車輛動力學(xué)基礎(chǔ)

1、車輛動車輛動力學(xué)基力學(xué)基礎(chǔ)礎(chǔ)實實 驗驗 指指 導(dǎo)導(dǎo) 書書姓名姓名 班級班級 學(xué)號學(xué)號 南南京京農(nóng)農(nóng)業(yè)業(yè)大大學(xué)學(xué)工工學(xué)學(xué)院院機機械械工工程程系系機機械械設(shè)設(shè)計計教教研研室室編編2013 年年 1 月月目目 錄錄實驗一實驗一 曲柄滑塊機構(gòu)的動力學(xué)模擬曲柄滑塊機構(gòu)的動力學(xué)模擬.1實驗二實驗二 單擺機構(gòu)的動力學(xué)模擬單擺機構(gòu)的動力學(xué)模擬.9實驗三實驗三 彈簧阻尼彈簧阻尼器器機構(gòu)的動力學(xué)模擬機構(gòu)的動力學(xué)模擬.15實驗四實驗四 輪胎的動力學(xué)模擬輪胎的動力學(xué)模擬.23實驗五實驗五 車輛的平面模型車輛的平面模型.31參考書目：ADAMS2005 機械設(shè)計高級應(yīng)用實例 鄭凱等編 機械工業(yè)出版社ADAMS 實例教程

2、 李軍等編 北京理工大學(xué)出版社ADAMS 虛擬樣機技術(shù)入門與提高 鄭建榮編 機械工業(yè)出版社虛擬樣機技及其在 ADAMS 的實踐 王國強編 西北工業(yè)大學(xué)出版社0實驗一實驗一 曲柄滑塊機構(gòu)的動力學(xué)模擬曲柄滑塊機構(gòu)的動力學(xué)模擬一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?初步掌握多體動力學(xué)分析軟件 ADAMS 中實體建模方法；2初步掌握 ADAMS 中施加約束和驅(qū)動的方法；3計算出在該驅(qū)動作用下滑塊運動的位移、速度和加速度。二、實驗設(shè)備和工具二、實驗設(shè)備和工具1ADAMS 軟件；2CAD/CAM 機房。三、實驗原理三、實驗原理按照曲柄滑塊機構(gòu)的實際工況，在軟件中建立相應(yīng)的幾何、約束及驅(qū)動模型，即按照曲柄滑塊機構(gòu)的實際尺

3、寸，建立曲柄、連桿和滑塊的幾何實體模型；把曲柄和連桿、連桿和滑塊之間的實際連接簡化成鉸連接，滑塊和滑道之間的連接簡化成棱柱副連接，從而在軟件中建立其連接副模型；把曲柄的驅(qū)動運動建立相應(yīng)的驅(qū)動模型； 然后利用計算機進(jìn)行動力學(xué)模擬，從而可以求得曲柄、連桿和滑塊零件在實際工況下的任何時間、任何位置所對應(yīng)的位移、速度加速度，以及約束反力等一系列參數(shù)。四、實驗步驟四、實驗步驟1. 啟動 ADAMS/View 程序1.1 在 windows XP 的開始啟動，選擇所有程序，再選擇 MSC.software，然后選擇 MSC.ADAMS2005 中的 Aview，啟動 ADAMS/View 程序；1.2 在

4、歡迎對話框，選擇 Create a new model 項；在模型名稱欄輸入pistonpump；重力設(shè)置選擇 Earth Normal 參數(shù)；單位設(shè)置選擇 MKS 系統(tǒng)（M，KG，N，SEC，DEG，H）；1.3 選擇 OK 按鈕。2. 檢查和設(shè)置建?；经h(huán)境2.1 檢查默認(rèn)單位系統(tǒng) 在 Settings 菜單中選擇 Units 命令，顯示單位設(shè)置對話框，當(dāng)前的設(shè)置應(yīng)該為 M，KG，S 系統(tǒng)。2.2 設(shè)置工作柵格1（1）在 Settings 菜單，選擇 Working Grid 命令，顯示設(shè)置工作柵格對話框；（2）設(shè)置 Size X=2.0， Size Y=1.0， Spacing X=0.

5、05， Show Working Grid=on；（3）選擇 OK 按鈕。2.3 動態(tài)調(diào)整活動窗口 在主工具箱中，選擇工具 ，在窗口內(nèi)上下拖動鼠標(biāo)，使之顯示整個工作柵格。2.4 設(shè)置圖標(biāo) 在 Settings 菜單，選擇 Icons 命令，顯示圖標(biāo)設(shè)置對話框；在 New Size 欄輸入 0.1；選擇 OK 按鈕。2.5 檢查重力設(shè)置 在 Settings 菜單，選擇 Gravity 命令，顯示設(shè)置重力加速度對話框；當(dāng)前的重力設(shè)置應(yīng)該為 X=0，Y=-9.80665，Z=0，Gravity=ON；選擇 OK 按鈕。2.6 設(shè)置 ADAMS 默認(rèn)存盤目錄。在 File 菜單，選擇 Select

6、Directory 欄，顯示尋找目錄對話框；輸入要存盤的路徑，選擇 OK 按鈕。3. 幾何建模3.1 按 F4 鍵，顯示坐標(biāo)窗口。3.2 定義連接點 鼠標(biāo)右擊主工具箱的幾何建模工具集，選取定義點工具；選擇參數(shù)；Add to Ground， Dont attach； 按照表 1-1 所示的坐標(biāo)，分別定義 A、B、C 點。坐標(biāo)點變量名XYZAPOINT_10.00.00.0BPOINT_20.30.00.0CPOINT_31.30.00.03.3 圓盤幾何建模（1）在幾何建模工具集，選取圓柱體建模工具；（2）在參數(shù)設(shè)置欄，設(shè)置 New Part； Length=ON， Length=0.1；Rad

