《机械动力学》实验指导书文档格式.docx

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（2）设置SizeX=2.0，SizeY=1.0，SpacingX=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；

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OK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，Don’tattach；

按照表1-1所示的坐标，分别定义A、B、C点。

坐标点

变量名

X

Y

Z

A

POINT_1

0.0

B

POINT_2

0.3

C

POINT_3

1.3

3.3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；

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，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；

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

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。

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，PickFeature。

（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，Don’tattach，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；

Construction=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

（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。

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。

实验二单摆机构的动力学模拟

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。

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。

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θ=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

A

θ

2.运行ADAMS

2.1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2-2参数设置对话框

图2-3摆臂

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Information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.获得支承反力

10.1在测量窗口的空白处点鼠标右键，选择Plot:

scht1—transfertofullplot，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

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Endtime和Steps分别表示什么含义？

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。

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。

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

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。

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。

图3-1弹簧阻尼器机构示意图

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

2.1运行ADAMS2005，在欢迎界面中，选择Createanewmodel,Modelname输入spring_mass；

2.2确认Gravity（重力）文本框中是EarthNormal（-GlobalY），Units（单位）文本框中是MMKS（mm,kg,N,s,deg）。

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Definemassby项为UserInput，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Relocatethe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。

图3-4添加平动副

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3-5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Measuredistance,在测量对话框中FirstMarkerName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secondMarkerName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MeasureName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Measuremodify，在修改力函数对话框中加上绝对值函数ABS（），如图3-7所示；

图3-7修改测量力函数

图3-8弹簧力测量曲线

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：

187.224kg*9806.65mm/s2（=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Measurename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EndTime为2，Steps为50，开始仿真，位移曲线如图3-9所示；

图3-9弹簧变形曲线

6.6在力测量曲线窗口空白处单击鼠标右键，选择plot:

scht1---Transfertofullplot，切换到ADAMS/Postprocessor窗口。

6.7单击clearplot按钮清除窗口内的曲线。

在Resultset选项中选择spring_force下，选择component下的Q分量。

如图3-10所示；

图3-10测量曲线参数设置

6.8在IndependentAxis项选择Data项，在弹出的选择窗口spring_displace，在component中选择Q，选择完毕单击OK如图3-11。

图3-11选择IndependentAxis