Ansys 第17例连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构

University of Shanghai for Science and Technology 《有限元法》课程作业任课教师：学生姓名：学号:时间：目录一.问题描述与分析…………………………………………………………………..二. ANSYS 操作过程与方法................................................................ 1.定义工作文件名和工作标题..................................................................... 2.定义参量....................................................................................................... 3.选择单元类型.............................................................................................. 4.定义材料模型............................................................................................... 5.定义实常数................................................................................................... 6.创建节点........................................................................................................ 7.指定单元属性................................................................................................ 8.创建铰链单元................................................................................................. 9.指定单元属性.................................................................................................. 10.创建梁单元，用来模拟各个杆.............................................................. 三.有限元分析......................................................................................... 1.指定分析类型............................................................................................................. 2.打开大变形选项............................................................................................................... 3.确定载荷步时间和时间步长.......................................................................................... 4.确定数据库和结果文件中包含的内容........................................................................... 5.设定非线性分析的收敛值............................................................................................ 6.施加约束........................................................................................................................... 7.求解................................................................................................................................ 8.定义变量......................................................................................................................... 9.对变量进行数学操作.................................................................................................... 四.结果和课程总结. (3)4 4 456 678 89 91010 10 11 12 12 13 14 14 15 16一.问题描述与分析:背景：从大二以来经常有接触连杆机构，也一直很想定性的了解曲柄滑块机构中滑块的速度-时间变化曲线。

5.6 ADAMS/View应用实例下面是一个应用ADAMS/View进行动力学建摸和仿真的实例。

在本实例中，将采用ADAMS/View的交互式建摸方式，依次进行几何建摸、添加约束和施加受力，最后对建立好的模型进行动力学仿真。

5.6.1 几何建摸本例是一个空间曲柄滑块机构推动小球使之与球瓶发生碰撞的例子，所包含的物体包括平台、曲柄、连杆、滑块、小球和球瓶，如图5-64所示。

图5-65 物体组成1. 平台建摸在本例中，用以作为机架的平台是一个立方体，其建模过程如下。

（1）工作栅格间距。

为了交互式建摸自动捕捉数据更准确，将ADAMS工作栅格的x 和y方向间距从默认值50mm改为10mm，如图5-65所示。

图5-65 修改工作栅格间距图5-66立方体参数（2）在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮（默认值是连杆工具）展开所有的几何建模工具（Rigid Body ）图标，点击立方体（Box ）建摸工具按钮，则在主工具箱的下半部分会出现是否指定立方体长宽高的三个数据编辑框，选中宽度（Depth ）选项，填入数值40.0cm ，将立方体的宽度定为40cm ，如图5-66所示。

（3）通过以下菜单路径打开坐标窗口：View —>Coordinates Window ，然后在主窗口栅格上的坐标（－650，0，0（mm ））附近按下鼠标右键，出现坐标输入窗口，如图5-67所示，在其中输入坐标（－650.0, 0.0, －200.0），点击“Apply ”按钮确定立方体左角点；继续在主窗口栅格上坐标（300，0，0（mm ））附近按下鼠标右键，输入坐标（300.0, －20, －200.0），点击“Apply ”按钮确定立方体右角点并建立立方体模型，如图5-68。

在本例中，此立方体模型作为机构支撑平台使用。

图5-68 平台模型2. 小球建摸图5-67 立方体左角点坐标和右角点坐标（1） 在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮，展开所有的几何建模工具（Rigid Body ）图标，点击球体（Sphere ）建摸工具按钮，然后在主窗口栅格上的坐标（－70，30，0（mm ））处按下鼠标左键，拖动鼠标至坐标（－70，0，0（mm ））处松开左键，建立完成小球模型，如图5-69。

曲柄导杆滑块等机构测试仿真实验报告一、实验目的本次实验的目的是对曲柄导杆滑块等机构进行测试仿真，通过实验数据分析，掌握该机构的运动规律和特性，为机构设计和优化提供参考。

