机械设计仿真软件ppt课件.ppt

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1、机械系统设计建模与仿真1教学安排计划学时48其中20学时实验教材：机械系统设计建模与仿真（兼上机实验指导书）张玉华主编上课时间：1~19周20周考试实验安排：实验1ADAMS基本操作第14周实验2几何建模与参数化第15周实验3机构约束与施加载荷第16周实验4编辑样机模型第17周实验5样机仿真分析第18周地点：机械楼2层CAD中心胡老师指导2上课要点上课精力集中，认真思考认真做好笔记，按时完成作业遵守课堂纪律（不迟到，不早退，不开手机）3第一章绪论1．1机械系统的设计1．2多刚体系统动力学1．3牛顿-欧拉方法1．4虚拟样机技术41．1机械

2、系统的设计机器传动机构零件单缸内燃机5牛头刨床机器传动机构零件6机器、机构、机械系统机构：是由两个以上具有相对运动的构件组成的系统，机构的作用在于传递运动或改变运动的形式。机器：是由若干机构组成的系统。例如，内燃机包含曲柄滑块机构、齿轮机构和控制进气与排气的凸轮机构。机械系统：是机构与机器的总称。它由许多构件和零件组成。7构件与零件的区别构件是运动的单元；零件是制造的单元。构件：组成机构的各个相对运动部分称为构件。构件可以是单一的整体，也可以是几个元件的刚性组合。零件：组成构件的元件则称为零件。8机械系统设计的基本问题机械系统设计的基本

3、问题是机构的综合、运动学和动力学分析与设计。机构综合着重研究创造性构思、发明、创新设计新机构的理论和方法。而机构的运动学和动力学分析，一方面是用于现有机械系统的性能分析与改进，另一方面是为机构的综合提供理论依据。因而它们是机械系统设计中重点研究的内容，也是本书要重点介绍的内容。9本课程的任务熟悉多刚体系统动力学的基本概念、基本理论，掌握建立机构的运动分析和动力分析数学模型的方法。以多刚体系统动力学为理论指导，虚拟样机技术为设计手段，研究机械系统的建模方法。熟悉ADAMS软件的基本操作，掌握机械系统虚拟样机的建模和仿真分析方法，提高机械系

4、统的设计质量，提高机械产品的性能，提高自主知识产权产品的核心竞争力。101．2多刚体系统动力学关于刚体的假设是不考虑物体的变形。但是物体总是有变形的，而物体的变形对系统的运动也是有影响的，有时则有决定性的影响，因此，严格地讲．多刚体系统应为多体系统即柔性体系统。目前，国内外已从多刚体系统的研究扩展到多体系统(包括柔体系统)的研究。但是，在某些情况，比如构件的变形很小，且构件的变形对系统的动力学特性影响不大，仍然可以将这类系统视为多刚体系统。我们仅研究多刚体系统并以此作为研究多体系统动力学的基础。工程中的机械系统大多由许多构件组成，研究这

5、些复杂系统时，往往可以将构成系统的各构件简化为刚体，而刚体之间靠运动副连接，从而得到“多刚体系统”。例如自行车、曲柄滑块机构、汽车中的转向机构、飞机的起落架、工业机器人等说明：11运动副连接构件的运动副，可以是圆柱铰链(两刚体之间有一个相对转动的自由度)，万向联轴节(两个相对转动自由度)，球铰(三个相对转动的自由度)，也可以是其它形式的运动学约束(如棱柱形约束允许一个相对滑动的自由度)，甚至没有物理意义上的运动学约束，而只有力的作用(如弹簧连接)，即所谓的广义铰。12多刚体系统类型多刚体系统从结构上可以分为两类：树状结构和非树状结构。两

6、类结构的区分取决于“通路”的概念。如果系统中任意两刚体之间都只有一个通路存在，则称系统为树状结构，图中的(a)、(c)。如果系统中至少有两个刚体之间存在两个(或更多的)通路，则称系统为非树状结构，图中的(b)，这时，从Bi到Bj的两个通路构成一个闭合链。13多刚体系统结构示例机械系统中，机械手，空间飞行器以及人体步行时的摆动相都可以视为树状结构系统。自行车、曲柄滑块机构以及人体站立时的支撑相则可视为非树状结构系统。14树状结构的分类树状结构是研究多体系统动力学的基础，因为任何非树状结构均可将其闭合链打开加上某些附加约束而视为树状结构。树

7、状结构又可以分为两类：①系统中某刚体(编号为B1)与一运动已知的刚体(通常称之为基座，编号为B0)相铰接，此类称为有根树。典型的如工业机械手。②系统中任一刚体都不与基座相连．此类称为悬空树。如卫星、腾空的运动员等。15多刚体动力学的特点多刚体动力学的研究内容同样也分为运动学和动力学两部分，与经典力学的区别之处在于多刚体系统是十分复杂的系统，其自由度数大，且各构件的运动一般都有大位移变化，因此，不但运动微分方程数多，且有大量的非线性项，一般很难求得解析解，而必须借助计算机作数值计算。16多刚体动力学的主要研究①寻求建立多刚体系统运动微分方

8、程的解析方法。这种方法应是一种规格化的方法，能方便、快捷地统一处理各类问题、面向计算机的分析方法。②发展与各种分析方法配套的算法，以实现复杂非线性常微分方程(ODE)或微分—代数方程(DAE)的数值积分。③