最新机械电子工程实验II指导书.docx

最新机械电子工程实验II指导书.docx

《最新机械电子工程实验II指导书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《最新机械电子工程实验II指导书.docx（59页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

最新机械电子工程实验II指导书

“机械实验II”实验指导书

MechanicalExperimentII

“机械电子工程”学院

学时分配及实训地点

序号

实验项目名称

学时

类型

每组人数

必做或选做

实验室名称

主要仪器设备

1

基于ADAMS软件机构运动创新设计与分析实验

6

演示性

28

必做

现在机械工程仿真实验教学中心（6109）

机构运动创新设计方案实验台计算机（ADAMS2012）

2

基于ADAMS刚体动力学仿真分析实验

6

综合性

28

必做

现在机械工程仿真实验教学中心（6109）

计算机（ADAMS2012ProeSolidWorks2012）

3

基于ADAMS刚-柔混合仿真分析实验

6

综合性

28

必做

现在机械工程仿真实验教学中心（6109）

计算机（ADAMS2012）

4

基于ADAMS的连杆机构柔体动力学仿真实验

6

综合性

28

必做

现在机械工程仿真实验教学中心（6109）

计算机（ADAMS2012）

5

基于ADAMS的槽轮设计及运动仿真实验

3

演示性

28

必做

现在机械工程仿真实验教学中心（6109）

计算机（ADAMS2012ProeSolidWorks2012）

6

基于ADAMS的夹紧机构设计实验

6

设计性

28

必做

现在机械工程仿真实验教学中心（6109）

计算机（ADAMS2012）

7

基于ADAMS的夹紧机构优化设计与分析实验

6

设计性

28

必做

现在机械工程仿真实验教学中心（6109）

计算机（ADAMS2012）

8

上机测试

3

综合性

28

必做

现在机械工程仿真实验教学中心（6109）

计算机（ADAMS2012ProeSolidWorks2012）

实验数

8

演示性、验证性实验数

2

综合性、设计性、创新性实验数

6

综合性、设计性、创新性实验比例

75%

实验一基于ADAMS软件机构运动创新设计与分析实验

一、实验实训目标

1、机构创新设计与运动分析实验是综合性实验，在掌握机构组成原理、基本机构的类型、结构、设计知识的基础上，以机构创意设计实验台作为操作平台，进行机构创新设计实验；

2、培养学生运用创新思维方法，遵循机械设计的基本法则，对机构运动系统方案进行设计与研究。

以期通过实验使学生创新意识、综合设计能力得到加强，实验技能得到提高；

3、熟悉ADAMS仿真软件，利用仿真软件对所设计的机构进行仿真分析。

二、实验实训内容

1、根据命题学生设计机构创新方案、画出机构运动简图；

２、学生把设计好机构方案，在机构创新设计实验台搭接、运行，满足机构设计要求；

３、基于ADAMS软件进行机构运动学分析；

４、学生根据实验全过程，将其设计思想、创新点、机构运动简图、机构构件参数、机构运动仿真，以实验论文形式提供实验报告。

三、实验实训材料设备及条件

1、机构运动创新设计方案实验台；

2、计算机（ADAMS2012）；

四、实验实训要求

1、机构设计方案要具有创新特点；

2、画机构运动简图要标注机构构件尺寸；

3、在机构创新设计实验台搭接实施并满足机构设计要求；

4、用ADAMS做机构运动学仿真时机构构件尺寸要精确；

