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1、1机械系统设计仿真大作业一、简答题 （30 分，每题 5 分）1、机械系统设计的基本问题是什么? 答：机械系统设计的基本问题是机构的综合、运动学和动力学分析与设计。2、求解动力学的两个基本问题是什么? 答：两个基本问题是：一、动力学逆问题，己知运动求力；二、动力学正问题，已知力求运动。3、简述牛顿欧拉法的解题步骤。答： 采用牛顿欧拉方法的基本步骤是先将系统的约束解除，分割成若干个单个的刚体或质点，然后对每个刚体或质点应用牛顿第二定律和欧拉动力学方程一一建立运动微分方程。4、简述主工具箱上部的 12 个图标的功能,如图 1 所示。答：图 1 所示主工具箱上部的 12 个图标的功能见下表 ：位置：
2、（行数，列数）说明（1，1） 选择命令（1，2） 几何建模工具集（1，3） 测量距离和角度工具集（2，1） 后退或再做一次命令集（2，2） 约束工具集（2，3） 仿真分析命令（3，1） 颜色设置命令集（3，2） 运动约束工具集（3，3） 回放访真分析结果命令（4，1） 移动对象命令集（4，2） 施加力工具集（4，3） 调用后处理模块命令5、鼠标的右键操作主要应用于哪些场合?答：使用鼠标右键的场合主要有：1)显示建模过程中屏幕亡的各种对象的弹出式菜单，例如：构件、标记、约束、运动、力等。2)在各种输入对话框中的参数文本输入栏，显示输入参数的弹出式菜单。3)在后处理过程中，显示曲线图中各种对象的弹
3、出式菜单，例如： 曲线、标题、坐标、符号标记等。4)在主工具箱、快捷工具栏等有工具图标集的场合，显示所选择的工具图标集的所有图标命令。图 126、解释几何样机的参数化建模，并指出 ADAMSView 提供的 4 种参数化建模方法。答：1.参数化建模是将样机的建模参数设置为可以改变的变量、表达式和函数，在分析过程中，只需改变样机模型中有关参数值，程序就可以自动地更新整个样机模型，获得新的样机模型，以便预先设置可变参数，自动地进行一系列的仿真分析，研究一个或多个参数变化对样机性能的影响，获得最危险的操作工况以及最优化的设计结果。2.ADAMSView 提供了 4 种参数化建模方法：使用参数表达式、
4、参数化点坐标、关联移动和使用设计变量。二、图 2 所示为一单摆，质量为 m，摆长为 l。设摆的悬点 P 沿 x轴按 xpAsint 运动，讨论系统的自由度，并写出约束方程。(10 分)解：M、P 共有 2N4 个坐标，系统满足 3 个完整约束XPAsin tYP0（X mY p） 2Y m2L 2 该系统没有非完整约束，因此是一个完整系统，其自由度数为431。三、图 3 所示一长方块，设其上、下面均是边长为 3 的正方形，高为 4。在 C 点沿棱边方向建立一直角坐标系 C 一e1e2e3，现该物块绕 CD 转动 180。试用方向余弦求物块转动后，C 一 e1e2e3系的最终状态相对其最初状态的
5、空间关系 A。解：方向余弦描述：先将物块绕 e1转动一 角，使 e2与 CD 重合，由几何关系可知 cos35， sin45；再将物块绕当前的 e2转180；最后，将物块绕当前的 e1转(一 )角。经过这三次转动得到了 C 一 e1e2e3最终位置。设三次转动曲的方向余弦矩阵为 A1、 A2、 A3，则 5/34001cs101802cssA 5/341013csA于是得 ： 25/7/400123A四、 曲柄滑块机构如图 4 所示。已知：圆盘 1 的半径 R350mm，厚度t100mm，材料密度为 7.810-3kgcm3；连杆 2 长度 L=1000mm，宽度 b150mm，图 2图 3D
6、3厚度 t50mm，质量 Q65kg；滑块 3 长度 L400mm，高度 h300mm，厚度t300mm。试描述建立该曲柄滑块机构几何样机模型的方法和步骤，并给出上机建模后的结果。图 4 解： 1、圆盘几何建模步骤：1)在几何建模工具集，选取圆柱体建模工具 。2)在参数设置栏，设置 New Part：Length=ON，Length=0.1；RadiusON，Radius03。3)用鼠标选择 POINT_1 点为起始绘图点，拖动鼠标，此时可以看见几何形体随鼠标拖动改变方向。释放鼠标键，完成圆盘形体建模。4)改变圆盘方向。用鼠标选择屏幕上无对象处，或选择 ，放弃当前对圆盘的选择；将鼠标置于刚建的
7、圆柱体上，用右键显示弹出式菜单；在 Part_1 下方，选择Marker_1，再选择 Modify，显示修改对话框；修改 Orientation 栏为（0.0，0.0，0.0)，选择 OK 按钮。可以看见圆盘改变了放置方向。5)改变圆盘位置。在主工具箱，选择 ；选择不同视图方向工具，从不同的方向观看圆盘，可以看到圆盘在 z 轴方向不对称于栅格平面。选择 Marker_1，再选择Modify，显示修改对话框；在 Location 栏，将(0，0，0)改为(0，0，-005) ；选择OK 按钮，圆盘移动到对称于栅格平面的位置。6)改变圆盘名称。将鼠标置于圆盘处，显示弹出式菜单，选择 PART_1，
8、再选择Rename，显示改名对话框：在 New Name 栏，将 PART_1 改为 wheel，选择 0K 按钮。7)设置圆盘物理性质。在圆盘处，显示弹出式菜单，选择 wheel，再选择Modify，显示修改对话框；在 Mass Inertia defined by 栏，选择 Geometry and Density，在 Density 栏，输入 7800；选择 Apply，然后选择 Show calculated Inertia，查看在当前的材料密度下，圆盘的质量和转动惯量；选择 OK 按钮。2、连杆几何建模步骤：1)在几何建模工具集，选取连杆建模工具 。2)在参数设置栏，选择 New P
