Adams课程论文 机械工程仿真软件应用.docx
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Adams课程论文机械工程仿真软件应用
《机械工程仿真软件应用》课程论文
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摘要:
本文通过对题3的Adams分析,让我们对Adams软件有进一步的了解,ADAMS,即机械系统动力学自动分析,该软件是美国MDI公司开发的虚拟样机分析软件。
ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。
并用其解决一些动力学和运动学方面的问题。
关键词:
Adams运动学动力学
一、概述及其应用
ADAMS,即机械系统动力学自动分析(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems),该软件是美国MDI公司(MechanicalDynamicsInc.)开发的虚拟样机分析软件。
ADAMS已经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。
根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料,ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额,现已经并入美国MSC公司。
ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库,创建完全参数化的机械系统几何模型,其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格朗日方程方法,建立系统动力学方程,对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析,输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。
ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。
ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件,用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。
另一方面,又是虚拟样机分析开发工具,其开放性的程序结构和多种接口,可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。
二、分析问题
题3图所示为对心曲柄滑块机构。
已知曲柄为50cm*5cm*10cm的钢材,连杆为100cm*5cm*10cm的钢材,滑块为20cm*20cm*20cm的钢立方块,作用在曲柄上的驱动力矩为M1=50N.m。
(1)利用ADAMS软件对该机构在0s-10s时间内进行运动分析和动力分析。
分析:
1.启动ADAMS
双击桌面上ADAMS/View的快捷图标,打开ADAMS/View。
在欢迎对话框中选择“Createanewmodel”,在模型名称(Modelname)栏中输入:
disanti;在重力名称(Gravity)栏中选择“EarthNormal(-GlobalY)”(也可取消设置重力,即无重力条件);在单位名称(Units)栏中选择“MKS–m,kg,N,s,deg”。
如图所示。
2.设置工作环境
2.1对于这个模型,网格间距需要设置成更高的精度以满足要求。
在ADAMS/View菜单栏中,选择设置(Setting)下拉菜单中的工作网格(WorkingGrid)命令。
系统弹出设置工作网格对话框,将网格的尺寸(Size)中的X和Y分别设置成1000mm和500mm,间距(Spacing)中的X和Y都设置成50mm。
然后点击“OK”确定。
如图所示。
2.2用鼠标左键点击动态放大(DynamicZoom)图标
,在模型窗口中,点击鼠标左键并按住不放,移动鼠标进行放大或缩小。
2.3用鼠标左键点击动态移动(DynamicTranslate)图标
,在模型窗口中,按住鼠标左键,移动鼠标选择合适的网格。
3.创建机构的各个部件
3.1在ADAMS/View零件库中选择连杆(Link)图标
。
如图所示。
在ADAMS/View工作窗口中先用鼠标左键选择点(0,0,0)mm(该点的位置可以选择在其他地方),选择竖直方向,点击鼠标左键,创建曲柄AB(PART_2)。
如图所示。
3.2在ADAMS/View零件库中选择连杆(Link)图标
,参数选择如图所示。
在工作窗口中先用鼠标左键选择点PART_2.MARKER_2,选择水平方向,点击鼠标左键,创建出连杆BC(PART_3)。
如图所示。
3.3在ADAMS/View中选择旋转图标
,选择“绕”,角度为−30°。
鼠标左键点击PART_3,选择PART_3.MARKER_3.Z,使连杆BC顺时针旋转30°。
如图所示。
3.4在ADAMS/View零件库中选择长方体(Box)图标
,参数选择如图所示,用鼠标左键在连杆右侧的区域任意选择一点,并点击鼠标左键确认。
滑块(PART_4)如图所示。
3.5在ADAMS/View中选择移动图标
,选择“从 到”,选择PRRT_4滑块,从PART_4.cm到PART_3.MARKER_4,实现平移。
如图所示。
4.创建旋转副和移动副
4.1选择ADAMS/View约束库中的旋转副(Joint:
Revolute)图标
,参数选择2Bod-1Loc和NormalToGrid。
在ADAMS/View工作窗口中先用鼠标左键选择主曲柄(PART_2),然后选择机架(ground),接着选择主曲柄上的PART_2.MARKER_1,如图所示。
图中显亮的部分就是所创建的旋转副(JOINT_1)该旋转副连接机架和主曲柄,使主曲柄能相对机架旋转。
4.2选择ADAMS/View约束库中的旋转副(Joint:
Revolute)图标
,参数选择2Bod-1Loc和NormalToGrid。
在ADAMS/View工作窗口中先用鼠标左键选择连杆(PART_3),然后选择曲柄(PART_2),接着选择连杆上的PART_3.MARKER_3(或者选择曲柄上的PART_2.MARKER_2),如图所示。
图中显亮的部分就是所创建的旋转副(JOINT_2),该旋转副连接曲柄和连杆,使曲柄和连杆之间作相对旋转运动。
4.3选择ADAMS/View约束库中的旋转副(Joint:
Revolute)图标