7、ius=ON， Radius=0.3；（3） 用鼠標(biāo)選擇 POINT_1 點為起始繪圖點，拖動鼠標(biāo)，此時可以看見幾表 1-1 定義連接點及坐標(biāo)2何形體隨鼠標(biāo)拖動改變方向。釋放鼠標(biāo)鍵，完成圓盤形體建模；（4）改變圓盤方向。用鼠標(biāo)選擇屏幕上無對象處，放棄當(dāng)前對圓盤的選擇；將鼠標(biāo)置于點（0，0，0）用右鍵顯示彈出式菜單；在 Part_1 下方，選擇MAR_1，再選擇 Modify，顯示修改對話框；輸入：Orientation=(0.0，0.0，0.0)，選擇 OK 按鈕。可以看見圓盤改變了放置方向；（5）改變圓盤位置。 在主工具箱，選擇；選擇不同視圖方向工具，從不同的方向觀看圓盤，可以看到圓盤在 Z

8、 軸方向不對稱于柵格平面。選擇 MAR_1， 再選擇 Modify；顯示修改對話框；在 Location 欄，將0，0，0改為0，0，-0.05；選擇 OK 按鈕，圓盤移動到對稱于柵格平面的位置；（6）改變圓盤名稱。將鼠標(biāo)置于圓盤處，顯示彈出式菜單，選擇PRAT_1，再選擇 Rename，顯示改名對話框；在 New Name 欄，將 PART_1改為 wheel， 選擇 OK 按鈕；（7）設(shè)置圓盤物理性質(zhì)。在圓盤處，顯示彈出式菜單菜單，選擇 wheel，再選擇 Modify，顯示修改對話框；在 Define mass by 欄，選擇 Geometry and Density， Density

9、欄，輸入 7800；選擇 OK 按鈕。3.4 連桿幾何建模（1）在幾何建模工具集，選取連桿建模工具；（2）在參數(shù)設(shè)置欄，選擇 New Part； Width=ON， Width=0.15； Depth=ON， Depth=0.05；（3）選擇 POINT_2 點為起始繪圖點，拖動鼠標(biāo) POINT_3，釋放鼠標(biāo)鍵，完成建模；（4）改變連桿名稱。在連桿處，顯示彈出式菜單，選擇 PRAT_1，再選擇Rename，顯示改名對話框；在 New Name 欄，將 PRAT_1 改為 handle，選擇 OK 按鈕；（5）設(shè)置連桿物理性質(zhì)。在連桿處，顯示彈出式菜單選擇 handle，再選擇Modify，顯示

10、修改對話框；在 Define mass by 欄，選擇 User Input；輸入：Mass=65，選擇 OK 按鈕。3.5 滑塊幾何建模3（1）在幾何建模工具集，選取立方體建模工具；（2）在參數(shù)設(shè)置欄，選擇 New Part； Height=ON， Height=0.3； Depth=ON， Depth=0.3；（3)選擇點（1.15，-0.15，0）為起始繪圖點，拖動鼠標(biāo)點（1.55，0.15，0），釋放鼠標(biāo)鍵，產(chǎn)生滑塊幾何模型；（4）改變滑塊位置。在點（1.15，-0.15，0）處，顯示彈出式菜單，選擇MAR_1，再選擇 Modify，顯示修改對話框；在在 Location 欄，將1.1

11、5，-0.15，0改為1.15，-0.15，-0.15；選擇 OK 按鈕；（5）改變滑塊名稱。在滑塊處，顯示彈出式菜單，選擇 PART_1，再選擇Rename，顯示改名對話框；在 New Name 欄，將 PRAT_1 改為 piston，選擇OK 按鈕；（6）設(shè)置滑塊物理性質(zhì)。在滑塊處，顯示彈出式菜單選擇 piston，再選擇Modify，顯示修改對話框；在 Define mass by 欄，選擇 Geometry and Material Type；在 Material Type 欄中右擊顯示彈出式菜單，選擇 Material，再選擇 Browse，顯示數(shù)據(jù)庫瀏覽器，選擇 Brass，選擇

12、 OK 按鈕。4. 施加運動副和驅(qū)動4.1 施加鉸接副 圓盤在 A 點處通過鉸接副同地面框架連接，在 B、C 點處分別通過鉸接副將圓盤與連桿，連桿和滑塊連接。（1）添加圓盤與地面框架鉸接副。在主工具箱的連接工具集，選擇鉸接副；在參數(shù)設(shè)置欄，選擇 1Location，Normal To Grid；選擇 POINT_1 點，完成設(shè)置。（2）添加圓盤與連桿鉸接副。連接工具集，選擇鉸接副；在參數(shù)設(shè)置欄，選擇 2-Bod-1Loc，Normal to Grid； 依次選擇：圓盤、連桿、POINT_2，完成設(shè)置。（3）添加連桿與滑塊鉸接副。連接工具集，選擇鉸接副；在參數(shù)設(shè)置欄，選擇 2-Bod-1Loc，

13、Normal to Grid； 依次選擇：連桿、滑塊、POINT_3，完成設(shè)置。4.2 仿真觀看當(dāng)前模型的運動情況（1）在主工具箱，選擇仿真工具；4（2）在主工具箱參數(shù)設(shè)置欄，選擇 Dynamic，取 End Time=5.0， Steps=200；（3）選擇，開始仿真分析。4.3 添加棱柱副（1）在主工具箱，選擇棱柱副工具。（2）在主工具箱參數(shù)設(shè)置欄，選擇 2-Bod-1Loc，Pick Feature。（3）依次選擇：滑塊、地面、POINT_3、方向指向圓盤，完成設(shè)置。4.5 定義圓盤的運動（1）在主工具箱的運動工具集，選擇旋轉(zhuǎn)運動工具圖標(biāo)，顯示定義旋轉(zhuǎn)運動對話框；（2）在 Set up

