ANSYS连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构2.doc
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1、第15例 连杆机构运动分析实例曲柄滑块机构 165第15例 连杆机构运动分析实例曲柄滑块机构本例提示 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 概述图 15-1 三维铰链单元COMBIN7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。其关键在于三维铰链单元COMBIN7的创建,现在此简单介绍。三维铰链COMBIN7单元属于三维单元,有5个节点,分别是活跃节点I和J、用以定义铰链轴的节点K、控制节点L和M(
2、图15-1)。活跃节点I和J应该位置重合,并且分属于LINK A和B,LINK A和B是一个单元或单元集合。如果节点K没有定义,则铰链轴为全球笛卡尔坐标系的z轴。三维铰链COMBIN7单元的进一步内容请参阅ANSYS帮助文档。图 15-2 曲柄滑块机构另外,本分析必须将大变形选项打开。15.2 问题描述及解析解图15-2所示为一曲柄滑块机构,曲柄长度R=250 mm、连杆长度L=620 mm、偏距e=200 mm,曲柄为原动件,转速为n1=30 r/min,求滑块3的位移s3、速度v3、加速度a3随时间变化情况。根据机械原理的知识56,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
3、,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3的位移s3、速度v3、加速度a3随时间t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=535.41 mm。机构的极位夹角为=19.43,于是机构的行程速比系数。由于机构一个工作循环周期为 s,所以机构工作行程经历的时间 s,空回行程经历的时间 s。15.3 分析步骤15.3.1 改变工作名图 15-3 改变工作名对话框拾取菜单Utility MenuFileChange Jobname。弹出图15-3所示的对话框,在“/FILNAM” 文本框中输入EXAMPLE15,单击“Ok” 按钮。图 15-3 改变
4、工作名对话框15.3.2 定义参量图 15-4 参量对话框图 15-5 单元类型对话框拾取菜单Utility MenuParametersScalar Parameters。弹出图15-4所示的对话框,在“Selection” 文本框中输入PI=3.1415926, 单击“Accept” 按钮;再在“Selection” 文本框中依次输入R=0.25(曲柄长度)、L=0.62(连杆长度)、E=0.2(偏距)、OMGA1=30(曲柄转速)、T=60/OMGA1(曲柄转动一周所需时间,单位:s)、FI0=ASIN(E/(R+L)、AX=0、AY=0(铰链A坐标)、BX=R*COS(FI0)、BY=
5、-R*SIN(FI0) (铰链B坐标)、CX=(R+L)*COS(FI0)、CY=-E(铰链C坐标),同时单击“Accept” 按钮;最后,单击图15-4所示的对话框的“Close”按钮。15.3.3 创建单元类型图 15-6 单元类型库对话框拾取菜单Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete。弹出图15-5所示的对话框,单击“Add”按钮;弹出图15-6所示的对话框,在左侧列表中选“Combination”,在右侧列表中选“Revolute joint 7”, 单击“Apply” 按钮;再在左侧列表中选“Structural Beam”在
6、右侧列表中选“3D elastic 4”, 单击“Ok” 按钮;单击图15-5所示的对话框的“Close”按钮。15.3.4 定义材料特性图 15-7 材料模型对话框拾取菜单Main MenuPreprocessorMaterial PropsMaterial Models。弹出的图15-7所示的对话框,在右侧列表中依次双击“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”,弹出图15-8所示的对话框,在“EX”文本框中输入2e11(弹性模量),在“PRXY” 文本框中输入0.3(泊松比),单击“Ok” 按钮;再双击右侧列表中“Structural”下“De
7、nsity”,弹出图15-9所示的对话框,在“DENS”文本框中输入1e-14(密度。近似为0,即不考虑各杆的惯性力),单击“Ok” 按钮。然后关闭图15-7所示的对话框。图 15-8 材料特性对话框图 15-9 定义密度对话框15.3.5 定义实常数图 15-10 定义实常数对话图 15-11 选择单元类型对话框拾取菜单Main MenuPreprocessorReal ConstantsAdd/Edit/Delete。弹出图15-10所示的对话框,单击“Add”按钮,弹出图15-11所示的对话框,在列表中选择“Type 1 COMBIN7”,单击“Ok” 按钮,弹出图15-12所示的对话框
8、(注:图中对该对话框作了删节),在“K1”、“K2”、“K3”、“K4”文本框中分别输入1E9、1E3、1E3、0,单击“Ok” 按钮;返回到图15-10所示的对话框, 再次单击“Add”按钮,弹出图15-11所示的对话框,在列表中选择“Type 2 BEAM4”,单击“Ok”按钮,弹出图15-13所示的对话框(注:图中对该对话框作了删节),在“AREA”、“IZZ”、“IYY”、“TKZ”、“TKY”文本框中分别输入4E-4、1.3333E-8、1.3333E-8、0.02、0.02,单击“Ok” 按钮;返回到图15-10所示的对话框,单击“Close”按钮。图 15-12 设置实常数对话框
9、(1)图 15-13 设置实常数对话框(2)15.3.6 创建节点拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateNodesIn Active CS。弹出图15-14所示的对话框,在“NODE”文本框中输入1,在“X,Y,Z”文本框中分别输入AX,AY,0,单击“Apply” 按钮;在“NODE”文本框中输入2,在“X,Y,Z”文本框中分别输入BX,BY,0,单击“Apply” 按钮;在“NODE”文本框中输入3,在“X,Y,Z”文本框中分别输入BX,BY,0,单击“Apply” 按钮;在“NODE”文本框中输入4,在“X,Y,Z”文本框中分别输入CX,CY,0,
10、单击“Apply” 按钮;在“NODE”文本框中输入5,在“X,Y,Z”文本框中分别输入BX,BY,-1,单击“Ok” 按钮。图 15-14 创建节点的对话框15.3.7 指定单元属性拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsElem Attributes。弹出图15-15所示的对话框,选择下拉列表框“TYPE”为“1 COMBIN7”,选择下拉列表框“MAT”为“1”,选择下拉列表框“REAL”为“1”,单击“Ok”按钮。图 15-15 单元属性对话框15.3.8 创建铰链单元拾取菜单Main MenuPreprocessorModelin
11、gCreateElementsAuto NumberedThru Nodes。弹出拾取窗口,在拾取窗口的文本框中输入2,3,5,单击“Ok” 按钮,于是在节点2和3处(即B点)创建了一个铰链单元。15.3.9 指定单元属性图 15-16 瞬态分析选项对话框拾取菜单Main MenuPreprocessorModelingCreateElementsElem Attributes。弹出图15-15所示的对话框,选择下拉列表框“TYPE”为“2 BEAM 4”,选择下拉列表框“MAT”为“1”,选择下拉列表框“REAL”为“2”,单击“Ok”按钮。15.3.10 创建梁单元用来模拟各个杆,拾取菜单
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