，如圖1中的①所示。

基本圖元繪制工具?；緢D元是指繪制機構(gòu)運動簡圖時一次操作所繪制的最小圖形，一方面是考慮利用它們能夠靈活繪制出機構(gòu)運動簡圖、方便結(jié)構(gòu)表達、數(shù)據(jù)計算、存儲等，另一方面圖元選擇要遵守“快速性、直觀性、可視性、方便性、可擴展性”的基本原則[3]，因此，本系統(tǒng)選擇了構(gòu)件和運動副作為基本圖元，符合機構(gòu)運動簡圖的表達方式，可以提高繪制機構(gòu)運動簡圖的效率和靈活性，通過編程也容易實現(xiàn)。系統(tǒng)中的基本圖元共有15種如圖1中的②所示。

機構(gòu)運動簡圖繪制如圖1中的③所示，用鼠標點擊②相應(yīng)的圖元，即可在繪圖區(qū)域繪制每一種機構(gòu)的機構(gòu)運動簡圖，可以實現(xiàn)捕捉、導(dǎo)航、刪除、清屏、退出當前操作、撤銷上一步等功能；其測繪功能可以利用Solid Works軟件的測量工具直接進行測量。

2.3 數(shù)據(jù)后處理

繪制完圖后，可以進行在線檢查、保存打印、分析等，還可以對原來繪制的機構(gòu)運動簡圖進行加載，如圖1中的④所示；輸入構(gòu)件數(shù)、高副數(shù)、低副數(shù)等，即可計算自由度，如圖1中的⑤所示。

繪圖檢查程序代碼：

begin

//繪圖檢查

zw:=FigForm.PanDuan（）；

if zw=true then

showMessage（'perfect!恭喜你，繪制的機構(gòu)簡圖是正確的'）

else

ShowMessage（'很遺憾，機構(gòu)簡圖繪制有誤 '）；

end；

結(jié)果保存程序代碼：

begin

//FigForm.DaYin（）；

//保存圖片 //打印

Hand:=FindWindow（nil，'牛頭刨床 '）；

GetWindowRect（hand，rect）；

ScreenCap（rect.Left+680，rect.Top+80，rect.Left+666+440，rect.Top+481）；//

LeftPos，TopPos，RightPos，BottomPos:integer

end；

3 結(jié)束語

本文開發(fā)了基于Delphi軟件編程和Solid Works繪圖軟件的機構(gòu)運動簡圖測繪虛擬仿真實驗教學(xué)系統(tǒng)，實驗系統(tǒng)已經(jīng)在2013級機械電子工程專業(yè)學(xué)生中得到應(yīng)用，取得了良好的實驗效果。學(xué)生根據(jù)幫助文件，可以在課堂外自主進行實驗，通過動畫演示，可以了解一些新的機構(gòu)，解決了實驗?zāi)Ｐ透碌膯栴}，在提高學(xué)生動手能力的同時，可以提高學(xué)生的觀察和思維能力，從而提高學(xué)生對機械原理課程的學(xué)習(xí)興趣。

[1]馬曉麗.機構(gòu)運動簡圖測繪虛擬實驗系統(tǒng)的研制[J].機械，2010，27（5）:33-34.

[2]宋一兵，趙景波，李春艷，等.Delphi7基礎(chǔ)教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005.

[3]王成志，黃凱旋，陳飛燕.計算機可視化繪制機構(gòu)及其動畫系統(tǒng)的研究[J].機械設(shè)計與制造，2011，（3）:24-25.