14、欄，輸入 360；選擇 JOINT_1，完成轉(zhuǎn)速設(shè)置。4.6 施加滑塊作用力 F（1）定義點的作用點。在主工具箱的幾何建模工具集，選取定義點工具；選擇參數(shù)：Add to Ground，Dont attach，選擇點（1.55，0，0），定義點 POINT_4。（2）在主工具箱的力工具箱，選擇單作用力圖標(biāo)，顯示施加力對話框。（3）在參數(shù)設(shè)置區(qū)，輸入和選擇：Direction=Space Fixed； Construction=Pick Feature；Characteristic=Custom。 FORCE_1=ON， FORCE=10000（4）依次選擇：滑塊、點 POINT_4（1.55，0

15、，0）和鼠標(biāo)箭頭指向圓盤方向；設(shè)置 FORCE_1 同時顯示修改力對話框。（5）保存曲柄滑塊機構(gòu)模型。 在 File 菜單，選擇 Save Database。當(dāng)前模型的軸測視圖如圖 1-1 所示：55. 對曲柄滑塊機構(gòu)進(jìn)行仿真分析5.1 仿真分析（1）在主工具箱，選擇仿真工具。（2）在主工具箱參數(shù)設(shè)置欄，選擇 Dynamic，取 End Time=2.5， Steps=200。6. 建立測量（滑塊的位移、速度、加速度）（1）鼠標(biāo)右鍵單擊需要測量的部件，系統(tǒng)打開右鍵快捷菜單，選擇Measure；（2）系統(tǒng)打開參數(shù)對話框，如圖 1-2，將 Characteristic 設(shè)為 CM Position

16、，Component 設(shè)為 X，測量 X 向位移；（3）點擊 Apply，出現(xiàn)空白的測量窗口；（4）重復(fù)上述步驟，將 Characteristic 設(shè)為 CM Velocity，新建測量速度；（5）重復(fù)上述步驟，將 Characteristic 設(shè)為 CM Acceleration，新建測量加速度；圖 1-1 曲柄滑塊機構(gòu)模型6（6）建立的測量窗口后，點擊工具箱中的仿真圖標(biāo)，按照先前的設(shè)置進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖 1-3 所示；（7）如需測量其他部件的位移、速度、加速度以及力其測量方法相同。圖 1-2 設(shè)置參數(shù)7五、思考題五、思考題1建模時首先建立了工作柵格，工作柵格的作用是什么？2建模時輸入的

17、坐標(biāo)是相對于哪個坐標(biāo)而言的，該坐標(biāo)系在 ADAMS軟件中對應(yīng)的是何名稱？3請嘗試在欄桿的中心處建立測量點，并把連桿中心處的位移、速度、加速度模擬出來？六、實驗報告六、實驗報告按照以下要求遞交實驗報告1建模要求把建模完成圖抓圖 1 幅，粘貼于實驗報告中，并對作圖過程作簡要敘述。2. 施加運動副和驅(qū)動要求把運動機構(gòu)施加運動副和驅(qū)動完成的圖抓圖 1 幅，粘貼于實驗報告中，并對施加的運動副和驅(qū)動作簡要敘述。3. 模擬結(jié)果要求把滑塊的運動位移、速度、加速度模擬出來，分別抓圖 1 幅，粘貼于實驗圖 1-3 仿真結(jié)果8報告中，并對模擬結(jié)果作簡要的敘述。9實驗二實驗二 單擺機構(gòu)的動力學(xué)模擬單擺機構(gòu)的動力學(xué)模擬

18、一、實驗?zāi)康囊弧嶒災(zāi)康?掌握多體動力學(xué)分析軟件 ADAMS 中實體建模方法；2掌握 ADAMS 中施加約束和驅(qū)動的方法；3計算出單擺運動的位移、速度和加速度。二、實驗設(shè)備和工具二、實驗設(shè)備和工具1ADAMS 軟件；2CAD/CAM 機房。三、實驗原理三、實驗原理按照單擺機構(gòu)的實際工況，在軟件中相應(yīng)的幾何及約束模型，即按照單擺機構(gòu)的實際尺寸，建立單擺幾何實體模型；把擺臂和大地之間的實際連接簡化成鉸連接，從而在軟件中建立其連接副模型；按照擺臂初始運動的參數(shù)，如初始轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速建立相應(yīng)的驅(qū)動模型；然后利用計算機進(jìn)行動力學(xué)模擬，從而可以求得擺臂在實際工況下的任何時間、任何位置所對應(yīng)的位移、速度加速度，

19、以及擺臂和大地鉸接點處的約束反力等一系列參數(shù)。四、實驗步驟四、實驗步驟1問題描述圖 2-1 為單擺機構(gòu)簡圖，AB 為勻質(zhì)桿，質(zhì)量 2kg，長 450mm，A 點鉸接固定，桿 AB 在垂直平面內(nèi)擺動，求當(dāng) =30 度時，角速度為 3rad/s 時，鉸接點 A 處的支撐力。B A2. 運行 ADAMS圖 2-1 單擺機構(gòu)簡圖102.1 通過開始程序菜單運行 ADAMS2005，或直接雙擊桌面圖標(biāo)，運行ADAMS2005；2.2 出現(xiàn) ADAMS 界面，選擇 Create a new model；2.3 確認(rèn) Gravity（重力）文本框中是 Earth Normal(-Global Y),Unit

