ansys 第17例连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构

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1、第17例连杆机构运动分析实例—曲柄滑块机构本例介绍了利用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，着重介绍了曲柄滑决机构模型的创建，以及约束的施加方法，介绍了三维铰链单元COMBIN7的使用方法。17.1概述本例用ANSYS的瞬态动力学分析方法对连杆机构进行运动学分析，分析过程与普通的瞬态动力学分析基本相同，其关键在于对MPC184单元的创建，现在此简单介绍。MPC184为多点约束单元，可以用于结构动力学分析，以及用于模拟刚性杆、刚性梁、滑移、

2、销轴、万向接头等约束，由KEYOPT(1)决定。当KEYOPT(1)=6时，为销轴单(MPC184-Revolute)。MPC184-Revolute单元有两个节点I和J，每个节点有6个自由度UX、UY、UZ、ROTX、ROTY、ROTZ，支持大变形。在创建MPC184-Revolute单元时，要为单元指定REVOLUTEJOINT类型的截面，在截面属性中指定各节点的局部坐标系。销轴将在局部坐标系的原点处创建，转轴由单元选项KEYOPT(4)确定，节点I和J应该在被连接的单元上。提示：本分析必须

3、将大变形选项打开。17.2问题描述及解析解图17-1所示为一曲柄滑块机构，曲柄长度R=250mm，连杆长度L=620mm，偏距e=200mm，曲柄为原动件，转速为n1=30r/min，求滑块3的位移S3、速度V3和加速度a3随时间的变化情况。根据机械原理的知识，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，由于过程比较烦琐，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和加速度a3随时间，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

4、.41mm。图17-1曲柄滑块机构机构的极位夹角为θ=19.43°，于是机构的行程速比系数为K=180°+θ180°-θ=1.242由于机构一个工作循环周期为T=60n1=2s，所以机构工作行程经历的时间为T1=KK+1T=1.108s空回行程经历的时间为T2=T-T1=0.892s17.3分析步骤17.3.1改变任务名拾取菜单UtilityMenu→ChangeJobname，弹出如图17-2所示的对话框，在“[/FILNAM]”文本框中输入EXAMPLE17，单击“OK”按钮。图17-2改变

5、任务名对话框17.3.2定义参量拾取菜单UtilityMenu→Parameters→ScalarParameters，弹出如图17-3所示的对话框，在“Selection”文本框中输入P1=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），OMGAl=30（曲柄转速），T=6/OMGA1（曲柄转动一周所需的时间，单位为S），FI0=ASIN(E/(R+L),AX=0,AY=0(铰链A坐

6、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，最后单击如图17-3所示对话框中的“Close”按钮。17.3.3选择单元类型拾取菜单MainMenu→Preprocessor→ElementType→Add/Edit/Delete，弹出如图17-4所示的对话框，单击“Add…”按钮，弹出如图17-5所示的对话框，在左侧列表中选“Constraint”，在右侧列表中选“Non

7、linearMPC184”，单击“Apply”按钮，再在左侧列表中选“StructuralBeam”，在右侧列表中选“2node188”，单击“OK”按钮，返回到如图17-4所示的对话框，在列表中选择“Type1MPC184”，单击“Options”按钮，弹出如图17-6所示的对话框，选择“K1”为“Revolute”（销轴单元），单击“Ok”按钮，弹出如图l7-7所示的对话框，选择“K4”为“Z-axisrevolute”（转轴方向），单击“Ok”按钮，最后单击如图17-4所示对话框中的“Cl

8、ose”按钮。图17-3参量对话框图17-4单元类型对话框图17-5单元类型库对话框图17-6单元选项对话框图17-7单元选项对话框17.3.4定义村料模型拾取菜单MainMenu→Preprocessor→MaterialProps→MaterialModels，弹出如图17-8所示的对话框，在右側列表中依次拾取“Structural”、“Linear”、“Elastic”、“Isotropic”，弹出如图17-9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