二、实验原理曲柄导杆滑块等机构是一种常见的机械传动装置，其主要由曲柄、连杆、导杆和滑块等部件组成。

在运动过程中，曲柄带动连杆运动，使导杆产生往复直线运动，从而驱动滑块完成工作。

三、实验器材本次实验所使用的器材包括：计算机、SolidWorks软件、Matlab软件。

四、实验步骤1.建立曲柄导杆滑块等机构三维模型利用SolidWorks软件建立曲柄导杆滑块等机构三维模型，并进行参数设置和装配。

2.进行运动分析利用SolidWorks Motion模块对该机构进行运动分析，并得出相关数据。

3.进行力学分析利用Matlab软件对该机构进行力学分析，并得出相关数据。

4.比较分析结果将两种分析方法得到的数据进行比较和分析，掌握该机构的运动规律和特性。

五、实验结果1.运动分析结果通过SolidWorks Motion模块对该机构进行运动分析，得到以下数据：曲柄转角：0~360度连杆长度：50mm导杆长度：100mm滑块位置：-50~50mm2.力学分析结果通过Matlab软件对该机构进行力学分析，得到以下数据：曲柄转角：0~360度连杆角度：0~180度导杆速度：0~10m/s滑块加速度：-10~10m/s^23.比较分析结果通过比较两种分析方法得到的数据，可以发现该机构的运动规律和特性与曲柄转角有关，当曲柄转角为180度时，导杆速度最大；当曲柄转角为90或270度时，滑块加速度最大。

此外，连杆角度与导杆速度呈正比关系。

六、实验结论通过本次实验可以得出以下结论：1.曲柄导杆滑块等机构的运动规律和特性与曲柄转角、连杆角度等参数有关。

2.该机构在不同工况下具有不同的性能表现，需要根据具体情况进行优化设计。

3.利用SolidWorks Motion模块和Matlab软件可以对该机构进行运动分析和力学分析，为机构设计和优化提供参考。

机械工程郑佳文学号：1508520102 任务：根据杆长判断机构类型，模拟仿真曲柄滑块机构运动，并绘制滑块速度及加速度图像。

源代码：clear allclcl1=4,l2=10,e=0,w1=10;if(e==0) & (l1>l2)% load handel% sound(y,Fs)disp('当e=0时,l1需小于l2。

不满足杆长条件，请重新输入l1,l2,e的值')elseif((e~=0)&(l1+e>l2))% load handel% sound(y,Fs)disp('当e~=0时,l1+e需小于l2。

不满足杆长条件，请重新输入l1,l2,e的值') elseendfai=linspace(0,2*pi);for i=1:10:length(fai)JGT2(fai(i),l1,l2,e,w1)end%%%%%%%%%%%计算滑块速度并绘制图像figure (2)fai=0:0.01:2*pi;v=-l1.*sin(fai).*w1-(l2^2-(l1.*sin(fai)-e). ^2).^(-0.5)*(l1^2).*(l1.*sin(fai)-e).*sin(f ai).*cos(fai).*w1;plot(fai,v,'-b')title('滑块角度-速度图像')xlabel('角度\phi/°')ylabel('速度/m/s')figure (3)A=- l1.*cos(fai) -(l1^2.*cos(fai).^2)./(l2^2 - (e -l1.*sin(fai)).^2).^(1/2) - (l1.*sin(fai).*(e - l1.*sin(fai)))./(l2^2 - (e -l1.*sin(fai)).^2).^(1/2) ...- (l1^2.*cos(fai).^2.*(e -l1.*sin(fai)).^2)./(l2^2 - (e -l1.*sin(fai)).^2).^(3/2);plot(fai,A,'-b')title('滑块角度-加速度图像')xlabel('角度\phi/°') ylabel('速度/m/s')结果图：-22468101214滑块位移图像角度φ/°滑块位移/m01234567滑块角度-速度图像角度φ/°速度/m /s01234567-6-5-4-3-2-10123滑块角度-加速度图像角度 /°速度/m /s。

连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构15例第][本例提示对连杆机构进行运动学分析的方法、步骤和过程，并使用解介绍了利用ANSYS析解对有限元分析结果进行了验证。

着重介绍了曲柄滑块机构模型的创建以及约束的施加方法，介绍了三维铰链单元COMBIN7的使用方法。

15.1 概述其关键在本分析仍然属于瞬态动力学分析，分析过程与普通的瞬态动力学分析基本相同。

COMBIN7的创建，现在此简单介绍。

于三维铰链单元COMBIN7图三维铰链单元15-1、用以定义和JCOMBIN7单元属于三维单元，有5个节点，分别是活跃节点I三维铰链LINK 并且分属于和J应该位置重合，活跃节点L和M（图15-1）。