20、s(單位) 文本框中是 MM，K，S，確認(rèn)后單擊 OK 按鈕；2.4 在 Settings 下拉菜單中選擇 Working Grid，系統(tǒng)打開參數(shù)設(shè)置對話框，在 spacing 欄，X 和 Y 都輸入 25mm。3. 建立幾何模型3.1 用鼠標(biāo)右鍵單擊幾何工具箱，彈出級聯(lián)圖標(biāo)，用鼠標(biāo)左鍵選中桿件圖標(biāo)；3.2 系統(tǒng)打開參數(shù)設(shè)置對話框，如圖 2-2 所示，確認(rèn)在工具箱下方文本框中顯示 New Part。選中 Length 選項，輸入 45.0cm，即擺臂長度。選種 width選項，輸入 2.0cm，選中 Depth 選項，輸入 2.75cm；3.3 按 F4 打開坐標(biāo)框，鼠標(biāo)單擊（-225，0，0

21、）作為擺臂的左側(cè)起點，然后單擊右側(cè)水平方向任一點，ADAMS 自動生成擺臂，如圖 2-3 所示； 4. 設(shè)置模型參數(shù)圖 2-2 參數(shù)設(shè)置對話框圖 2-3 擺臂114.1 設(shè)置擺臂質(zhì)量鼠標(biāo)右鍵單擊擺臂 Part_2，在右鍵打開的快捷菜單中選擇 Modify，彈出修改對話框，在 Define mass by 欄中選擇 User Input.，在 Mass 欄輸入 2.0，單擊 OK 按鈕。4.2. 設(shè)置擺臂位置（1）在工具箱中選擇定位圖標(biāo)。系統(tǒng)打開參數(shù)設(shè)置對話框，在 Angle欄輸入 30，此時擺臂高亮顯示；（2）點擊順時針箭頭，擺臂轉(zhuǎn)向與水平方向成 30 度，如圖 2-4 所示。5. 建立單擺支

22、點5.1 在主工具箱中選擇鉸接副。系統(tǒng)打開參數(shù)設(shè)置對話框，確認(rèn)在工具箱下方的 Construction 文本框中顯示 1Location 和 Normal to Grid；5.2 鼠標(biāo)左鍵點擊擺臂的左端點 PART_2.MARKER_1；5.3 在大地和擺臂之間生成一個鉸接支點，如圖 2-5 所示。圖 2-4 轉(zhuǎn)動擺臂位置圖 2-5 建立鉸接點126. 設(shè)置初始運動6.1 鼠標(biāo)右鍵點擊擺臂，在打開的右鍵快捷菜單中選擇 Modify 命令，系統(tǒng)打開修改對話框，在 Category 項選擇 Velocity Initial Conditions；6.2 在 Angular velocity abo

23、ut 項選擇 Part CM；6.3 在下面的選項中選擇 Z 軸，并輸入 3.0r。輸入完成后單擊 OK 按鈕。7. 驗證模型7.1 通過驗證模型可以發(fā)現(xiàn)建模過程中的錯誤，ADAMS 會自動檢測一些錯誤，如為連接的約束，動力系統(tǒng)中無質(zhì)量的部件，無約束的部件等。并給出警告可能引發(fā)的問題。7.2 在 ADAMS 窗體的右下角，用鼠標(biāo)右鍵點擊 Information 按鈕。7.3 在彈出的級聯(lián)圖標(biāo)中選擇 Verification 圖標(biāo)，彈出信息窗口。模型驗證無誤后，關(guān)閉信息窗口。模型建立完成后，對模型進(jìn)行仿真。8. 設(shè)置 A 點支撐力的測量8.1 鼠標(biāo)右鍵點擊單敗 A 點，選擇 JOINT_1 然后

24、選擇 Measure，彈出鉸接測量對話框，在 Characteristic 欄選擇 Force, component 欄選擇 mag（幅值）。設(shè)定完畢單擊 OK 按鈕；8.2 出現(xiàn)一個空白測量窗口。9 運行仿真9.1 點擊工具箱中仿真圖標(biāo)，系統(tǒng)打開參數(shù)設(shè)置對話框，將 End Time設(shè)為 0.5，Step 設(shè)為 50。9.2 點擊開始按鈕，單擺開始擺動，測量曲線如圖 2-6 所示。圖 2-6 單擺轉(zhuǎn)角測量曲線1310. 獲得支承反力10.1 在測量窗口的空白處點鼠標(biāo)右鍵，選擇 Plot:scht1transfer to full plot，如圖 2-7 所示，在 ADAMS/Postproce

25、ssor 環(huán)境下繪制測量曲線；10.2 選擇 plot Tracking 圖標(biāo)。要求計算時的條件即為開始仿真時的條件，把鼠標(biāo)置于仿真曲線的開始位置；10.3 窗口頂端，X 為仿真時間，y 為支撐力，即要計算的支撐力，結(jié)果顯示為 10.72N。五、思考題五、思考題1請嘗試在擺臂中心處設(shè)置測量點，并模擬出擺臂在該中心點處的運動位移、速度和加速度？2設(shè)置單擺的初始位置和初速度不同時，請模擬出單擺的運動情況？3. 進(jìn)行動力學(xué)模擬時，參數(shù) End time 和 Steps 分別表示什么含義？六、實驗報告六、實驗報告按照以下要求遞交實驗報告1建模要求把擺臂建模完成圖抓圖 1 幅，粘貼于實驗報告中，并對作圖

26、過程作簡要敘述。2. 施加運動副和驅(qū)動要求把單擺運動機構(gòu)施加運動副和驅(qū)動完成的圖抓圖 1 幅，粘貼于實驗報告圖 2-7 鉸接點處作用反力測量曲線14中，并對施加的運動副和驅(qū)動作簡要敘述。3. 模擬結(jié)果要求把擺臂的運動位移、速度、加速度模擬出來，抓其中 1 幅圖，粘貼于實驗報告中，并對模擬結(jié)果作簡要的敘述。15實驗三實驗三 彈簧阻尼器機構(gòu)的動力學(xué)模擬彈簧阻尼器機構(gòu)的動力學(xué)模擬一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?掌握多體動力學(xué)分析軟件 ADAMS 中實體建模方法；2掌握 ADAMS 中施加約束和驅(qū)動的方法；3計算出彈簧阻尼機構(gòu)運動時，彈簧振子的位移、速度、加速度和彈簧位移與彈簧力的對應(yīng)關(guān)系。二、實驗設(shè)備和工

