Ansys 第17例連桿機構運動分析實例—曲柄滑塊機構 下載本文

第17例連桿機構運動分析實例—曲柄滑塊機構

本例介紹了利用ANSYS對連桿機構進行運動學分析的方法、步驟和過程,并使用解析解對有限元分析結果進行了驗證,著重介紹了曲柄滑決機構模型的創建,以及約束的施加方法,介紹了三維鉸鏈單元COMBIN7的使用方法。

17.1 概述

本例用ANSYS的瞬態動力學分析方法對連桿機構進行運動學分析,分析過程與普通的瞬態動力學分析基本相同,其關鍵在于對MPC184單元的創建,現在此簡單介紹。MPC184為多點約束單元,可以用于結構動力學分析,以及用于模擬剛性桿、剛性梁、滑移、銷軸、萬向接頭等約束,由KEYOPT(1)決定。當KEYOPT (1) =6時,為銷軸單(MPC184-Revolute)。MPC184-Revolute單元有兩個節點I和J,每個節點有6個自由度UX、UY、 UZ、ROTX、ROTY、ROTZ,支持大變形。在創建MPC184-Revolute單元時,要為單元指定REVOLUTE JOINT類型的截面,在截面屬性中指定各節點的局部坐標系。銷軸將在局部坐標系的原點處創建,轉軸由單元選項KEYOPT (4)確定,節點I和J應該在被連接的單元上。

提示:本分析必須將大變形選項打開。

17.2問題描述及解析解

圖17-1所示為一曲柄滑塊機構, 曲柄長度R=250mm,連桿長度L=620mm,偏距e=200mm,曲柄為原動件,轉速為n1=30r/min,求滑塊3的位移S3、速度V3和加速度a3隨時間的變化情況。

根據機械原理的知識,該問題的解析解十分復雜,使用不太方便。本例用圖解法解決問題,由于過程比較煩瑣,而且只是為了驗證有限元解的正確性,所以關于滑塊3的位移S3、速度V3和加速度a3隨時間,變化情況的圖形沒有必要給出。在這里只求解了以下數據:

滑塊的行程H=535.41mm。

圖17-1曲柄滑塊機構

機構的極位夾角為θ=19.43°,于是機構的行程速比系數為

180°+θK==1.242 180°?θ

由于機構一個工作循環周期為T=n=2s,所以機構工作行程經歷的時間為

1

60

T1=

KT=1.108s K+1空回行程經歷的時間為T2=T?T1=0.892s

17.3分析步驟

17.3.1改變任務名

拾取菜單Utility Menu→Change Jobname,彈出如圖17-2所示的對話框,在“[/FILNAM]”文本框中輸入EXAMPLE17,單擊“OK”按鈕。

圖17-2改變任務名對話框 17.3.2 定義參量

拾取菜單Utility Menu→Parameters→Scalar Parameters,彈出如圖17-3所示

的對話框, 在“Selection”文本框中輸入P1=3.1415926, 單擊“Accept”按鈕; 再在“Selection”文本框中依次輸入R=0.25(曲柄長度),L=0.62(連桿長度),E=0.2(偏距),OMGAl=30(曲柄轉速),T=6/OMGA1(曲柄轉動一周所需的時間,單位為S),FI0=ASIN(E/(R+L), AX=0, AY=0(鉸鏈 A坐標), BX=R*COS(FI0), BY=-R*SIN(FI0)(鉸鏈B坐標),CX=(R+L)*COS(FI0),CY=-E(鉸鏈C坐標), 同時單擊“Accept”按鈕,最后單擊如圖17-3所示對話框中的“Close”按鈕。 17.3.3選擇單元類型

拾取菜單Main Menu→Preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete,彈出如圖17-4所示的對話框,單擊“Add?”按鈕,彈出如圖17-5所示的對話框,在左側列表中選“Constraint”,在右側列表中選“Nonlinear MPC 184”,單擊“Apply”按鈕,再在左側列表中選“Structural Beam”,在右側列表中選“2 node 188”,單擊“OK”按鈕,返回到如圖17-4所示的對話框,在列表中選擇“Type 1 MPC184”,單擊“Options”按鈕,彈出如圖17-6所示的對話框,選擇“K1”為“Revolute”(銷軸單元),單擊“Ok”按鈕,彈出如圖l7-7所示的對話框,選擇“K4”為“Z-axis revolute”(轉軸方向), 單擊 “Ok”按鈕,最后單擊如圖17-4所示對話框中的“Close”按鈕。

圖17-3參量對話框

圖17-4單元類型對話框

圖17-5單元類型庫對話框

圖17-6單元選項對話框

圖17-7單元選項對話框 17.3.4定義村料模型

拾取菜單Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models,彈出如圖17-8所示的對話框,在右側列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”,彈出如圖17-9所示的對話框,在“EX”文本框中輸入2e11(彈性模量),在“PRXY”文本框中輸入0.3(泊松比), 單擊“OK”按鈕;再拾取如圖17-8所示對話框右側列表中,Structural”下的“Density”,彈出如圖17-10所示的對話框,在“DENS”文本框中輸入;le-14(密度,近似為0,即不考慮各桿的慣性力),單擊“OK”按鈕,然后關閉如圖17-8所示的對話框。





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