I控制节点铰链轴的节点K、没有定义，则铰链轴为全球笛卡尔是一个单元或单元集合。

如果节点K和AB，LINK A和B z轴。

坐标系的帮助文档。

单元的进一步内容请参阅三维铰链COMBIN7ANSYS另外，本分析必须将大变形选项打开。

问题描述及解析解15.2=250 所示为一曲柄滑块机构，曲柄长度R图15-2，曲柄为e=200 mm、偏距=620 、连杆长度mmLmm 曲柄滑块机构15-2 图153例第15 连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构随时间变化情况。

、加速度a，求滑块3的位移s、速度vn原动件，转速为=30 r/min3313[5][6]，该问题的解析解十分复杂，使用不太方便。

本例用图解法解决根据机械原理的知识的位移3问题，由于过程比较繁琐，而且只是为了验证有限元解的正确性，所以，关于滑块变化情况的图形没有必要给出。

在这里只求解了以下数据：ts、速度v、加速度a随时间333。

滑块的行程H=535.41 mm??180?。

由于机构=19.43°，于是机构的行程速比系数机构的极位夹角为θ242.K??1???180K60空回，s一个工作循环周期为s，所以机构工作行程经历的时间108T?1T?.2?T?11?Kn1 s。

2023年第47卷第6期Journal of Mechanical Transmission基于Ansys Workbench的研磨仪连杆优化设计况驰1,2李晶2胡俊峰1李卉2（1 江西理工大学机电工程学院，江西赣州341000）（2 广东顺德创新设计研究院，广东佛山528311）摘要为解决现有研磨仪连杆在设计使用年限内出现断裂失效的问题，对连杆进行了结构优化设计。

首先，对连杆所属曲柄滑块机构进行动态静力分析，求解出连杆在1个运动周期内受到的外力，以此作为后续连杆强度分析的理论依据；其次，使用Ansys Workbench完成连杆的静力学强度分析和疲劳强度分析，确定连杆失效是由于疲劳强度不足造成的；最后，以连杆质量最轻为优化目标，以满足疲劳强度要求为约束条件，使用响应面法对连杆进行优化设计。

优化设计确定了合适的过渡圆角半径、薄端圆环厚度和杆身宽度。

仿真结果表明，优化后连杆受到的极限拉伸等效应力最大值降低了58.7%，疲劳寿命增加了1.4倍，能够满足使用要求。

关键词连杆曲柄滑块机构动态静力分析有限元分析响应面优化设计Optimal Design of the Connecting Rod of Vibration Grinding Mills Based onAnsys WorkbenchKuang Chi1,2Li Jing2Hu Junfeng1Li Hui2(1 School of Mechanical and Electrical Engineering, Jiangxi University of Science and Technology, Ganzhou 341000, China)(2 Guangdong Shunde Innovative Design Institute, Foshan 528311, China)Abstract In order to solve the problem of fracture failure of the existing vibration grinding mill connecting rod within the design service life, the structural optimization design of the connecting rod is proposed. Firstly, the kineto-static analysis is used to solve the external force applied to the crank-slider mechanism in one motion cycle, which is used as the theoretical basis for the subsequent strength analysis. Secondly, Ansys Workbench is used to complete the static strength analysis and fatigue strength analysis of the connecting rod. It is determined that the failure of the connecting rod is caused by insufficient fatigue strength. Finally, the response surface methodology is used to optimize the design of the connecting rod. The objective of the optimization is to minimize the mass of the connecting rod, and the optimized constraint is that the fatigue strength of the connecting rod meets the standard. This optimization design determines the appropriate transition fillet radius, thin end ring thickness and shaft width. The maximum tensile load equivalent stress of the optimized connecting rod is reduced by 58.7%, and the fatigue life is increased by 1.4 times. The optimized connecting rod meets the operation requirements.Key words Connecting rod Crank-slider mechanism Kineto-static analysis Finite element analy⁃sis Response surface optimization design0 引言广东顺德创新设计研究院为某公司研制了一款高通量研磨仪用于毛发研磨[1]。

平面17杆有限元ansys分析引言：ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。

由世界上最大的有限元分析软件公司之一的美国ANSYS开发，它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如Pro/Engineer, NASTRAN, Alogor, I－DEAS, AutoCAD等，是现代产品设计中的高级CAE工具之一。

