《机械动力学》实验指导书学习资料.doc
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1、Good is good, but better carries it.精益求精,善益求善。机械动力学实验指导书-机械动力学实验报告姓名班级学号南京农业大学工学院机械工程系机械设计教研室编-目录实验一曲柄滑块机构的动力学模拟1实验二单摆机构的动力学模拟9实验三弹簧阻尼器机构的动力学模拟15实验四连接板有限元分析23实验五连杆的有限元分析32实验六活塞的有限元分析42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1ADAMS软件;2C
2、AD/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
3、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MKS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
4、=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O
5、K按钮。3.几何建模3.1按F4键,显示坐标窗口。表1-1定义连接点及坐标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,Dontattach;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
6、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O
7、K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,Dep
8、th=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.
9、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
10、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
11、。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,Pic
12、kFeature。(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Setup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,Dontattach,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;Construct
13、ion=PickFeature;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SaveDatabase。当前模型的轴测视图如图1-1所示:图1-1曲柄滑块机构模型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
14、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1-2设置参数(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
15、。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?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。实验二单摆机构的
16、动力学模拟一、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计算出单摆运动的位移、速度和加速度。二、实验设备和工具1ADAMS软件;2CAD/CAM机房。三、实验原理按照单摆机构的实际工况,在软件中相应的几何及约束模型,即按照单摆机构的实际尺寸,建立单摆几何实体模型;把摆臂和大地之间的实际连接简化成铰连接,从而在软件中建立其连接副模型;按照摆臂初始运动的参数,如初始转角和转速建立相应的驱动模型;然后利用计算机进行动力学模拟,从而可以求得摆臂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,以及摆臂和大地铰接点处的约束反力等一系列参数
17、。四、实验步骤1问题描述图2-1为单摆机构简图,AB为匀质杆,质量2kg,长450mm,A点铰接固定,杆AB在垂直平面内摆动,求当=30度时,角速度为3rad/s时,铰接点A处的支撑力。图2-1单摆机构简图BA2.运行ADAMS2.1通过开始程序菜单运行ADAMS2005,或直接双击桌面图标,运行ADAMS2005;2.2出现ADAMS界面,选择Createanewmodel;2.3确认Gravity(重力)文本框中是EarthNormal(-GlobalY),Units(单位)文本框中是MM,K,S,确认后单击OK按钮;2.4在Settings下拉菜单中选择WorkingGrid,系统打开参
18、数设置对话框,在spacing栏,X和Y都输入25mm。3.建立几何模型3.1用鼠标右键单击几何工具箱,弹出级联图标,用鼠标左键选中杆件图标;3.2系统打开参数设置对话框,如图2-2所示,确认在工具箱下方文本框中显示NewPart。选中Length选项,输入45.0cm,即摆臂长度。选种width选项,输入2.0cm,选中Depth选项,输入2.75cm;3.3按F4打开坐标框,鼠标单击(-225,0,0)作为摆臂的左侧起点,然后单击右侧水平方向任一点,ADAMS自动生成摆臂,如图2-3所示;图2-3摆臂图2-2参数设置对话框4.设置模型参数4.1设置摆臂质量鼠标右键单击摆臂Part_2,在右
19、键打开的快捷菜单中选择Modify,弹出修改对话框,在Definemassby栏中选择UserInput.,在Mass栏输入2.0,单击OK按钮。4.2.设置摆臂位置(1)在工具箱中选择定位图标。系统打开参数设置对话框,在Angle栏输入30,此时摆臂高亮显示;(2)点击顺时针箭头,摆臂转向与水平方向成30度,如图2-4所示。图2-4转动摆臂位置5.建立单摆支点5.1在主工具箱中选择铰接副。系统打开参数设置对话框,确认在工具箱下方的Construction文本框中显示1Location和NormaltoGrid;5.2鼠标左键点击摆臂的左端点PART_2.MARKER_1;5.3在大地和摆臂之
20、间生成一个铰接支点,如图2-5所示。图2-5建立铰接点6.设置初始运动6.1鼠标右键点击摆臂,在打开的右键快捷菜单中选择Modify命令,系统打开修改对话框,在Category项选择VelocityInitialConditions;6.2在Angularvelocityabout项选择PartCM;6.3在下面的选项中选择Z轴,并输入3.0r。输入完成后单击OK按钮。7.验证模型7.1通过验证模型可以发现建模过程中的错误,ADAMS会自动检测一些错误,如为连接的约束,动力系统中无质量的部件,无约束的部件等。并给出警告可能引发的问题。7.2在ADAMS窗体的右下角,用鼠标右键点击Informa
21、tion按钮。7.3在弹出的级联图标中选择Verification图标,弹出信息窗口。模型验证无误后,关闭信息窗口。模型建立完成后,对模型进行仿真。8.设置A点支撑力的测量8.1鼠标右键点击单败A点,选择JOINT_1然后选择Measure,弹出铰接测量对话框,在Characteristic栏选择Force,component栏选择mag(幅值)。设定完毕单击OK按钮;8.2出现一个空白测量窗口。9运行仿真图2-6单摆转角测量曲线9.1点击工具箱中仿真图标,系统打开参数设置对话框,将EndTime设为0.5,Step设为50。9.2点击开始按钮,单摆开始摆动,测量曲线如图2-6所示。10.获得
22、支承反力10.1在测量窗口的空白处点鼠标右键,选择Plot:scht1transfertofullplot,如图2-7所示,在ADAMS/Postprocessor环境下绘制测量曲线;10.2选择plotTracking图标。要求计算时的条件即为开始仿真时的条件,把鼠标置于仿真曲线的开始位置;10.3窗口顶端,X为仿真时间,y为支撑力,即要计算的支撑力,结果显示为10.72N。图2-7铰接点处作用反力测量曲线五、思考题1请尝试在摆臂中心处设置测量点,并模拟出摆臂在该中心点处的运动位移、速度和加速度?2设置单摆的初始位置和初速度不同时,请模拟出单摆的运动情况?3.进行动力学模拟时,参数Endti
23、me和Steps分别表示什么含义?六、实验报告按照以下要求递交实验报告1建模要求把摆臂建模完成图抓图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单摆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.模拟结果要求把摆臂的运动位移、速度、加速度模拟出来,抓其中1幅图,粘贴于实验报告中,并对模拟结果作简要的叙述。实验三弹簧阻尼器机构的动力学模拟一、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计算出弹簧阻尼机构运动时,弹簧振子的位移、速度、加速度和弹簧位移与弹簧力的对应
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