虚拟样机ADAMS作业球体沿斜面向上运动.docVIP

《产品设计与虚拟样机》

第2次作业

2013-11-04

球体沿斜面向上运动的仿真分析

摘要

本文首先对斜面上球体进行理论上的受力分析，得出球体不沿斜面下滑的所需满足的理论条件。然后运用ADAMS软件，采用由CONTACT力定义球体与斜面之间的关系的方法来建立仿真模型，通过仿真分析验证所得出的球体不下滑的理论条件，得出仿真分析与理论分析的联系。

关键词：斜面上球体；ADAMS；CONTACT力；仿真分析；理论分析

目录

TOC\o1-3\h\u1摆动从动件凸轮机构设计要求 1

1.1题目设计要求 1

1.2题目分析 1

2建立虚拟样机模型 2

2.1设置工作空间及网格参数 2

2.2创立摆杆模型 2

2.2.1创立R100mm及R200圆曲线 2

2.2.2Boolean减运算得到摆杆 3

2.3创立凸轮模型 4

2.4创立凸轮副及驱动角速度 4

2.4.1创立Marker点 4

2.4.2创立凸轮副 5

2.4.3添加驱动角速度 6

2.5检查模型 6

3仿真与后处理 7

3.1仿真模型 7

3.2测试与后处理 7

3.3结果分析 11

4结束语 12

参考文献: 13

1球体沿斜面向上运动设计要求

1.1题目设计要求

在倾斜角为的固定斜面上放置一个半径为、质量为的球体。在驱动转矩的作用下，球体沿斜面向上滚动，如图1所示。设斜面的倾斜角为，球体与斜面之间的摩擦系数为。

试给出球体不下滑时应满足的条件；

试采用由CONTACT力定义球体与斜面之间关系的方法来建立仿真模型，并验证上述条件。

T

T

R

α

图1斜面机构

1.2理论分析

首先对球体进行受力分析，进而确定球体可以保持不下滑的条件。

T

T

G

N

f

A

图2球体受力示意图

如图2所示，球体受到3个作用力和1个转矩，分别为竖直向下的重力、垂直斜面指向球心的支撑力、沿斜面向上的滑动摩擦力、外界施加的转矩T。要使球体不沿斜面向下滑动，即斜面上的球当处于力平衡及转矩平衡状态。

根据根据沿斜面方向上受力到达临界条件的力平衡公式，即

(1)

式中

(2)

(3)

将式(2)、(3)代入式(1)，可得

即

(4)

根据对A点的转矩平衡公式可以得到：

(5)

由于支撑力和摩擦力过矩心，故，那么式(5)可化为：

〔6〕

即可得到

〔7〕

由以上分析可得出球体不下滑的临界条件为：、。因此根据不下滑的条件，斜面临界摩擦系数、均由斜面倾角决定，为了便于和仿真分析结果进行比拟，这里取，可解出临界摩擦系数，驱动转矩T大小·m。

1.3仿真思路

仿真机构主要由两局部组成，一局部是固定在地面上的斜面，另一局部是置于斜面上的球体。因此仿真建模时，需要将球体准确地位于斜面的外表上，采用在原点建立球体，通过平移准确地平移到斜面外表上。

模型建立完成后，按题目中条件将球体质量改为，然后在球体和斜面之间添加CONTACT接触副，并设置摩擦系数。在球体上添加驱动转矩，然后就可以进行仿真。仿真过程中可能会对摩擦系数和驱动转矩两个参数进行适当调整，到达题目要求，最后将仿真结果与理论计算结果进行比照。

2建立虚拟样机模型

2.1初始参数设置

2.1.1工作空间及网格设置

根据题目数据条件，可直接采用系统预设的工作空间及网格设置，操作步骤如下列图所示。

a

a

b

c

d

图2工作空间及网格设定过程及结果

2.1.2单位设置

根据题目数据要求，采用适宜的单位，单位设置过程如下所示：

a

a

b

c

d

图3单位设置过程及结果

2.2创立斜面模型

通过固定在地面上的一个薄的长方体来代替斜面，根据球的半径R为100mm，确定长方形的尺寸为，将其端点放在原点处。操作过程如下列图所示：

a

a

b

c

图4创立斜面尺寸图

将长方体关于xy面对称，操作过程如下所示

ab

a

b

c

d

f

e

图5平移长方体过程图

将视图重新调整成xy方向的视图，将斜面绕原点逆时针旋转30°，旋转操作如下列图所示

a

a

b

c

d

e

f

图6旋转操作过程图

2.3创立球体模型

在原点创立半径R为100mm的球体，并修改其质量为10kg。

ca

c

a

b