ANSYS连杆机构运动分析报告实例—曲柄滑块机构.doc

PAGE 158 ANSYS在机械工程中的应用25例 第15例 连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构 PAGE 159 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。 图 15-1 三维铰链单元COMBIN7 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（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。 图 15-2 曲柄滑块机构 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[5][6]，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，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θ=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 Menu→File→Change 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 改变工作名对话框 图 15-3 改变工作名对话框15.3.2 定义参量 图 15-3 改变工作名对话框 图 15-4 参量对话框图 15-5 单元类型对话框拾取菜单Utility Menu→Parameters→Scalar 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=-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” 图 15-4 参量对话框 图 15-5 单元类型对话框 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 Menu→Preprocessor→Element Type→Add/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。 图 15-6 单元类型库对话框 15.3.4 定义材料特性 图 15-7 材料模型对话框拾取菜单Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material 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