ANSYS 连杆机构运动分析实例曲柄滑块机构.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[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

2、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LINKA和B，LINKA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=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、加速

3、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=535.41mm。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

4、取菜单UtilityMenu→File→ChangeJobname。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UtilityMenu→Parameters→ScalarParameters。弹出图15-4所示的对话框，在“Selection”文本框中输入PI=3.，单击“Accept”按钮；再在“Selection”文本框中依次输入R=0.25（曲柄长

5、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”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MainMenu→Prepr

6、ocessor→ElementType→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“Revolutejoint7”，单击“Apply”按钮；再在左侧列表中选“StructuralBeam”在右侧列表中选“3Delastic4”,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MainMenu→Preprocesso

7、r→MaterialProps→MaterialModels。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“Density”，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

8、”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MainMenu→Preprocessor→RealConstants→Add/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“Type1COMBIN7”，单击“Ok”按钮