虚拟样机作业

虚拟样机设计和试验分析

一、实验目的

（1）了解ADAMS的建模和分析方法；

（2）初步掌握ADAMS进行机构参数化建模的方法；

（3）初步掌握ADAMS添加运动约束、运动驱动、仿真分析、参数测量。

二、实验要求

（1） ADAMS环境下建模；

（2） ADAMS环境下约束设置；

（3）利用ADAMS对曲柄滑块进行运动分析，并绘制运动曲线。

三、实验内容

下图所示某机器的曲柄滑块机构，圆盘1以n=60 r/min的转速逆时针旋转，在滑块的端部作用有载荷F，F的方向与滑块运动的方向相反。已知：圆盘1的半径R=350mm，厚度δ= 100mm，材料密度为7.8×10-2N/cm3；连杆2长度L=1100mm，质量Q= 65 kg，惯性矩Ixx =0.132 kg•m2，Iyy = 6.80 kg•m2；Izz =6.91 kg •m2，滑块3长度L=400mm，高度h=300mm，厚度δ=300mm，材料为黄铜。曲柄滑块机构的起始位置如图所示。

操作要求：

1、建立曲柄滑块机构的虚拟样机模型，并分别说明虚拟样机模型中的构件及其质量、以及施加的约束、给定运动、载荷等。

2、对曲柄滑块机构虚拟样机进行动态仿真确定滑块的位置、速度和加速度；

3、载荷F=100（KN）时，确定所需的圆盘驱动力矩；

4、设置测量，测量载荷F，和滑块的位置、速度；

5、对曲柄滑块机构进行设计研究，考虑不同的圆盘半径和B点的位置，取B点到圆心A点的距离为200、250、300、350、400mm，确定所需的圆盘驱动力矩、滑块的位置和速度。

6、关闭所有测量窗口，退出程序。

四、实验步骤

1、启动ADAMS/View程序，检查和设置建模基本环境；

2、几何建模；

3、施加约束和力；

4、对曲柄滑块机构进行仿真分析；

5、仿真分析后处理。

五、实验建模仿真

1、建立曲柄滑块机构的虚拟样机模型，并分别说明虚拟样机模型中的构件及其质量、以及施加的约束、给定运动、载荷等。

（1）定义连接点：在主工具箱中选择定义点工具按钮，分别创建三个点，并将这些点更名为POINT_A（0,0,0），POINT_B（0.35,0,0）和POINT_C（1.45,0,0），如下图所示：

（2）圆盘几何建模

在几何建模工具集，选择圆柱体建模工具，设置参数，用鼠标选择POINT_1作为初始绘图点，释放鼠标，完成几何形体建模，设置圆盘物理性质，如下图所示：

圆盘物理性质：转速n=60 r/min ，方向如图；密度7.8g/cm3；质量和转动惯量如图中所示。圆盘在POINT_1处通过铰接副同地面框架连接，在POINT_2处通过铰接副与连杆连接。

（3）连杆几何建模

在几何建模工具集，选择连杆建模工具，设置参数，用鼠标选择POINT_2作为初始绘图点，拖动鼠标到POINT_3，释放鼠标，完成几何形体建模，如下图所示：

连杆物理性质：如图中所示，质量65Kg，连杆在POINT_2处通过铰接副与圆盘连接，在POINT_3处通过铰接副与滑块连接。

（4）滑块几何建模

在几何建模工具集，选择方块建模工具，设置参数，选择点（1.30，-0.15,0）作为初始绘图点，拖动鼠标到点（1.30,0.15,0），如下图所示：

滑块物理性质：如图中所示，质量307.62Kg，在POINT_3处通过铰接副与连杆连接；依次选择滑块、地面、POINT_3、点（0.18,0,0），添加棱柱副；依次选择滑块、点POINT_4（1.7,0,0）和（0.18,0,0），设置作用力F，方向如图中所示。

2、对曲柄滑块机构虚拟样机进行动态仿真确定滑块的位置、速度和加速度。

建模完成后的机构如下图所示，在主工具箱，选择仿真工具，设置参数，取End Time=2.5，Steps=200。

（1）右边第一张表格即是滑块位移曲线图，横坐标时间/s，纵坐标位移/m；（2）第二张表格是滑块速度曲线图，横坐标时间/s，纵坐标速度m/s；

（3）第三张表格是加速度曲线图，横坐标时间/s，纵坐标加速度/m；

3、载荷F=100（KN）时，确定所需的圆盘驱动力矩；

设置作用力F=100（KN），进行仿真运行，绘制驱动力矩曲线图，如下图所示：

如上图，横坐标是时间/s，纵坐标是力矩/N*m，力矩变化范围大约是从0到36500,以0.5s为一个变化周期。

4、设置测量，测量载荷F，和滑块的位置、速度；

（1）产生测量滑块位置：在Build菜单中依次选择Measure、Selected Object、New...；在数据库浏览器中展开+pistonpump，选择piston下的cm，然后选择OK按钮，显示对话框，设置参数后，选择Apply显示滑块位移测量图，保存曲线。

（2）产生测量滑块速度，按照上述步骤依次进行：

（3）产生测量载荷F，按上述步骤进行：

5、对曲柄滑块机构进行设计研究，考虑不同的圆盘半径和B点的位置，取B点到圆心A点的距离为200、250、300、350、400mm，确定所需的圆盘驱动力矩、滑块的位置和速度。

在Simulate菜单，选择Design Study，DOE，Optimize，显示对话框，进行设置，设置完后选择Display，显示仿真对话框，设置参数后，选择OK按钮，然后点击Start，开始运行设计研究。

完成设计研究后，程序自动打开数据库信息窗口，其中列出了设计研究分析报告，如下图所示：

以下是驱动力矩随设计变量DV_1变化的曲线，和驱动力矩随时间变化的曲线：

滑块位移随时间变化的曲线：

滑块速度随时间变化曲线：

6、关闭所有测量窗口，在File菜单选择保存按钮，然后选择Exit按钮，退出程序。

六、总结

在机械设计的过程中，应用Adams软件进行仿真能节约成本，同时通过改变设计变量的方法能对设计中尺寸错误进行及时调整，通过仿真，达到合适的尺寸，非常高效。