27、具二、實驗設(shè)備和工具1ADAMS 軟件；2CAD/CAM 機房。三、實驗原理三、實驗原理按照彈簧阻尼器機構(gòu)的實際工況，在軟件中建立相應(yīng)的幾何、約束及驅(qū)動模型，即按照彈簧阻尼器機構(gòu)的實際尺寸，建立彈簧、阻尼器和質(zhì)量塊的幾何實體模型；質(zhì)量塊的運動為上下作自由衰減運動，可以理論簡化為在質(zhì)量塊與大地之間建立平動副，彈簧、阻尼器共同連接到連接大地和質(zhì)量塊上；然后利用計算機進(jìn)行動力學(xué)模擬，從而可以求得質(zhì)量塊在彈簧阻尼器連接下任何時間、任何位置所對應(yīng)的位移、速度加速度，以及彈簧中位移和彈性恢復(fù)力之間的對應(yīng)關(guān)系等一系列參數(shù)，變換彈簧、阻尼器和質(zhì)量塊的參數(shù)可以進(jìn)行多次不同狀態(tài)下的模擬。四、實驗步驟四、實驗步驟

28、MM：187.224KgK：5.0N/mmC：0.05N-sec/mmL0：400mmF0：0圖 3-1 彈簧阻尼器機構(gòu)示意圖161問題描述圖 3-1 為彈簧阻尼器機構(gòu)簡圖，M 為振子，質(zhì)量為 187.224kg；彈簧剛度K5N/mm，阻尼器阻尼為 C0.05N/mm，彈簧空載長度為 400mm，求當(dāng)彈簧阻尼機構(gòu)振動時，鉸接點 A 處的支撐力。2. 啟動 ADAMS2.1 運行 ADAMS2005，在歡迎界面中，選擇 Create a new model, Model name 輸入 spring_mass；2.2 確認(rèn) Gravity（重力）文本框中是 Earth Normal(-Globa

29、l Y)，Units (單位)文本框中是 MMKS(mm,kg,N,s,deg)。3. 建立幾何模型3.1 單擊 F4 顯示坐標(biāo)窗口；3.2 在主工具箱中選擇 Box 工具按鈕建立一質(zhì)量塊，用默認(rèn)尺寸即可；3.3 在屏幕任意位置點擊鼠標(biāo)創(chuàng)建質(zhì)量塊；3.4 右鍵點擊質(zhì)量塊，選擇 part_2，然后選擇 Rename，更名為 mass；3.5 右鍵點擊質(zhì)量塊，選擇 mass，然后選擇 Modify。在打開的對話框中修改 Define mass by 項為 User Input，在 Mass 欄輸入 187.224；3.6 選擇右視圖按鈕查看質(zhì)量塊的位置，進(jìn)行調(diào)整柵格位于質(zhì)量塊的中心。選擇 Edit

30、 菜單下的 Move 項，在對話框中選擇 Relocate the 項為 Part，右鍵點擊右側(cè)文本框選擇 Part，出現(xiàn) Guesses 然后選擇 mass ,如圖 3-2 所示。3.7 在 Translate 下方的數(shù)字欄中輸入-100，或者輸入 100 再單擊前面的按鈕圖 3-2 選擇移動質(zhì)量塊17，如圖 3-3 所示；3.8 設(shè)置完畢后，單擊 Z 軸方向按鈕，使質(zhì)量塊中心位于工作柵格位置，選擇正視按鈕，顯示柵格便于建模；4. 施加運動副為了確保質(zhì)量塊的運動只沿 Y 軸移動，添加一平動副。選擇工具箱中的平動副按鈕，選擇質(zhì)量塊和大地為對象，Y 軸為運動方向。如圖 3-4 所示。5. 設(shè)置彈

31、簧和阻尼器參數(shù)5.1 選擇工具欄中的彈簧阻尼器按鈕，設(shè)置參數(shù)：K=ON，K=5.0；C=ON，C=0.05；圖 3-3 移動對話框圖 3-4 添加平動副185.2 設(shè)置完畢，選擇質(zhì)量塊中心點，以及點擊沿 Y 軸向上 400mm 的位置，即相當(dāng)于與大地建立彈簧連接，如圖 3-5 所示；5.3 為了確定彈簧在空載時長度為 400mm，選擇菜單欄中 Tools 菜單中的Measure distance,在測量對話框中 First Marker Name 欄單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇position 然后選擇 pick，選擇質(zhì)量塊的中心點 mass.cm，在 second Marker Name 欄單擊鼠標(biāo)右

32、鍵，選擇 position 然后選擇 pick，選擇彈簧的上頂點ground.MARKER_5；5.4 設(shè)置完畢，單擊 OK 按鈕。測量信息窗口如圖 3-6，Y 軸距離為-400mm。圖 3-5 建立彈簧阻尼器模型圖 3-6 測量信息窗口196. 對彈簧阻尼器機構(gòu)仿真分析6.1 測量靜平衡時彈簧力的大小，選擇工具箱中的仿真按鈕，選擇工具箱下側(cè)的計算靜平衡按鈕，計算成功會出現(xiàn)提示。6.2 計算完畢單擊返回按鈕，右鍵點擊彈簧選擇 spring_1，然后選擇Measure，在打開的測量對話框中 Characteristic 選擇 force,在 Measure Name 欄輸入 spring_for