5、学生自选一种简单运动机构并应用ADAMS软件分析，并完成实验论文。

五、实验实训方法与步骤

1、背景

摆动导杆机构是一种应用比较广泛的平面连杆机构，例如牛头刨床上就用了这种机构。

它将曲柄的旋转运动转换成为导杆的往复摆动。

机构相对简单易懂，对于我们初学ADAMS的学生来说便于建模和分析。

2、利用ADAMS的优点：

对于摆动导杆机构的运动分析，常用的方法有图解法和解析法。

图解法：

直观、方便，但精度不高，需要反复做图。

解析法：

人工计算运算量大，容易出错。

利用ADAMS可以产生复杂机械系统的虚拟样机，真实地仿真其运动过程。

精确度很高，而且将计算工作交给计算机能省去大量人工，并且不容易出错。

3、建立力学模型

图中为摆动导杆机构

曲柄AB为原动件

导杆BC为从动件

通过滑块B将曲柄AB的

连续转动转变为导杆BC

的往复摆动。

4、建立样机模型：

首先是给定模型具体的参数：

各杆的杆长以及曲柄AB的转速。

利用ADAMS建立样机：

根据几何关系确定A、B、C三点的坐标，可以假定C为坐标原点从而确定模型。

再各零件之间建立相应的约束副。

固定副：

机架

转动副1：

曲柄、机架

转动副2：

曲柄、滑块

转动副3：

导杆、机架

移动副：

滑块、导杆

右图为理论的样机图

下图为实际做的时候建立的样机图，比较理论的样机图，我没有专门建立一个杆将其锁为机架，而是直接在坐标轴上建立了2个点，将坐标轴当作了ac杆。

附图如下

5、仿真分析

通过已经建立好的模型给出曲柄的转速，就可以利用ADAMS自动输出构件的位移、速度、加速度等详细的参数。

并且利用这些输出值可以通过ADAMS/View以图形形式输出，从而能清晰地看出他们在仿真过程中的变化规律。

6、具体参数

W=5rad/sAB（主动件）=100mmAC（固连机架的杆）=350mm

7、输出图

本图为滑块的位移图。

图中红色线为x方向的位移。

蓝色线为y方向的位移，合成图为一直线。

从图中可以看出滑块进行往复运动，轨迹为一个圆。

本图为滑块的速度图。

图中红色线为x方向的速度。

蓝色线为y方向的速度，合成图为一直线。

速度为匀速圆周运动。

本图为滑块的加速度图。

图中红色线为x方向的加速度。

蓝色线为y方向的加速度。

本图为从动件（BC）的速度曲线

本图为从动件（BC）的加速度曲线

8、分析目的

通过对不同的杆件的不同尺寸可以快速的得到其运动特性，从而可以得出实际应用中的最佳尺寸，达到优化设计的目的。

也可以通过对机构不同杆件不同尺寸的分析可以得到其运动特性，从而能够最佳得利用其特性。

本试验中只给出了一组尺寸杆件的运动学分析，同理可以改变其尺寸得到不同的运动学特性。

本试验在于对利用ADAMS来进行力学分析，从而快速的得到其运动学特性，进而优化设计。

9、总结

采用ADAMS软件对摆动导杆机构虚拟样机进行运动学分析，得到了摆动导杆机构的运动曲线。

实践表明，虚拟样机技术简便、直观、可靠，避免了解析法繁琐的分析、推导和论证过程以及图解法反复绘图和精确不高的问题。

运用ADAMS软件对机构进行分析和论证，仿真得到各个机构的运动特征，有利于机构设计初期方案的筛选和优化。

实验二基于ADAMS刚体动力学仿真分析实验

一、实验实训目的

1、掌握刚体模型的导入过程；

2、通过实例掌握定义材料属性、施加驱动；

3、掌握约束及仿真分析、后处理等操作步骤。

二、实验实训内容

1、通过一个偏转摩天轮刚体动力学仿真分析模型，使学生熟悉刚体建模、定义材料属性、施加驱动和约束及仿真分析、后处理等操作步骤，达到熟练掌握运用ADAMS进行刚体建模的水平。