,参数选择2Bod-1Loc和NormalToGrid。
在ADAMS/View工作窗口中先用鼠标左键选择滑块(PART_4),然后选择连杆(PART_3),接着选择连杆上的PART_3.MARKER_4(或者选择滑块上的PART_4.cm)如图所示。
图中显亮的部分就是所创建的旋转副(JOINT_3),该旋转副连接连杆和滑块,使连杆和滑块之间作相对旋转运动。
4.4选择ADAMS/View约束库中的移动副(Joint:
Translational)图标,参数选择2Bod-1Loc和PickFeature。
在ADAMS/View工作窗口中先用鼠标左键选择滑块(PART_4),然后选择机架(ground),接着选择滑块上的PART_4.cm,这时出现箭头,移动鼠标,使白色箭头的方向与X轴平行,单击鼠标左键。
这样定义了滑块在机架上做移动运动。
如图所示,图中显亮的部分就是所创建的移动副(JOINT_4),该移动副联结滑块和机架,使滑块和机架之间作相对移动运动。
5.创建力矩
在ADAMS/View中选择力矩按钮
,选择空间固定,在力矩一栏中输入50,在ADAMS/View工作窗口中,选择PART_2,接着选择PART_2.MARKER_1,如图所示,图中显亮的部分为创建的力矩。
6.进行仿真运算
主工具箱的仿真按钮
,设置仿真终止时间仿真终止时间(EndTime)为10s,仿真工作步长(StepSize)0.01,然后点击开始仿真按钮
,系统进行仿真,观察模型的运动情况。
7.分析结果显示
下面对原动件AB、连杆BC、滑块进行运动分析和力分析。
7.1对原动件AB的旋转副JOINT_1进行运动分析和力分析。
在ADAMS/View工作窗口中用鼠标右键点击原动件AB的旋转副JOINT_1,选择测量,如图所示。
在弹出的测量对话框中,将Component栏设置为mag,将From/At栏设置为PART_2.MARKER_6(或者ground.MARKER_7)(选择前者,表示测量的是原动件AB对机架的压力,选择后者,表示测量的是机架对原动件AB的支持力,两力是一对作用力和反作用力,大小相等,方向相反),其他的设置如图所示。
然后点击对话框下面的“OK”确认。
生成的力-时间曲线如图所示。
7.2对原动件AB的旋转副JOINT_1进行角位移测量的运动分析,旋转副JOINT_1的角位移测量和其力测量过程几乎一样,在如图所示的对话框中,将Characteristic栏选为Ax/Ay/AzProjectedRotation,Component栏选为Z,将From/At栏设置为ground.MARKER_7(或者PART_2.MARKER_6),其他的设置如图所示。
然后点击对话框下面的“OK”确认。
生成的角位移-时间曲线如图所示。
当From/At栏设置为PART_2.MARKER_6时,生成的角位移和时间的曲线图如图所示。
两者之间的区别在于符号的相反,绝对值大小相同。
这就是设置From/At栏不同的参考点从而导致曲线的不同。
7.3 对连杆BC进行运动学分析。
在此,运动分析以连杆BC的中点为参考点,确定其运动和构件BC绕其转动,也可以以连杆上的其他点为参考点。
在ADAMS/View菜单栏中,选择Build→Measure→Point-to-Point→New,如图所示,进行点与点之间的位移测量。
系统弹出点与点之间测量的对话框,将光标放在被测量的点(ToPoint)栏中,按鼠标右键,选择Marker→Browse,如图所示。
在弹出的DatabaseNavigator的对话框中,选择PART_3下面的PART_3.cm(该MARKER点为连杆BC上的重心点)。
然后点击该对话框下面的“OK”按钮。
如图所示。
同样在参考点(FromPoint)栏中,按鼠标右键,选择Marker→Browse,在弹出的DatabaseNavigator的对话框中,选择ground下面的MARKER_15(该点是坐标原点),然后点击该对话框下面的“OK”按钮。
在图中的Characteristic栏中选择Translationaldisplacement,在Component栏中选择mag。
如图所示。
然后点击对话框下面的“OK”确认。
生成的位移-时间曲线如图所示。
速度和加速度的测量的过程和位移的过程几乎一样,只是在点与点之间测量对话框(PointtoPointMeasure)中的Characteristic项,分别选为Translationalvelocity,如图所示,或者Translationalacceleration,如图所示。
下图分别是时间速度曲线、时间加速度曲线。
7.4 在ADAMS/View菜单栏中,选择Build→Measure→Angle→New,进行连杆BC旋转运动的测量。
系统弹出点与点之间测量的对话框,将光标放在第一个点(FirstMarker)栏中,按鼠标右键,选择Marker→Browse。
在FirstMarker栏输入MARKER_11(该点为连杆BC与滑块的连接点),MiddleMarker栏输入PART_3.cm(该点为连杆BC的重心点),LastMarker栏输入MARKER_15(该点为原点处机架的点),如图所示。
然后点击OK按钮确定。
连杆BC的重心点的旋转角位置曲线图如下。
7.5 滑块和机架之间的受力分析。
在ADAMS/View工作窗口中用鼠标右键点击滑块的移动副JOINT_4,选择测量。
在弹出的测量对话框中,将Component栏设置为Y(因为在不考虑摩擦的条件下滑块和机架之间的受力方向为Y轴方向),将From/At栏设置为PART_4.MARKER_12(或者ground.MARKER_13)(选择前者,表示测量的是滑块对机架的压力,选择后者,表示测量是机架对滑块的支持力,两力是一对作用力和反作用力,大小相等,方向相反)其他的设置如图所示。
然后点击对话框下面的“OK”确认。
生成的力-位移曲线如图所示。
当From/At栏设置为ground.MARKER_13时,生成的角位移和时间的曲线图如图所示。
两者之间的区别在于符号的相反,绝对值大小相同。
三、结论
Adams软件在运动学和动力学的分析上十分方便,对于一些复杂的结构分析更为有效,能够帮助我们更加容易的让我们掌握机构运动和力的关系。
以ADAMS的动态仿真工具为平台,ADAMS仿真方法能方便和准确地得到机构的运动与动力参数,从而为机构的选型和优化设计提供了参考依据。
参考文献
[1]宋少云,尹芳Adams在机械设计中的应用北京:
国防工业出版社2015.5
[2]高光娣典型机械机构,Adams仿真应用北京:
电子工业出版社2013
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