33、ce，單擊 OK 按紐，建立一測量力的窗口。為了只測量力的大小，在測量窗口內(nèi)單擊鼠標(biāo)右鍵并選擇 Measure modify，在修改力函數(shù)對話框中加上絕對值函數(shù) ABS（），如圖 3-7 所示；6.3 根據(jù)彈簧力測量曲線，起始位置即靜平衡時彈簧力為 1836N，即質(zhì)量塊的重力：187.224kg*9806.65mm/s2(=1836.04N)。測量曲線如圖 3-8 所示；6.4 繼續(xù)測量彈簧的變形曲線。右鍵點擊彈簧選擇 spring_1，然后選擇Measure，在打開的測量對話框中 Measure name 輸入 spring_displace, Characteristic 選擇 Defor

34、mation，建立空白的位移測量窗口；圖 3-7 修改測量力函數(shù)206.5 選擇工具箱中的仿真按鈕，設(shè)置仿真時間 End Time 為 2，Steps 為50，開始仿真，位移曲線如圖 3-9 所示；6.6 在力測量曲線窗口空白處單擊鼠標(biāo)右鍵，選擇 plot: scht1-Transfer to 圖 3-8 彈簧力測量曲線圖 3-9 彈簧變形曲線圖 3-10 測量曲線參數(shù)設(shè)置21full plot，切換到 ADAMS/Postprocessor 窗口。6.7 單擊 clear plot 按鈕清除窗口內(nèi)的曲線。在 Result set 選項中選擇spring_force 下，選擇 componen

35、t 下的 Q 分量。如圖 3-10 所示；6.8 在 Independent Axis 項選擇 Data 項，在彈出的選擇窗口spring_displace，在 component 中選擇 Q，選擇完畢單擊 OK 如圖 3-11。 6.9 單擊 Add curves 按鈕添加新選擇的曲線，即以 X 軸為Spring_displace，Y 軸為 spring_force,如圖 3-12。五、思考題五、思考題1在 ADAMS 中建立的彈簧阻尼器模型圖 3-5 和圖 3-1 給出的彈簧阻尼器模型存在不同嗎，對結(jié)果會不會產(chǎn)生影響？圖 3-11 選擇 Independent Axis圖 3-12 力與位

36、移的關(guān)系曲線222請嘗試變換彈簧、阻尼器和質(zhì)量塊的參數(shù)，進(jìn)行模擬？3變換阻尼器的參數(shù)，進(jìn)行模擬，當(dāng)阻尼器的值設(shè)置大到一定程度后，彈簧阻尼器機構(gòu)模擬時會產(chǎn)生什么情況？ 六、實驗報告六、實驗報告按照以下要求遞交實驗報告1建模要求把建模完成圖抓圖 1 幅，粘貼于實驗報告中，并對作圖過程作簡要敘述。2. 施加運動副和驅(qū)動要求把彈簧阻尼器運動機構(gòu)施加運動副和驅(qū)動完成的圖抓圖 1 幅，粘貼于實驗報告中，并對施加的運動副和驅(qū)動作簡要敘述。3. 模擬結(jié)果要求把質(zhì)量塊的運動位移、速度、加速度和彈簧中位移和彈性恢復(fù)力之間的對應(yīng)關(guān)系模擬出來，分別抓圖 1 幅,粘貼于實驗報告中，并對模擬結(jié)果作簡要的敘述。23實驗四實

37、驗四 輪胎的動力學(xué)模擬輪胎的動力學(xué)模擬一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?掌握多體動力學(xué)分析軟件 ADAMS 中輪胎建模方法；2掌握 ADAMS 中施加約束和驅(qū)動的方法；3計算出輪胎的質(zhì)量、剛度、阻尼和地面對輪胎的作用力。二、實驗設(shè)備和工具二、實驗設(shè)備和工具1PRO/E 軟件；2. ADAMS 軟件2CAD/CAM 機房。三、實驗原理三、實驗原理輪胎的力學(xué)特性分類如圖4-1所示。輪胎力學(xué)特性包括輪胎靜態(tài)特性和輪胎動態(tài)特性。從輪胎的運動狀態(tài)來分，輪胎動態(tài)特性可分為穩(wěn)態(tài)特性和非穩(wěn)態(tài)特性；從輪胎力的作用方向來分，輪胎動態(tài)特性又可分為側(cè)偏特性（轉(zhuǎn)向特性） 、縱滑特性（驅(qū)動/制動特性） 、側(cè)傾特性、垂直振動特性、

38、包容特性及復(fù)合滑移特性等。輪胎力學(xué)特征輪胎動態(tài)特性輪胎靜態(tài)特性從輪胎運動狀態(tài)來分從輪胎力作用方向來分非穩(wěn)態(tài)特性平面外特性平面內(nèi)特性復(fù)合滑移特性側(cè)偏特性轉(zhuǎn)偏特性側(cè)滑特性縱滑特性垂直振動特性包容特性穩(wěn)態(tài)特性圖 4-1 輪胎力學(xué)特性分類24輪胎力學(xué)特性的研究手段有理論研究和試驗研究。理論研究是在輪胎物理原型和變形機理的研究基礎(chǔ)上建立對輪胎力學(xué)特性的數(shù)學(xué)描述。即描述輪胎的六分力與車輪運動參數(shù)之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，描述輪胎在特定的工作條件下的輸入和輸出之間的關(guān)系。輪胎的結(jié)構(gòu)參數(shù)和力學(xué)特性決定著車輛的主要行駛性能。輪胎所受的垂直力、 縱向力、 側(cè)向力和回正力矩對汽車的平順性、 操縱穩(wěn)定性和安全性起重要作用。輪胎