其中，材料属性的定义和约束及驱动的施加、仿真分析及求解器的设置是本章的重点；

2、练习求解计算类型和后处理界面的相应操作，以及后处理的使用技巧、曲线编辑和仿真动画输出。

三、实验实训材料设备及条件

计算机（ProeSolidworksADAMS2012）

四、实验实训目标

1、学会用CAD三维软件创建一个简单机械模型并导入ADAMS软件中；

2、学生自选一种简单机械模型应用ADAMS软件进行刚体动力学仿真分析，并完成实验论文。

五、实验实训方法与步骤

5.1导入模型

步骤1：

鼠标双击桌面ADAMS/View图标，或者在开始菜单单击程序，再单击MSC.Software-ADAMS2012-Aview，系统弹出ADAMS2012界面。

在开始界面上单击NEWMODEL.系统弹出建立新模型对话框，如图所示。

在ModelName栏输入模型的名字model-crane，然后单击OK按扭，进入ADAMS2012界面

步骤2：

单击界面的File菜单，单击OpenDatebase，系统弹出提示菜单，单击NO关闭提示。

系统弹出打开新新模型对话框，打开文件夹下的tumtable文件，如图所示，找tumtable.bin文件双击，打开文件。

步骤3：

单击界面的实体显示图标和三维显示图标。

步骤4：

右键单击小齿轮，从弹出的快捷菜单中选择Delete选项，删除小齿轮。

步骤5：

单击界面的File菜单，系统展开菜单，单击import，弹出导入模型对话框，在对话框的FileType栏下拉列表中找到Parasolid选项，单击选中。

步骤6：

在FileToRead栏中右键单击鼠标找到cha-05目录下的tuentable文件夹，单击选中gear.-t文件，然后单击OK按钮，导入模型gear.x-t。

在FileToRead栏下拉列表选中ASCII项，在ModelName栏单击鼠标右键，依次选中Model-guesses-turntale，给导入的模型命名。

最后单击OK按钮完成齿轮模型的导入如图所示。

步骤7：

单击界面的File菜单，系统展开菜单，单击import，弹出导入模型对话框，在对话框的FileTyoe栏下拉列表中找到Parasolid选项，单击选中。

在FileToRead栏中右键单击鼠标找到cha-05目录下tumtable文件夹，单击选中box.x-t文件，然后单击OK按钮，导入模型box.x-t。

步骤8：

在FileType栏下拉列表中选中ADCII项，在ModleName栏单击鼠标右键依次选择Model-Guessed-uentable，给导入的模型命名，最后单击OK按钮完成箱体模型的导入。

步骤9：

移动小齿轮。

右键单击界面图标，从弹出的图标选项中选择图标A，在Relocatethe栏选择part，在其后的选项中右键单击OKpick，在选择PART6。

步骤:

10：

在Relativetothe栏后选择marker在其后的栏中右键单击选择pick，再选择PART6，

在Translate下方的空格中输入70，单击图标，是PART6沿着X轴方向移动70mm，

步骤11：

在Translate下方的空格中输入54，单击图标，是PART6沿着Y轴方向移动55mm，在Rotable下的空格中输入6，单击图标，是PART6，沿着X轴方向移动6度，单击Cose按钮关闭对话框。

5.2定义材料属性

步骤1:

单击ADAMS2012界面左端树结构下的Browse按钮，然后单击bodies按钮，系统展开吊车模型部件。

步骤2：

选择其中部件PART7键单击，选中Modify，如图所示，弹出修改模型对话框，在Category栏中选择MassProperties选项。

步骤3：

defineMassBy栏下拉列表选项中GeometryandMaterialType，在MaterialType栏单击鼠标右键，依次选择Material-Guesses-steel，定义了材料属性后界面将显示材料的密度，（Destiny），杨氏模量（Yong‘sMudulus）和泊松比（Possomm’sRatio），单击OK按钮完成梁部件材料属性定义，如图所示。

步骤4：

其他部件材料属性定义域部件材料属性定义步骤一样。

5.3重命名部件

步骤1：

鼠标右键单击部件或鼠标双击部件，在弹出的菜单中选择Rename，系统弹出修改模型名称对话框，在对话框中输入模型的名字，如定义吊车右端横梁Part2为rotate，如图所示。

步骤2：

模型中其他部件的命名方式和步骤与上一步一样，设置左端横梁Part3为shaff，Pa为big-gear，Part5为little-gear，Part7为plane。

Part8为box，如图所示

5.4 渲染模型和布尔运算

步骤1：

右键单击

以弹出的选项中选择Solid:

SoLD,然后单击右侧的箭头，从中rotate，选择Apparance,系统弹出渲染模型对话框。

在Color后的空白区域单击右键从弹出的选项中选择Color然后选择

Guesses,然后以中选择GREEN,单击OK按钮完成音B件的渲染。

步骤2：

其他部件的渲染，与上面相同，渲染过程请参照第一步，渲染后的模型如图所示。

单击Bodies下的布尔运算图标回，单击大齿轮biggear,然后单击轴shaft完成。

步骤3：

单击Bodies下的布尔运算图标

，单击大齿轮big-gear,然后单击轴shaft,完成布尔运算。

5.5 施加约束

1.创建固定副

步骤1：

转轮（rotate）与大齿轮（big-bear）之间固定连接。

鼠标单击固定副图标

弹出创建固定副对话框，如图所示。

在Construction下拉列表中选择2Bodies-l Location和NornalToGrid,在First下拉列表中选择PickBody，在Second下拉列表中选择PickBody。

步骤2：

单击转轮（rotate）,再单击大齿轮（big_bear），选择大齿轮（big_bearc作为固定连接点，单击重心，创建转轮（rotate）与大齿轮（big_bear）之间的固定连接副。

2.创建旋转副

步骤1：

旋转大齿轮（big_bear）与大地（ground）之间的旋转副。

鼠杨单击旋转副图材，弹出创|建旋转副对话框，如图所示。

在Construction下拉列表中选择2Bodies-1Location和Pick

GeometryFeature,在First下拉表中选择PickBody,在Second下拉

列表中选择PickBody.