摘要：利用ANSYS软件中的杆系结构静力分析功能,采用ANSYS的APDL语言完成了平面简单桁架的内力分析计算,其方法可用于解决其他类型桁架问题。

关键词：ansys 17杆件有限元分析现代设计方法1.指定分析标题目为分析的问题起一个名。

Utility Menu>File>Change Title 在弹出对话框中输出：17Truss (意为:17桁架), 按“OK”2.建立10个关键点, 形成单元。

先要确定各杆单元节点的坐标, 然后用直线联接起来, 组成杆件。

（Ansys中数据都无单位，故用户要自已确定单位）Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints >in Active CS, 弹出下示对话框。

输入关键点号和坐标值，按“Apply”。

所有关键点数据输完后按“OK”，屏幕上即显示上述关键点的位置和序号。

然后用直线连接这些点，组成桁架。

Main Menu>Preprocessor>Modeling>Create>Lines>Lines >in Active CS, 弹出下示对话框。

用光标点1，2点，连成直结，点“Apply”；用光标点1，3点，连成直结，点“Apply”；……；所有点连完后，点“OK”。

屏幕上显示桁架的图形。

然后点：File>Save as…,在弹出的对话框中输入文件名(1.db), 点“OK”，保存已建好的桁架图形。

第17例连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构本例介绍了利用ANSYS对连杆机构进行运动学分析的方法、步骤和过程，并使用解析解对有限元分析结果进行了验证，着重介绍了曲柄滑决机构模型的创建，以及约束的施加方法，介绍了三维铰链单元COMBIN7的使用方法。

17.1 概述本例用ANSYS的瞬态动力学分析方法对连杆机构进行运动学分析，分析过程与普通的瞬态动力学分析基本相同，其关键在于对MPC184单元的创建，现在此简单介绍。

MPC184为多点约束单元，可以用于结构动力学分析，以及用于模拟刚性杆、刚性梁、滑移、销轴、万向接头等约束，由KEYOPT(1)决定。

当KEYOPT (1) =6时，为销轴单(MPC184-Revolute)。

MPC184-Revolute单元有两个节点I和J，每个节点有6个自由度UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ，支持大变形。

在创建MPC184-Revolute单元时，要为单元指定REVOLUTE JOINT类型的截面，在截面属性中指定各节点的局部坐标系。

销轴将在局部坐标系的原点处创建，转轴由单元选项KEYOPT (4)确定，节点I和J应该在被连接的单元上。

提示：本分析必须将大变形选项打开。

17.2问题描述及解析解图17-1所示为一曲柄滑块机构，曲柄长度R=250mm，连杆长度L=620mm，偏距e=200mm，曲柄为原动件，转速为n1=30r/min，求滑块3的位移S3、速度V3和加速度a3随时间的变化情况。

根据机械原理的知识，该问题的解析解十分复杂，使用不太方便。

本例用图解法解决问题，由于过程比较烦琐，而且只是为了验证有限元解的正确性，所以关于滑块3的位移S3、速度V3和加速度a3随时间，变化情况的图形没有必要给出。

在这里只求解了以下数据：滑块的行程H=535.41mm。

图17-1曲柄滑块机构机构的极位夹角为θ=19.43°，于是机构的行程速比系数为K=180°+θ180°−θ=1.242由于机构一个工作循环周期为T=60n1=2s，所以机构工作行程经历的时间为T1=KK+1T=1.108s空回行程经历的时间为T2=T−T1=0.892s17.3分析步骤17.3.1改变任务名拾取菜单Utility Menu→Change Jobname，弹出如图17-2所示的对话框，在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE17，单击“OK”按钮。

机械原理课程机构设计实验报告题目：曲柄滑块机构的运动分析及应用小组成员与学号：刘泽陆(********)陈柯宇(11071177)熊宇飞(11071174)张保开(11071183)班级：1107172013年6月10日摘要 (3)曲柄滑块机构简介 (4)曲柄滑块机构定义 (4)曲柄滑块机构的特性及应用 (4)曲柄滑块机构的分类 (8)偏心轮机构简介 (9)曲柄滑块的动力学特性 (10)曲柄滑块的运动学特性 (11)曲柄滑块机构运行中的振动与平衡 (14)参考文献 (15)组员分工 (15)摘要本文着重介绍了曲柄滑块机构的结构，分类，用途，并进行了曲柄滑块机构的动力学和运动学分析，曲柄滑块机构的运动学特性分析，得出了机构压力表达式，曲柄滑块机构的运动特性分析，得出了滑块的位移、速度和加速度的运动表达式。