39、模型對車輛動力學(xué)仿真技術(shù)的發(fā)展及仿真計算結(jié)果有很大影響，輪胎模型的精度必須與車輛模型精度相匹配。因此，選用輪胎模型是至關(guān)重要的。由于輪胎具有結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和力學(xué)性能的非線性，選擇符合實際又便于使用的輪胎模型是建立虛擬樣車模型的關(guān)鍵。輪胎建模的方法分為三種：1）經(jīng)驗半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?針對具體輪胎的某一具體特性。目前廣泛應(yīng)用的有Magic Formula公式和吉林大學(xué)郭孔輝院士利用指數(shù)函數(shù)建立的描述輪胎六分力特性的統(tǒng)一輪胎半經(jīng)驗?zāi)Ｐ蚒niTire，其主要用于車輛的操縱動力學(xué)的研究。2）物理模型 根據(jù)輪胎的力學(xué)特性，用物理結(jié)構(gòu)去代替輪胎結(jié)構(gòu)，用物理結(jié)構(gòu)變形看作是輪胎的變形。比較復(fù)雜的物理模型有梁、弦模型。特

40、點是具有解析表達(dá)式，能探討輪胎特性的形成機理。缺點是精確度較經(jīng)驗半經(jīng)驗?zāi)Ｐ筒?，且梁、弦模型的計算較繁復(fù)。3）有限元模型 基于對輪胎結(jié)構(gòu)的詳細(xì)描述 ,包括幾何和材料特性，精確的建模能較準(zhǔn)確的計算出輪胎的穩(wěn)態(tài)和動態(tài)響應(yīng)。但是其與地面的接觸模型很復(fù)雜，占用計算機資源太大，在現(xiàn)階段應(yīng)用于不平路面的車輛動力學(xué)仿真還不現(xiàn)實，處于研究階段。主要用于輪胎的設(shè)計與制造一）ADAMS/TIRE輪胎不是剛體也不是柔體，而是一組數(shù)學(xué)函數(shù)。由于輪胎結(jié)構(gòu)材料和力學(xué)性能的復(fù)雜性和非線性以及適用工況的多樣性，目前還沒有一個輪胎模型可適用于所有工況的仿真，每個輪胎模型都有優(yōu)缺點和適用的范圍。必須根據(jù)需要選擇合適的輪胎模型。 A

41、DAMS/TIRE分為兩大類：1.用于操穩(wěn)分析的輪胎模型25魔術(shù)公式是用三角函數(shù)的組合公式擬合輪胎試驗數(shù)據(jù)，用一套形式相同的公式完整地表達(dá)輪胎的縱向力、側(cè)向力、回正力矩、翻轉(zhuǎn)力矩、阻力矩以及縱向力、側(cè)向力的聯(lián)合作用工況，主要包括以下的前四種模型。1）魔術(shù)公式輪胎模型（MFTyre）根據(jù)仿真工況的不同可在穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)之間切換模型，考慮了輪胎高速旋轉(zhuǎn)時陀螺耦合、側(cè)偏和縱滑的相互影響，外傾對側(cè)偏和縱滑的影響。適用范圍：有效頻率到8Hz，是點接觸模型，只能用于平路面（路面起伏的波長必須大于輪胎的周長） 。2）Pacejka89、Pacejka94 由提出者Pacejka教授根據(jù)其發(fā)布年命名的，是穩(wěn)態(tài)側(cè)

42、偏模型，不能用于非穩(wěn)態(tài)工況。適用范圍：有效頻率到0.5Hz，當(dāng)與2D路面作用時是點接觸；當(dāng)與3D路面作用時，等效貫穿體積的方法來計算垂直力，等效法假設(shè)輪胎胎體是圓筒，必須在輪胎文件的形狀模塊輸入了輪胎胎體橫剖面。3） PAC2002模型 Pacejka的后期發(fā)展 , PAC2002和MFTyre具有相同的功能，但改善了模型的翻轉(zhuǎn)力矩，已經(jīng)取代了MFTyre。適用范圍：有效頻率到8Hz，主要用于操穩(wěn)的仿真分析。4）PAC MC模型，是專門用于摩托車輪胎模型，有效頻率到8Hz，適合于大外傾角的工況。5）Fiala模型 是彈性基礎(chǔ)上的梁模型，不考慮外傾和松弛長度。當(dāng)不把內(nèi)傾角作為主要因數(shù)且把縱向滑移

43、和橫向滑移分開對待的情況下，對于簡單的操縱性分析可得到合理的結(jié)果。適用范圍：有效頻率到0.5Hz，可以用于二維和三維路面，當(dāng)與2D路面作用時是點接觸；當(dāng)與3D路面作用時，等效貫穿體積的方法來計算垂直力。6）UA模型 考慮了非穩(wěn)態(tài)效果，通過摩擦圓考慮了側(cè)偏和縱滑的相互影響，也考慮了外傾和松弛長度，在只需要有限幾個參數(shù)的情況下，有非常好的精度。適用范圍：有效頻率到8Hz，是點接觸模型，只能用于平路面（路面起伏的波長必須大于輪胎的周長） 。7）5.2.1輪胎模型 是ADAMS早期發(fā)布的輪胎模型，現(xiàn)已很少使用。適用范圍：有效頻率到0.5Hz是點接觸模型，只能用于平路面。26注： 5.2.1輪胎模型使用

44、的路面文件是特有的，不能被其他的操縱分析輪胎模型所識別。2. 用于耐久性分析的輪胎模型 三維接觸模型，考慮了輪胎胎側(cè)截面的幾何特性，并把輪胎沿寬度方向離散，用等效貫穿體積的方法來計算垂直力，可以用于三維路面。該模型是一個單獨的License，但是如果用戶只購買Durability TIRE，只能用Fiala模型計算操縱穩(wěn)定性。除了上述兩類模型以外，還有環(huán)模型，作為子午線輪胎的近似，研究輪胎本身的振動特性，成為國際上仿真輪胎在短波不平路面動特性的主流模型，是目前發(fā)展比較成熟和得到商業(yè)化應(yīng)用的輪胎模型，其中具有代表性的是F-tire和SWIFT輪胎模型。1）SWIFT模型（Short Wave I