步骤2：

单击大齿轮（big.bear）,再单击大地（ground）,选择MARKER38作为旋

转副连接点，单击重心，移动鼠标，当鼠标指针指向Z轴正方向时，单

击鼠标，创建大齿轮（big_bear）与大地（ground）之间的旋转副。

步骤3：

旋转小齿轮（little-bear）与大地（ground）之间的旋转副。

鼠杨单击旋

转副图标，弹出创建旋转副对话框。

在Construction下拉列表中选择

2Bodies-1Location和PickGeometry Feature,在First下拉列表

中选择 Pick Body,在Second下拉列表中选择Pick Body.

步骤4：

单击小齿轮（little_bear）,再单击大地（ground）,选择小齿轮的中心

（ittle _bear.cm）作为旋转副连接点，单击重心，移动鼠标，当鼠标

指针指向Z轴正方向时，单击鼠标，仓建小齿轮（litte-bear）与大地

（ground）之间的旋转副。

3.创建接触力

步骤1：

单击桌面Forces按钮，显示所有的约束力，单击SpcialForces其中

的图标，系统弹出创建接触力对话框。

步骤2：

在ISolid（s）后面的空白区域单击右键，从弹出的选项中选择Pick,移

动鼠柯至大齿轮处并单击左键。

步骤3：

:

单击Friction Force后的栏，从中选择Coulomb,在 Coulomb

Friction后选择On,在Static Coeffcient后输入0.3,在Static

Coefficient后输入0.1,在StictionTransitionVel.后输入0.1..

在FritionTransitionVel后输入10.

步骤4：

其余选项采用默认设置，单击OK按钮，完成接触的定义，如图所示。

4.柔性球铰

步骤1：

单击球铰图标

，弹出创建对话框。

在Construction下拉列表中

选择2Bod-1Loc和NormalToGrid.

步骤2：

单击旋转轮（rotate）,然后单击平板（plane）,移动鼠标指向平板的中心，

单击鼠标，完成球铰的创建。

步骤3：

单击球铰图标，弹出创建对话框。

在Construction下拉列表中选择2

Bod-1Loc和NormalToGrid.

