1、机械动力学机械工程综合训练中心南京农业大学车辆动力学基础实 验 指 导 书姓名 班级 学号 南京农业大学工学院机械工程系机械设计教研室编2013年1月参考书目：ADAMS2005机械设计高级应用实例 郑凯等编 机械工业出版社ADAMS实例教程 李军等编 北京理工大学出版社ADAMS虚拟样机技术入门与提高 郑建荣编 机械工业出版社虚拟样机技及其在ADAMS的实践 王国强编 西北工业大学出版社实验一 曲柄滑块机构的动力学模拟一、实验目的1初步掌握多体动力学分析软件ADAMS中实体建模方法；2初步掌握ADAMS中施加约束和驱动的方法；3计算出在该驱动作用下滑块运动的位移、速度和加速度。二、实验设备和
2、工具1ADAMS软件；2CAD/CAM机房。三、实验原理按照曲柄滑块机构的实际工况，在软件中建立相应的几何、约束及驱动模型，即按照曲柄滑块机构的实际尺寸，建立曲柄、连杆和滑块的几何实体模型；把曲柄和连杆、连杆和滑块之间的实际连接简化成铰连接，滑块和滑道之间的连接简化成棱柱副连接，从而在软件中建立其连接副模型；把曲柄的驱动运动建立相应的驱动模型； 然后利用计算机进行动力学模拟，从而可以求得曲柄、连杆和滑块零件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，以及约束反力等一系列参数。四、实验步骤1. 启动ADAMS/View程序1.1 在windows XP的开始启动，选择所有程序，再选
3、择MSC.software，然后选择MSC.ADAMS2005中的Aview，启动ADAMS/View程序；1.2 在欢迎对话框，选择Create a new model 项；在模型名称栏输入pistonpump；重力设置选择Earth Normal参数；单位设置选择MKS系统（M，KG，N，SEC，DEG，H）；1.3 选择OK按钮。2. 检查和设置建模基本环境2.1 检查默认单位系统 在Settings菜单中选择Units 命令，显示单位设置对话框，当前的设置应该为M，KG，S系统。2.2 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；
4、（2）设置Size X=2.0， Size Y=1.0， Spacing X=0.05， Show Working Grid=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New Size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；选择OK按钮。2.6 设置ADAMS默认存盘目
5、录。在File菜单，选择Select Directory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；Add to Ground， Dont attach； 按照表1-1所示的坐标，分别定义A、B、C点。坐标点变量名XYZAPOINT_10.00.00.0BPOINT_20.30.00.0CPOINT_31.30.00.03.3 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New Part； Leng
6、th=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
7、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New Name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Define mass by 栏，选择Geometry and Density， Density栏，输入7800；选择OK按钮。3.4
8、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=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New Name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Define mass by 栏，选择User Input
9、；输入：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；（2）在参数设置栏，选择New Part； 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。
10、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Define mass by 栏，选择Geometry and Material Type；在Material Type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
11、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2-Bod-1Loc，Normal to Grid； 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。连接工具集，选择铰接副；在参数设置栏，选择2-Bod-1Loc，Normal to Grid； 依次选择：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；
12、（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。4.3 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，Pick Feature。（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Set up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：Add
13、 to Ground，Dont attach，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=Space Fixed； Construction=Pick Feature；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Save Database。当前模型的轴测视图
14、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（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End Time=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CM Position，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CM Velocity，新建
15、测量速度；（5）重复上述步骤，将Characteristic设为CM Acceleration，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
16、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一、实验目的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。二、实验设备和工具1ADAMS软件；2CAD/CAM机房。三、实验原理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
17、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。四、实验步骤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=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2. 运行ADAMS2.1 通过开始程序菜单运行ADAMS2005，或直接双击桌面图标，运行AD
18、AMS2005；2.2 出现ADAMS界面，选择Create a new model；2.3 确认Gravity（重力）文本框中是Earth Normal(-Global Y),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Working Grid，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New Part。选中Length选项，输入45.0cm，
19、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Define mass by栏中选择User Input.，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
20、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Normal to Grid；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Velocity Initial Condit
21、ions；6.2 在Angular velocity about项选择Part CM；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
22、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End Time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:scht1transfer to full plot，如图2-7所示，在ADAMS/Postprocessor环境下绘制测量曲
23、线；10.2 选择plot Tracking 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五、思考题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End time和Steps分别表示什么含义？六、实验报告按照以下要求递交实验报告1建模要求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。2. 施加运动副和
24、驱动要求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。3. 模拟结果要求把摆臂的运动位移、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一、实验目的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。二、实验设备和工具1ADAMS软件；2CAD/CAM机房。三、实验原理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
25、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。四、实验步骤M：187.224KgK：5.0N/mmC：0.05N-sec/mmL0：400mmF0：0图3-1 弹簧阻尼器机构示意图1问题描述图3-1为弹簧阻尼器机构简图，M为振子，质量为187.
26、224kg；弹簧刚度K5N/mm，阻尼器阻尼为C0.05N/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ADAMS2.1 运行ADAMS2005，在欢迎界面中，选择Create a new model, Model name 输入spring_mass；2.2 确认Gravity（重力）文本框中是Earth Normal(-Global Y)，Units (单位)文本框中是MMKS(mm,kg,N,s,deg)。3. 建立几何模型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
27、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Define mass by 项为User Input，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Relocate the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
28、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
29、空载时长度为400mm，选择菜单栏中Tools菜单中的Measure distance,在测量对话框中First Marker Name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second Marker Name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
30、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Measure Name 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Measure modify，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.
31、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Measure name输入spring_displace, Characteristic 选择Deformation，建立空白的位移测量窗口；图3-8 弹簧力测量曲线6.5 选择工具箱中的仿真按钮，设置仿真时间End Time 为2，Steps为50，开始仿真，位移曲线如图3-9所示；图3-9 弹簧变形曲线图3-10 测量曲线参数设置6.6 在力测量曲线窗口空白处单击鼠标右键，选择plot: scht1-Transfer to full plot，切换到ADAMS/Postprocessor
