实验一曲柄滑块机构的动力学模拟

实验一曲柄滑块机构的动力学模拟一、实验目的1．初步掌握多体动力学分析软件ADAMS中实体建模方法；2．初步掌握ADAMS中施加约束和驱动的方法；3．计算出在该驱动作用下滑块运动的位移、速度和加速度。二、实验设备和工具1．ADAMS软件；2．CAD/CAM机房。三、实验原理按照曲柄滑块机构的实际工况，在软件中建立相应的几何、约束及驱动模型，即按照曲柄滑块机构的实际尺寸，建立曲柄、连杆和滑块的几何实体模型；把曲柄和连杆、连杆和滑块之间的实际连接简化成铰连接，滑块和滑道之间的连接简化成棱柱副连接，从而在软件中建立其连接副模型；把曲柄的驱动运动建立相应的驱动模型；然后利用计算机进行动力学模拟，从而可以求得曲柄、连杆和滑块零件在实际工况下的任何时间、任何位置所对应的位移、速度、加速度，以及约束反力等一系列参数。四、实验步骤1.启动ADAMS/View程序1.1在windowsXP的开始启动，选择所有程序，再选择MSC.software，然后选择MSC.ADAMS2005中的Aview，启动ADAMS/View程序；1.2在欢迎对话框，选择Createanewmodel项；在模型名称栏输入pistonpump；重力设置选择EarthNormal参数；单位设置选择MKS系统（M，KG，N，SEC，DEG，H）；1.3选择OK按钮。2.检查和设置建模基本环境2.1检查默认单位系统在Settings菜单中选择Units命令，显示单位设置对话框，当前的设置应该为M，KG，S系统。2.2设置工作栅格（1）在Settings菜单，选择WorkingGrid命令，显示设置工作栅格对话框；（2）设置SizeX=2.0，SizeY=1.0，SpacingX=0.05，ShowWorkingGrid=on；（3）选择OK按钮。2.3动态调整活动窗口在主工具箱中，选择工具，在窗口内上下拖动鼠标，使之显示整个工作栅格。2.4设置图标在Settings菜单，选择Icons命令，显示图标设置对话框；在NewSize栏输入0.1；选择OK按钮。2.5检查重力设置在Settings菜单，选择Gravity命令，显示设置重力加速度对话框；当前的重力设置应该为X=0，Y=-9.80665，Z=0，Gravity=ON；选择OK按钮。2.6设置ADAMS默认存盘目录。在File菜单，选择SelectDirectory栏，显示寻找目录对话框；输入要存盘的路径，选择OK按钮。3.几何建模3.1按F4键，显示坐标窗口。3.2定义连接点鼠标右击主工具箱的几何建模工具集，选取定义点工具；选择参数；AddtoGround，Don’tattach；按照表1-1所示的坐标，分别定义A、B、C点。坐标点变量名XYZAPOINT_10.00.00.0BPOINT_20.30.00.0CPOINT_31.30.00.03.3圆盘几何建模（1）在几何建模工具集，选取圆柱体建模工具；（2）在参数设置栏，设置NewPart；Length=ON，Length=0.1；Radius=ON，Radius=0.3；（3）用鼠标选择POINT_1点为起始绘图点，拖动鼠标，此时可以看见几何形体随鼠标拖动改变方向。释放鼠标键，完成圆盘形体建模；（4）改变圆盘方向。用鼠标选择屏幕上无对象处，放弃当前对圆盘的选择；将鼠标置于点（0，0，0）用右键显示弹出式菜单；在Part_1下方，选择MAR_1，再选择Modify，显示修改对话框；输入：Orientation=(0.0，0.0，0.0)，选择OK按钮。可以看见圆盘改变了放置方向；（5）改变圆盘位置。在主工具箱，选择；选择不同视图方向工具，从不同的方向观看圆盘，可以看到圆盘在Z轴方向不对称于栅格平面。选择MAR_1，再选择Modify；显示修改对话框；在Location栏，将{0，0，0}改为{0，0，-0.05}；选择OK按钮，圆盘移动到对称于栅格平面的位置；表1-1定义连接点及坐标（6）改变圆盘名称。将鼠标置于圆盘处，显示弹出式菜单，选择PRAT_1，再选择Rename，显示改名对话框；在NewName栏，将PART_1改为wheel，选择OK按钮；（7）设置圆盘物理性质。在圆盘处，显示弹出式菜单菜单，选择wheel，再选择Modify，显示修改对话框；在Definemassby栏，选择GeometryandDensity，Density栏，输入7800；选择OK按钮。3.4连杆几何建模（1）在几何建模工具集，选取连杆建模工具；（2）在参数设置栏，选择NewPart；Width=ON，Width=0.15；Depth=ON，Depth=0.05；（3）选择POINT_2点为起始绘图点，拖动鼠标POINT_3，释放鼠标键，完成建模；（4）改变连杆名称。在连杆处，显示弹出式菜单，选择PRAT_1，再选择Rename，显示改名对话框；在NewName栏，将PRAT_1改为handle，选择OK按钮；（5）设置连杆物理性质。在连杆处，显示弹出式菜单选择handle，再选择Modify，显示修改对话框；在Definemassby栏，选择UserInput；输入：Mass=65，选择OK按钮。