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柔性连杆曲柄滑块机构动力学分析
发布部门:  发布时间: 2017-07-25  浏览次数: 378

实验项目名称

柔性连杆曲柄滑块机构动力学分析

项目介绍:

课程性质及背景:

本课程为机械制造及其自动化专业学生学习机械动力学技术的课程,使学生熟悉和掌握机械动力学分析中的先进理论方法,在理论基础上掌握采用计算机进行机械动力学分析的手段和方法,结合实际机构,通过上机操作,熟悉常见机构的运动分析和设计方法。

实验课程特点及必要性:

采用计算机建立机构的动力学模型过程更加直观、快速;

对于柔性效应显著的机械系统来说,利用计算机强大的计算能力,大大缩短了动力学分析计算过程;

项目目的:

1、在学习以刚体模型为特征的传统机械动力学理论方法的基础上,了解柔性效应对于机构定位、操作及运动稳定性的影响。

2、结合带有柔性连杆的曲柄滑块机构动力学分析过程,熟悉柔性连杆机构的动力学建模、计算过程。

面向理论课程:

机械动力学

面向专业:

机械设计制造及其自动化

仪器硬件设备及软件环境:

计算机网络教室,学校校园网,Hyperworks系列软件

实验项目功能及效果:

实验内容或任务:

1、读入曲柄滑块机构有限元模型:模型中已经对曲柄滑块机构进行网格划分,材料模型已经定义完成,其中连接曲柄和滑块的连杆材料为柔性材料,可以发生变形,机构中的其他零件均定义为刚体,不会发生变形。

2、确定刚性单元与约束关系:分析机架、曲柄、连杆、滑块之间的运动副形式和运动方向。

3、定义机构载荷形式:该实验中,主动件为滑块,为滑块施加指定的速度作为载荷。

4、设置求解参数

5、运行程序,查看分析结果,包括连杆的应力分布情况,以及在滑块的带动下,曲柄和连杆的位移变化情况。

实验内容或任务:

1、读入曲柄滑块机构有限元模型:模型中已经对曲柄滑块机构进行网格划分,材料模型已经定义完成,其中连接曲柄和滑块的连杆材料为柔性材料,可以发生变形,机构中的其他零件均定义为刚体,不会发生变形。

2、确定刚性单元与约束关系:分析机架、曲柄、连杆、滑块之间的运动副形式和运动方向。

3、定义机构载荷形式:该实验中,主动件为滑块,为滑块施加指定的速度作为载荷。

4、设置求解参数

5、运行程序,查看分析结果,包括连杆的应力分布情况,以及在滑块的带动下,曲柄和连杆的位移变化情况。

实验效果:


1、读入有限元模型(图1)

图1 曲柄滑块机构有限元模型

2、确定约束关系及连接关系

图2 连杆与曲柄、滑块连接部位的中心节点为自由节点,连接该节点与连杆两孔内壁节点的一维单元为刚性连接

图3 设置移动副类型,曲柄与机架之间的连接设置为旋转副(revolute joint),曲柄与连杆之间的连接为旋转副,连杆与滑块之间的连接为旋转副(translational joint),滑块与机架之间的连接为移动副。

3、定义载荷类型

图4 设置多体动力学分析参数

图5定义滑块的运动速度

4、设置求解参数

图6 定义求解单位

5、运行程序并查看结果

图7 程序运行过程

图8柔性连杆在某一时刻的应力分布结果

图9 某一时刻曲柄和连杆的位移分布情况

备注

要求学生有操作Hyperworks软件的能力



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