实验二-基于ADAMS的曲柄滑块机构动力学仿真实验.doc.deflate.doc

实验二 基于ADAMS的曲柄滑块机构动力学仿真实验

一．实验目的
1，掌握多体动力学分析软件ADAMS中实体建模方法；
2，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，PC机一台；
2，ADAMS软件；

三．实验原理与方法
1，ADAMS软件介绍
ADAMS软件介绍见实验一
2，实验原理
图2-1 曲柄滑块机构模型

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。

3，实验方法
（1） 启动ADAMS/View程序
1） 在windows XP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；
2） 在欢迎对话框，选择Create a new model 项；在模型名称栏输入pistonpump；重力设置选择Earth Normal参数；单位设置选择MKS系统（M，KG，N，SEC，DEG，H）；
3） 选择OK按钮。
（2）检查和设置建模基本环境
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MKS系统。
2） 设置工作栅格
① 在Settings菜单，选择Working Grid命令，显示设置工作栅格对话框；
② 设置Size X=2.0， Size Y=1.0， Spacing X=0.05， Show Working Grid=on；
③ 选择 OK按钮。
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。
4） 设置图标 在Settings菜单，选择Icons命令，显示图标设置对话框；在New Size栏输入0.1；选择OK按钮。
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。
6） 设置ADAMS默认存盘目录。在File菜单，选择Select Directory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
1） 按F4键，显示坐标窗口。
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；Add to Ground， Don’t attach； 按照表11-1所示的坐标，分别定义A、B、C点。

表2-1 定义连接点及坐标

坐标点
变量名
X
Y
Z
A
POINT_1
0.0
0.0
0.0
B
POINT_2
0.3
0.0
0.0
C
POINT_3
1.3
0.0
0.0
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New Part； 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；
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New Name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Define mass by 栏，选择Geometry and Density， Density栏，输入7800；选择OK按钮。
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New Part； 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New Name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Define mass by 栏，选择User Input；输入：Mass=65，选择OK按钮。
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New Part； 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New Name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Define mass by 栏，选择Geometry and Material Type；在Material Type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
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，Normal To Grid；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，Normal to Grid； 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，Normal to Grid； 依次选择：连杆、滑块、POINT_3，完成设置。
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End Time=5.0， Steps=200；
③ 选择，开始仿真分析。
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，Pick Feature。
③ 依次选择：滑块、地面、POINT_3、方向指向圆盘，完成设置。
4） 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Set up栏，输入360；选择 JOINT_1，完成转速设置。
5） 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：Add to Ground，Don’t attach，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=Space Fixed； Construction=Pick Feature；Characteristic=Custom。 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Save Database。当前模型的轴测视图如图2-2所示：

图2-2 曲柄滑块机构构建模型

（5）对曲柄滑块机构进行仿真分析
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End Time=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1-3，将Characteristic设为CM Position，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CM Velocity，新建测量速度；
5）重复上述步骤，将Characteristic设为CM Acceleration，新建测量加速度；
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；
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2-3 设置参数

四．实验内容与要求
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。

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，请尝试在栏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？