步骤4：

单击旋箱体（box）,然后单击平板（plane）,移动鼠析指向籍体的中心，单

击鼠标，完成球铰的创建。

5.6施加驱动

步骤1：

单击放转驱动按钮，弹出创建驱动对语框，在Rot.Speed中采用默认设置，

单击旋转副Joint-2,创建旋转机构与大地之间的驱动。

步骤2：

右键单击旋转驱动按钮，从弹出的选项中选择Modify,弹出创建驱动对

话框，在对话栏中的Function中输入-300.0d*time.单击OK按钮，完成驱

动的创建。

5.7求解器设置

步骤1：

鼠杨单击菜单栏Settings,选择Solver,选择Display。

在弹出的对话框

的ShowMessages鼠标勾选No,在UpdateGraphics下拉列表中选择

Never,如图所示。

步骤2：

鼠材单击菜单栏Settings,选择Solver,选择Dymamic,系统弹出定义动

力学选项，如图所示，在Integrator下拉列表中选择WSTIFF,在Formulation

下拉列表中选择13，单击Close按钮完成求解器的设置。

5.8仿真

步骤1：

鼠标单击仿真按钮，弹出仿真对话框，如图所示。

仿真时间（EndTime）

设置为1s,仿真步长（StepSizes）设置为0.1，其余采用默认设置。

步骤2：

单击开始仿真按钮，,对模型进行一次1S的动力学仿真。

仿真结束后单

击按钮，将这一次的仿真保存为名为first的仿真，以备后处理。

步骤3：

单击菜单栏Settings,选择Solver,选择Dymamic,系统弹出定义动力学

选项，在Integrator下拉列表中，选择GSTIFF,在Formulation下拉

列表中，选择SI2,单击Close按钮完成求解器的设置。

步骤4：

再次单击仿真按钮，对模型进行一次1S的动力学仿真。

仿真结束后单

击按钮当，将这一次的仿真保存为名为second的仿真，以备后处理。

5.9后处理分析

步骤1：

单击仿真对话框中的后处理图标，打开后处理窗口。

步骤2：

在窗口的Source下拉列表中选择ResutSets,在Simulation中按住Ctr

键连续选中first和second,在ResultSet列表中选

big.gear,XFORM,Component列表中选择X.选中Surf复选框，即可显示接

触1在定义接触前后X方向位移的时域图，如图所示。

步骤3：

在窗口的Source下拉列表中选择ResultSets,在Simulation中按住Ctr1

键连续选中first和second,在ResultSet列表中选择

+CONTACT_1,Component列表中选择TY,选中Surf复选框，即可显示接触

副Y方向的力矩曲线，如图所示。

步骤4：

按照所示进行设置，选中Surf复选框，在界面上显示角加速度曲线，如图所示。

步骤5：

单击界面图标

，显示曲线的最大值和最小值以及其他的一些信息，如图所示。

实验三基于ADAMS刚-柔混合仿真分析实验

一、实验实训目标

1、掌握在ADAMS中直接生产柔性体的方法；

2、通过实例掌握掌握柔性体的生成及刚-柔耦合建模过程和仿真。

二、实验实训内容

1、通过一个钟摆机构刚体离散及动力学分析，使学生了解在一些需要考虑构件变形的特殊情况下，完全把模型当作刚性系统来处理还不能达到精度要求，必须把模型的部分构件做成产生变形的柔性体来处理；

2、练习简单的柔性体的生成及刚-柔耦合分析与刚形体分析，并对两种结果进行对比。

三、实验实训材料设备及条件

计算机（ProeSolidworksADAMS2012）

四、实验实训要求

1、学会用CAD三维软件创建一个简单机械模型并导入ADAMS软件中；

2、学生自选一种简单机械模型应用ADAMS软件进行刚体动力学仿真分析；

3、学生在掌握刚性体动力学仿真分析的基础上，应会利用ADAMS中刚-柔耦合分析去更贴近实际反映机械运动状态。

五、实验实训方法与步骤

5.1创建模型

步骤01定义新模型。

单击桌面快捷按钮

，系统弹出对面框，在ModelName中输入model_pendulum，在WorkingDirectory中双击左键，选择文件存储路径，如图5-1所示。

图5-1定义钟摆模型

步骤02单击OK按钮完成新模型的定义。

步骤03建立模型。

单击连杆按钮

，在弹出创建连杆对话框里设置连杆相应参数，如图5-2所示。

鼠标单击（0,0）点，移动鼠标当指向X轴正方向的时候，单击鼠标完成创建。

图5-2连杆创建示意图

步骤04创建球体。

单击连杆按钮，在弹出创建连杆对话框里设置连杆相应参数，鼠标单击连杆右端的Marker_2点，单击鼠标完成创建，如图5-3所示。

图5-3球杆创建示意图

5.2施加约束和驱动

步骤01创建旋转副。

单击旋转副按钮

，系统弹出创建旋转副对话框，左键分别单击连杆左端和大地，移动鼠标单击连杆的Marker_1点时，单击鼠标完成旋转副的创建，如图5-4所示。

图5-4连杆与大地旋转副创建示意图

按同样过程创建球体与连接之间的旋转副，如图5-5所示。

图5-5球杆与连杆旋转副创建示意图

步骤02创建驱动。

单击旋转驱动按钮，系统弹出创建旋转驱动对话框，在对话框中速度（speed）中输入360.0，移动鼠标单击连杆左端的旋转副（Joint_1），完成驱动的施加，如图5-6所示。

图5-5连杆与大地驱动创建示意图

步骤03设置驱动函数。

右键单击驱动，在弹出的菜单中选择Modify，弹出设置驱动函数对话框，并在Function中输入如图函数[step（time,0,0d,0.5,-90d）+tep（time,0.501,0d,1.0,-90d）+tep（time,1.01,0d,0.5,90d）+tep（time,1.501,0d,0.5,90d）+]，单击OK按钮完成驱动函数定义，并在JointMotion对话框中单击OK，完成驱动定义，如图5-6所示。

图5-6设置驱动函数

5.3仿真

步骤01仿真。

单击仿真按钮

，按如图5-7设定参数，单击开始仿真按钮

，系统自动进行动力学仿真。

图5-7仿真

步骤01保存仿真。

单击仿真界面的保存仿真按钮

，弹出对话框，在对话框中输入rigid_sim，如图5-8所示。

图5-8保存刚性体仿真

5.4创建柔性离散连杆

步骤01离散连杆。

单击按钮

，在Name中输入liangan，如图设置参数，并在Marker1栏单击鼠标右键，在弹出的选项中选择Marker，再选择Pick，移动鼠标找到连杆左端的Marker_1，单击选中，按同样办法确定Marker2对应点连杆右端的Marker_2。

图5-8离散连杆创建示意图

步骤02删除刚性连杆。

在连杆上单击鼠标右键，在弹出的列表中单击Delet，完成删除工作。

5.5创建刚-柔体间的约束和驱动

步骤01创建旋转副。

单击旋转副按钮

，系统弹出创建旋转副对话框，左键分别单击连杆liangan_elem1和大地，移动鼠标单击连杆的liangan_elem1Marker_1点时，单击鼠标完成旋转副的创建，如图5-9所示。