实验三 弹簧阻尼器机构的动力学模拟

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关系。

二、实验设备和工具

1．ADAMS 软件；

2．CAD/CAM 机房。

三、实验原理

按照弹簧阻尼器机构的实际工况，在软件中建立相应的几何、约束及驱动模型，即按照弹簧阻尼器机构的实际尺寸，建立弹簧、阻尼器和质量块的几何实体模型；质量块的运动为上下作自由衰减运动，可以理论简化为在质量块与大地之间建立平动副，弹簧、阻尼器共同连接到连接大地和质量块上；然后利用计算机进行动力学模拟，从而可以求得质量块在弹簧阻尼器连接下任何时间、任何位置所对应的位移、速度加速度，以及弹簧中位移和弹性恢复力之间的对应关系等一系列参数，变换弹簧、阻尼器和质量块的参数可以进行多次不同状态下的模拟。

四、实验步骤

1．问题描述 图3-1为弹簧阻尼器机构简图，M 为振子，质量为187.224kg ；弹簧刚度K ＝5N/mm ，阻尼器阻尼为C ＝0.05N/mm ，弹簧空载长度为400mm ，求当弹簧阻尼机构振动时，铰接点A 处的支撑力。

2. 启动

ADAMS

M ：187.224Kg

K ：5.0N/mm

C ：0.05N-sec/mm

L0：400mm

F0：0

图3-1 弹簧阻尼器机构示意图

2.1 运行ADAMS2005，在欢迎界面中，选择Create a new model, Model name 输入spring_mass；

2.2 确认Gravity（重力）文本框中是Earth Normal(-Global Y)，Units (单位)文本框中是MMKS(mm,kg,N,s,deg)。

3. 建立几何模型

3.1单击F4显示坐标窗口；

3.2在主工具箱中选择Box 工具按钮建立一质量块，用默认尺寸即可；

3.3 在屏幕任意位置点击鼠标创建质量块；

3.4 右键点击质量块，选择part_2，然后选择Rename，更名为mass；

3.5 右键点击质量块，选择mass，然后选择Modify。在打开的对话框中修改Define mass by 项为User Input，在Mass栏输入187.224；

3.6 选择右视图按钮查看质量块的位置，进行调整栅格位于质量块的中心。选择Edit菜单下的Move项，在对话框中选择Relocate the项为Part，右键点击右侧文本框选择Part，出现Guesses然后选择mass ,如图3-2所示。

图3-2 选择移动质量块

3.7 在Translate下方的数字栏中输入-100，或者输入100再单击前面的按钮，如图3-3所示；

图3-3 移动对话框

3.8 设置完毕后，单击Z 轴方向按钮，使质量块中心位于工作栅格位置，选择正视按钮，显示栅格便于建模；

4. 施加运动副

为了确保质量块的运动只沿Y 轴移动，添加一平动副。选择工具箱中的平动副按钮，选择质量块和大地为对象，Y 轴为运动方向。如图3-4所示。

5. 设置弹簧和阻尼器参数

5.1

选择工具栏中的弹簧阻尼器按钮

，设置参数：K=ON ，K=5.0；C=ON ，C=0.05；

5.2 设置完毕，选择质量块中心点，以及点击沿Y 轴向上400mm 的位置，即相当于与大地建立弹簧连接，如图3-5所示；

图3-4 添加平动副

图3-5 建立弹簧阻尼器模型

5.3 为了确定弹簧在空载时长度为400mm，选择菜单栏中Tools菜单中的Measure distance,在测量对话框中First Marker Name栏单击鼠标右键，选择position 然后选择pick，选择质量块的中心点mass.cm，在second Marker Name栏单击鼠标右键，选择position 然后选择pick，选择弹簧的上顶点ground.MARKER_5；

5.4 设置完毕，单击OK按钮。测量信息窗口如图3-6，Y轴距离为-400mm。

图3-6 测量信息窗口

6. 对弹簧阻尼器机构仿真分析

6.1 测量静平衡时弹簧力的大小，选择工具箱中的仿真按钮，选择工具箱下侧的计算静平衡按钮，计算成功会出现提示。

6.2 计算完毕单击返回按钮，右键点击弹簧选择spring_1，然后选择Measure，在打开的测量对话框中Characteristic选择force,在Measure Name 栏输入spring_force，单击OK按纽，建立一测量力的窗口。为了只测量力的大小，在测量窗口内单击鼠标右键并选择Measure modify，在修改力函数对话框中加上绝对值函数ABS（），如图3-7所示；

6.3 根据弹簧力测量曲线，起始位置即静平衡时弹簧力为1836N ，即质量块的重力：18

7.224kg*9806.65mm/s 2(=1836.04N)。测量曲线如图3-8所示；

6.4 继续测量弹簧的变形曲线。右键点击弹簧选择spring_1，然后选择Measure ，在打开的测量对话框中Measure name 输入spring_displace, Characteristic 选择Deformation ，建立空白的位移测量窗口；

6.5 选择工具箱中的仿真按钮，设置仿真时间End Time 为2，Steps 为50，开始仿真，位移曲线如图3-9所示；

图3-7 修改测量力函数

图3-8 弹簧力测量曲线