45、ntermediate Frequency TIRE Model） SWIFT模型是由荷蘭Delft工業(yè)大學(xué)和TNO聯(lián)合開發(fā)的，是一個剛性環(huán)模型，在環(huán)模型的基礎(chǔ)上只考慮輪胎的0階轉(zhuǎn)動和1階錯動這兩階模態(tài)，此時輪胎只作整體的剛體運動而并不發(fā)生變形。在只關(guān)心輪胎的中低頻特性時可滿足要求。由于不需要計算胎體的變形，剛性環(huán)模型的計算效率大大提高，可用于硬件在環(huán)仿真進(jìn)行主動懸架和ABS的開發(fā)。在處理面外動力學(xué)問題時，SWIFT使用了魔術(shù)公式?？捎糜谘芯恳恍?fù)雜的工況, 例如:不平路面的側(cè)偏和ABS制動。在處理輪胎-地面的接觸問題時, SWIFT采用了等效路形的方法，所用的等效路形是由一個專門的包容模型算

46、出來的。所以, SWIFT模型要自帶一個包容模型來提供等效路形，這也是它的缺點之一。適用范圍：有效頻率為60-100Hz，可用于短波不平路面。注： SWIFT模型所用到的路面模型要有合適的采樣間隔，否則會應(yīng)用以內(nèi)插值替換的數(shù)據(jù)，采樣間隔一般為0.10.2 m 或者更大。2）FTireFTire模型是由德國 Esslingen大學(xué)的Michael Gipser領(lǐng)導(dǎo)的小組開發(fā)的，從名字可以看到它是基于柔性環(huán)模型，即它從本質(zhì)上來說是一個物理模型。FTire模型發(fā)布在虛擬樣機軟件ADAMS之中，引起了廣泛的關(guān)注和討論。它是兼顧了仿真精度和仿真速度的2.5維非線性輪胎模型。自ADAMS 11.0版本后，

47、FTire模型作為MSC官方推薦的用于車輛的平順性、耐久性以及操縱性27仿真分析的輪胎模型。FTire模型的主要結(jié)構(gòu)特征及特點有以下幾點：（1） 彈性環(huán)不僅能描述輪胎的面內(nèi)振動，也能描述輪胎的面外特性。胎體沿著圓周方向離散，需要時也可在胎體寬度方向離散，胎體單元之間用彈簧相連，在每個胎體單元上有一定數(shù)量的胎面單元；（2） 輪輞與輪胎用徑、切、側(cè)3個方向的分布彈簧相連；（3） 輪胎的自由半徑和彈簧的剛度隨著輪胎轉(zhuǎn)速的變化而改變；（4） 采用了復(fù)雜非線性的模型描述胎面橡膠的摩擦特性，即摩擦系數(shù)為壓力和滑移速度的函數(shù)；（5） 可用于短波不平路面，即適應(yīng)的波長小于輪胎接地印跡長度一半的障礙物。四、實驗

48、步驟四、實驗步驟1.輪胎模型特性參數(shù)的獲取1.1估算轉(zhuǎn)動慣量根據(jù)負(fù)荷和使用要求選用輪胎型號為：275/70R22.5，質(zhì)量為100kg，利用Pro/E軟件建立輪胎的三維模型，估算轉(zhuǎn)動慣量。首先創(chuàng)建一個薄板特征，在薄板面上再作薄壁cut特征；選擇薄壁cut特征作陣列。圖 4-2 陣列后結(jié)果 28圖4-3 進(jìn)入環(huán)形折彎菜單在Feat菜單中選擇環(huán)形折彎，進(jìn)入環(huán)形折彎項目后選擇 360，表明進(jìn)行 360 度的彎曲。接受其他默認(rèn)選項，然后單擊 Done 進(jìn)入下一層菜單。單擊DEFINE BEND菜單下的Done選項，進(jìn)人下一層菜單。系統(tǒng)提示選取草繪平面，選取RIGHT平面，接受所有缺省選項，進(jìn)入草繪模式

49、。草繪截面，選取環(huán)形折彎時最終要重合的兩個面，生成半個輪胎，鏡像后得到整個輪胎實體。圖4-4 半個輪胎29根據(jù)輪胎型號B=275mm，選擇輪輞的寬度A=8.25英寸，再根據(jù)國標(biāo)GB/T3487-2005的相關(guān)數(shù)據(jù)草繪輪輞截面，掃描后得輪輞實體。把輪胎與輪輞裝配成車輪，輸入各部分密度后，經(jīng)PRO/E軟件估算輪胎轉(zhuǎn)動慣量。1.2 確定輪胎的剛度輪胎的剛度包括徑向剛度、側(cè)向剛度和切向剛度。輪胎的徑向剛度影響平順性，一般由負(fù)荷撓曲曲線上相當(dāng)于額定工況點的斜率來確定。通常這個曲線是從靜止輪胎測出的靜剛度。不過試驗表明，動剛度只比靜剛度小5%10%，并且變化最大的為斜交輪胎。切向剛度是常數(shù)，用于載重車、長

50、途汽車的子午線輪胎切向剛度約為9.8105N/m。切向剛度約為徑向剛度的40%60%。五、思考題五、思考題輪胎的剛度與阻尼是影響行駛平順性的主要結(jié)構(gòu)因素。各國學(xué)者對拖拉機輪胎的剛度和阻尼進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗研究，發(fā)現(xiàn)輪胎的徑向剛度與輪胎截面寬度、輪輞直徑、使用年限和充氣壓力有關(guān)。英國的Lines & Murphy 給出了計算拖拉機輪胎徑向剛度的經(jīng)驗公式： （1）172 1.775.634/10000skDAWDP式中，Ks輪胎徑向剛度；D輪輞直徑，in;A輪胎使用年數(shù)，年；W輪胎截面寬度，in;P輪胎充氣壓力，kPa。表 1 輪胎參數(shù)型號W/inD/inA/年P(guān)/kPa前輪16.9-2816.9