3.5滑块几何建模（1）在几何建模工具集，选取立方体建模工具；（2）在参数设置栏，选择NewPart；Height=ON，Height=0.3；Depth=ON，Depth=0.3；（3)选择点（1.15，-0.15，0）为起始绘图点，拖动鼠标点（1.55，0.15，0），释放鼠标键，产生滑块几何模型；（4）改变滑块位置。在点（1.15，-0.15，0）处，显示弹出式菜单，选择MAR_1，再选择Modify，显示修改对话框；在在Location栏，将{1.15，-0.15，0}改为{1.15，-0.15，-0.15}；选择OK按钮；（5）改变滑块名称。在滑块处，显示弹出式菜单，选择PART_1，再选择Rename，显示改名对话框；在NewName栏，将PRAT_1改为piston，选择OK按钮；（6）设置滑块物理性质。在滑块处，显示弹出式菜单选择piston，再选择Modify，显示修改对话框；在Definemassby栏，选择GeometryandMaterialType；在MaterialType栏中右击显示弹出式菜单，选择Material，再选择Browse，显示数据库浏览器，选择Brass，选择OK按钮。4.施加运动副和驱动4.1施加铰接副圆盘在A点处通过铰接副同地面框架连接，在B、C点处分别通过铰接副将圆盘与连杆，连杆和滑块连接。（1）添加圆盘与地面框架铰接副。在主工具箱的连接工具集，选择铰接副；在参数设置栏，选择1Location，NormalToGrid；选择POINT_1点，完成设置。（2）添加圆盘与连杆铰接副。连接工具集，选择铰接副；在参数设置栏，选择2-Bod-1Loc，NormaltoGrid；依次选择：圆盘、连杆、POINT_2，完成设置。（3）添加连杆与滑块铰接副。连接工具集，选择铰接副；在参数设置栏，选择2-Bod-1Loc，NormaltoGrid；依次选择：连杆、滑块、POINT_3，完成设置。4.2仿真观看当前模型的运动情况（1）在主工具箱，选择仿真工具；（2）在主工具箱参数设置栏，选择Dynamic，取EndTime=5.0，Steps=200；（3）选择，开始仿真分析。4.3添加棱柱副（1）在主工具箱，选择棱柱副工具。（2）在主工具箱参数设置栏，选择2-Bod-1Loc，PickFeature。（3）依次选择：滑块、地面、POINT_3、方向指向圆盘，完成设置。4.5定义圆盘的运动（1）在主工具箱的运动工具集，选择旋转运动工具图标，显示定义旋转运动对话框；（2）在Speed栏，输入360；选择JOINT_1，完成转速设置。4.6施加滑块作用力F（1）定义点的作用点。在主工具箱的几何建模工具集，选取定义点工具；选择参数：AddtoGround，Don’tattach，选择点（1.55，0，0），定义点POINT_4。（2）在主工具箱的力工具箱，选择单作用力图标，显示施加力对话框。（3）在参数设置区，输入和选择：Direction=SpaceFixed；Construction=PickFeature；Characteristic=Constant。FORCE_1=ON，FORCE=10000（4）依次选择：滑块、点POINT_4（1.55，0，0）和鼠标箭头指向圆盘方向；设置FORCE_1同时显示修改力对话框。（5）保存曲柄滑块机构模型。在File菜单，选择SaveDatabase。当前模型的轴测视图如图1-1所示：5.对曲柄滑块机构进行仿真分析5.1仿真分析（1）在主工具箱，选择仿真工具。（2）在主工具箱参数设置栏，选择Dynamic，取EndTime=2.5，Steps=200。6.建立测量（滑块的位移、速度、加速度）（1）鼠标右键单击需要测量的部件，系统打开右键快捷菜单，选择Measure；（2）系统打开参数对话框，如图1-2，将Characteristic设为CMPosition，Component设为X，测量X向位移；（3）点击Apply，出现空白的测量窗口；（4）重复上述步骤，将Characteristic设为CMVelocity，新建测量速度；（5）重复上述步骤，将Characteristic设为CMAcceleration，新建测量加速度；图1-1曲柄滑块机构模型（6）建立的测量窗口后，点击工具箱中的仿真图标，按照先前的设置进行仿真，仿真结果如图1-3所示；（7）如需测量其他部件的位移、速度、加速度以及力其测量方法相同。图1-2设置参数图1-3仿真结果五、思考题1．建模时首先建立了工作栅格，工作栅格的作用是什么？2．建模时输入的坐标是相对于哪个坐标而言的，该坐标系在ADAMS软件中对应的是何名称？3．请尝试在连杆的中心处建立测量点，并把连杆中心处的位移、速度、加速度模拟出来？六、实验报告按照以下要求递交实验报告1．建模要求把建模完成图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对作图过程作简要叙述。2.施加运动副和驱动要求把运动机构施加运动副和驱动完成的图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对施加的运动副和驱动作简要叙述。3.模拟结果要求把滑块的运动位移、速度、加速度模拟出来，分别抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对模拟结果作简要的叙述。