9、art，Width=ON，Width0.15；Depth=ON，Depth=0.05。3)选择 POINT_2 点为起始绘图点，拖动鼠标到 POINT_3，释放鼠标键，完成建模。4)改变连杆名称。在连杆处，显示弹出式菜单，选择 PART_2，再选择 Rename, 显示改名对话框；在 New Name 栏，将 PART_2 改为 coupler，选择 OK 按钮。5)设置连杆物理性质。在连杆处，显示弹出式菜单，选择 coupler，再选择4Modify，显示修改对话框；在 Mass Inertia defined by 栏，选择 User Input：输入：Mass65，Ixx=0.132，I
10、yy6.8，Izz6.91；选择 0K 按钮。3、滑块几何建模步骤：1)在几何建模工具集，选取长方体建模工具 。2)在参数设置栏，选择：New Part，DepthON，DepthO.3。3)选择点(1.15，-0.15，0)为起始绘图点，拖动鼠标到点(1.55,0.15,0)，释放鼠标键，产生滑块几何模型。4)改变滑块位置。在点(1.15，-0.15，0)处，显示弹出式菜单，选择 Marker_1，再选择 Modify，显示修改对话框；在 Location 栏，将(1.15，-0.15，0)改为(1.15，-0.15，-0.15)，选择 0K 按钮。5)改变滑块名称。在滑块处，显示弹出式菜单
11、，选择 PART_3，再选择 Rename，显示改名对话框；在 New Name 栏，将 PART_3 改为 piston，选择 OK 按钮。6)设置滑块物理性质。在滑块处，显示弹出式菜单，选择 piston，再选择Modify，显示修改对话柜；在 Mass Inertia defined by 栏，选择 Geometry and Material Type；在 Density 栏，显示弹出式菜单，选择 Material，再选择 Browse，显示数据库浏览器，选择 Brass，选择 0K 按钮，输入黄铜材料；选择 Apply，然后选择 Show calculated inertia，观察在黄
12、铜材料下，滑块的质量和转动惯量；选择 OK按钮。采用轴测投影显示曲柄滑块机构样机几何模型，如下图所示。图：样机中曲柄滑块机构几何模型五、对图 4 曲柄滑块机构的样机进行参数化，用设计变量表示曲柄半径和连杆长度、其他尺寸不变。试描述参数化该样机模型的方法和步骤。解：参数化曲柄滑块机构1、产生设计变量1)将鼠标置于 POINT_2 处，显示弹出式菜单；选择 POINT_2，再选择 Modify，显示表格编辑器。2) 选择 POINT_2 的 Loc_x 栏，在输入栏按鼠标右键，显示弹出式菜单；然后依次选择：Parameterize，Create Design Variable，Real，产生设计变
13、量.Pistonpump DV_1。3) 选择 POINT_3 的 Loc_x 栏，在输入栏按鼠标右键，显示弹出式菜单；然后依次选择：Parameterize，Reference Design Variable，DV_1，OK，在输入栏，将(Pistonpump.DV_1)改为(Pistonpump.DV_1+1.0)，按回车键。也可使用函数构造5对话框产生该表达式。4) 定义 POINT_4 并选择其 Loc_x 栏，采用相同的方法，设置为(.Pistonpump.DV_1+1.25)。5) 在 Build 菜单，选择 Design Variable，再选择 Modify，显示数据库浏览器：
14、选择 DV_1，然后选择 OK 按钮，显示设计变量修改对话框；设置：Standard value0.3, Unitslength，Value Range byAbsolute Min and Max Value0.2，Max. Value0.4；选择 0K 按钮。2、参数化模型的其他几何结构1)参数化圆盘半径 R。在圆盘处显示弹出式菜单，选择 Cylinder：CYLINDER_1，再选择 Modify，显示圆柱修改对话框：在 Radjus 栏，显示弹出式菜单，然后依次选择：Parameterize，Reference Design Variable，DV_1， 0K；在 Radius 输入栏
15、，将(.Pistonpump.DV_1)改为(.Pistonpump.DV_1+0.05)，选择 OK 按钮。2)参数化连杆质心标记 coupler.cm。在连杆质心处显示弹出式菜单，选择Marker：cm，再选择 Modify，显示标记修改对话框；在 Location 栏，显示弹出式菜单，然后依次选择：Parameterize，Reference Design Variable，DV_1， 0K；在Location 输入栏，将质心标记坐标改为(Pistonpump.DV_1+0.5)，0.0，0.0；选择OK 按钮。3）参数化滑块 MARKER_1 标记。采用相对坐标定义位置。在点(1.15
16、，-0.15，0.0)处，显示弹出式菜单，选择 Marker：MARKER_1，再选择 Modify，显示标记修改对话框；在Location 输入栏，显示弹出式菜单，然后依次选择：Parameterize，Expression Builder，利用函数编辑器定义 Location(LOC_RELATIVE_T0 (-0.15，-0.15，0.15，.pistonpump.ground.POINT_3)；选择 OK 按钮。4）参数化滑块质心标记。在滑块质心处显示弹出式菜单，选择 Marker：cm，再选择 Modify；将 Location 输入栏改为(LOC_RELATIVE_T0 (0.05，0.0，0.0，.pistonpump.ground.POINT_3)；选择 O