最后，对曲柄滑块机构运动中振动、平衡稳定性等进行了总结。

关键字：曲柄滑块动力与运动分析振动与平稳性ABSTRACTThe paper describes the composition of planar linkage, focusing on the structure, classification, use of a slider-crank mechanism and making the dynamic and kinematic analysis, kinematics characteristics of the crank slider mechanism analysis for a slider-crank mechanism, on one hand , we obtain the drive pressure of the slider-crank mechanism ,on the other hand,we obtain the expression of displacement, velocity and acceleration of movement. Finally, the movement of the vibration and balance stability of the crank slider mechanism are summarized.曲柄滑块机构简介曲柄滑块机构定义曲柄滑块机构是铰链四杆机构的演化形式,由若干刚性构件用低副(回转副、移动副)联接而成的一种机构。

曲柄滑块机构建模与仿真曲柄滑块机构建模与仿真一软件介绍机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)软件是集成建模求解，可视化技术一体的运动仿真软件，是当前世界上使用范围最广，最负盛名的机械系统动力学仿真分析平台。

简称ADAMS。

该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。

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。

它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。

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。

它分为四个模块：ADAMS/VIEW,ADAMS/Solver，ADAMS/Postprocessor以及ADAMS/Insight。

二几何模型建立建立一个偏置滑块机构，滑块在驱动力的作用下推动滑块运动，滑块曲柄力的作用下做往复运动。

主动杆长度为100mm,偏心距e=60mm，从动杆长300mm；w=3600r/min，两杆的截面尺寸为10mm*25mm,滑块长100mm，底面直径为80mm。

所有构件的材料为铸钢，密度为7800Kg/m3,弹性模量为E=2.02*105MPa,泊松比u=0.3。

1.设置建模环境双击Adams -View图标，启动Adams View程序，建立一个New model，输入Model Name，重力设置选择Earth Normal参数；选择系统默认的工作单位MMKS系统，进入到软件界面，在settings菜单里选择栅格间距及大小，间距设定为10mm。

例：一、曲柄滑块机构1．连杆1—500*10*20的长方体，俩端倒R10及￠10*2孔如图：2．连杆2---20*10*80的长方体，俩端倒R10，凸台2-￠10*10（高10）如图：3．连杆3---200*10*20的长方体，俩端倒R10及￠10*2孔如图：4．滑块—50*40*30的长方体，30*40的面上放置腔槽20*10*50；40*50的面上放置￠10*高10的凸台如图二、装配。

新建部件文件，注意单位mm三、动画1．应用—运动--- 方案浏览器–master –右键---新方案—取消连杆/刚体--定义连杆，连杆1固定，依次定义序号为001到004，每次选“应用”最后“取消”2．运动副—旋转副—第一连杆选连杆1/ 过滤器选点（圆心），再选矢量（+Y）/ 运动驱动选恒定的，速度给1000/第二连杆选连杆2/应用同理，运动副—旋转副—第一连杆选连杆2/ 过滤器选点（圆心），再选矢量（+Y）/ 运动驱动选否/第二连杆选连杆3/应用上图右同理，运动副—旋转副—第一连杆选连杆3/ 过滤器选点（圆心），再选矢量（+Y）/ 运动驱动选否/第二连杆选滑块/应用3．滑块的运动运动副—滑动副—第一连杆选连杆1/ 过滤器选点（圆心），再选矢量（+X）/ 运动驱动选否/第二连杆选滑块/应用5．动画上图右时间，步数改好确定6．运动7．动画剪辑：方案浏览器—右击structures---输出—选格式MPEG---指定文件名---输入名—OK二、俩滑板的运动滑板---500*80*101．先装配好2．应用—运动--- 方案浏览器–master –右键---新方案—取消3．连杆/刚体—定义滑板1（固定）--应用--定义滑板2---应用上图右4．运动副—滑动副—第一连杆选滑板1/ 过滤器选点，再选矢量（X）/ 运动驱动选恒定的，速度给100---第二连杆选滑板2/应用5．动画时间，步数改好确定6．运动7．动画剪辑：方案浏览器—右击structures---输出—选格式MPEG---指定文件名---输入名—OKWelcome To Download !!!欢迎您的下载，资料仅供参考！。