曲柄滑块

第14章虚拟样机设计和试验分析实例14．1 曲柄滑块机构分析图14—1所示为某机器的曲柄滑块机构，圆盗1以n＝60r／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7．8×10-3kg／cm3；连杆2长度L＝1100mm，宽度w＝150mm，厚度δ＝50mm，质量Q＝65kg，惯性矩Ixx＝0.132kg·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。

试进行以下的建模和分析：1)确定滑块酌位置、速度和加速度。

2)裁荷F=l00kN时，确定所需的圆盘驱动力矩;3)设置驱动力矩，测量滑块的位置和速度。

4)对曲柄滑块机构进行参数化建模。

5)对曲柄滑块机构进行设计研究，考虑不同的圆盘半径R及以及B点的位置，分别取B点到圆心A点的距离=200、250、300、350、400mm，圆盘半径R比B点到圆心A点的距离大50mm，确定所需的圆盘驱动力矩，滑块的位置和速度。

14．11启动ADAMS／View程序1)在Windows NT的Start菜单，选择Program，再选择ADAMSl0.0，然后选择Aview，最后选择ADAMS—View，启动ADAMS／View程序。

2)在欢迎对话框，选择Crate a new model项；在模型名称栏输入Pistonpump；重力设置选择Earth Norma1参数；单位设置选择MKS系统(M，KG，N，SEC，DEG，H).3)选择OK按钮。

14.12检查和设置建模基本环境(1)检查默认单位系统在Settings菜单选择Units命令，显示单位设置对话框当前的设置应该为MKS系统(M，KG，N，SEC，DEG , H).(2)设置工作栅格1)在settings菜单，选择working Grid命令．显示设置工作栅格对话框。

2)设置：Size＝2.0， Size Y=l.0， Spcaing X＝0.05， Show Working Grid＝on。

3)选择0K按钮。

(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。

(4)设置图标在Settings菜单，选择Icons命令，显示图标设置对话框：在New size 栏输入0.1;选择OK按钮。

(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；选择0K按钮。

(6)按F4键，显示坐标窗口。

(7)设置ADAMS默认存盘目录。

假设默认存盘目录为d:/ADAMS，则：在File菜单，选择select Directory栏，显示寻找目录对话框：输入d：／ADAMS：选择OK按钮。

14.1.3 几何建模1)定义连接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Add toGround，Don‘t attach.；按表14—1所示的坐标，分别定义A、B、C点。

2)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New Part；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，或选择，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：0rientat50n：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_l，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0K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PART_1，再选择Rename，显示改名对话框；在New Name栏，将Part_1改为wheel，选择0K按钮。

7)设置圆盘物理性质。

在圆盘处，显示弹出式菜单，选择wheel，再选择Modify，显示修改对话框；在Mass＆Inertia defined by栏，选择Geometry and Density在Density 栏，输入7800：选择Apply，然后选择Show calculated inertia，查看在当前的材料密度下，圆盘的质量和转动惯量；选择OK按钮。

(3)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New Part；Width＝ON，Width＝O.15；Depth＝ON，Depth＝0.053)选择POINT_2点为起始绘图点，拖动鼠标到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PART_1，再选择Rename，显示改名对话框；在New Name栏，将PART_l改为handle，选择0K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Mass＆Inertia defined by栏，选择User Input;输入；Mass＝65，Ixx＝O.132，Iyy＝6.8，Izz＝6．91;选择0K按钮。

(4)滑块几何建模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：New Part，Depth＝0N，Depth＝0.3。

3)选择点(1.15，—0.15，0)为起始绘图点，拖动鼠标到点(1.55，O.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New Name栏，将PART_1改为piston，选择OK按钮。

6)设置滑块物理性质。

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Mass＆Inertia defined by栏，选择Geometry and Material type；在Density栏，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0K按钮，输入黄铜材料；选择Apply，然后选择Show calculated inertia，观察在黄铜材料下，滑块的质量和转动惯量：选择OK按钮。

14.1.4施加约束和力(1)施加铰接副如图14—1所尔，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，Normal To Grid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2Bod—Loc，NormaI To Grid：依次选择：圆盘、连杆、P01NT_2，完成设置。

3)添加连杆与滑块铰接副。

连接工具集，选择铰接副：在参数设置栏，选择2Bod-1 Loc, Normal to_Grid;依次选择:连杆,滑块,POINT_2,完成设置.(2)仿真观看当前模型的运动情况1)在主工具抵选择仿真工具。

2)在主工具箱参数设置栏，选择Dynamic，取End Time=5.0，Steps＝200。

3)选择，开始仿真分析.4)如果需要，可以选择回放工具，重新观看仿真过程(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2Bod—1Loc，Pick Feature。

3)依次选择：滑块、地面、POINT_3、点(0.18，0，0)(定义方向)，完成设置。

(4)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Set up栏，输入360；选择JOINT_1，完成转速设置。

(5)施加滑块作用力F1)定义力的作用点。

在主工具箱的几何建模工具集，选取定义点工具；选择参数：Add to Ground，Don’t attach：选择点(1.55，0，0)，定义点POINT_4。

2)在主工具箱的力工具集，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=Space Fixed；Construction＝Pick Feature；Characteristic＝Custom。

4)依次选择：滑块、点P0INT_4(1.55，0，0)和(O．18，0，0)；设置力FORCE_1,同时显示修改力对话框。

5)在修改力对话框,定义F(time, ) ＝SIGN (10000,一VX(.pistonpump.piston.MAR_4));选择OK按钮，完成设置。

在力表达式中，SIGN()为符号函数，VX()为X方向速度； .pistonpump．piston．MAR_4为滑块上的一个标记，是力作用I点。

可以通过FORCE_1处的弹出式菜单，选择FORCE_1和info，通过信息窗口了解力FORCE_1的有关信息。

(6)保存曲柄滑块机构模型在File菜单，选择save Database。

当前模型的轴测视图如图14—2所示。

14.1.5对曲柄滑块机构进行仿真分析(1)仿真分析1)在主工具箱，选择仿真工具；在主工具箱参数设置栏，选择Dynammic,取End Time＝2.5，Steps＝200。

2)选择，开始仿真分析.(2)如果需要,可以选择回放工具，回放仿真过程.14.1.6仿真分析后处理(1)启动ADAMS／Post Processor 在主工具箱，选择，显示ADAMS／PostProcessor 程序界面。

(2)设置视窗布置在主工具条，用右键选择视窗布置工具集，选择图标,设置3个视窗。

(3)重现仿真过程1)激活左边的屏幕视窗，将鼠标置于视窗上，用鼠标右键打开弹出式菜单：2)选择load Animation命令，调入ADAMS／View的仿真计算结果，可以在屏幕上看见已经调入的曲柄滑块机构，如图14—3所示:图14—3 后处理程序界面13)在控制区，根据需要进行各种方式的回放。