实验二 单摆机构的动力学模拟
一、实验目的
1．掌握多体动力学分析软件ADAMS 中实体建模方法；
2．掌握ADAMS 中施加约束和驱动的方法；
3．计算出单摆运动的位移、速度和加速度。
二、实验设备和工具
1．ADAMS 软件；
2．CAD/CAM机房。
三、实验原理
按照单摆机构的实际工况，在软件中建立相应的几何及约束模型，即按照单摆机构的实际尺寸，建立单摆几何实体模型；把摆臂和大地之间的实际连接简化成铰连接，从而在软件中建立其连接副模型；按照摆臂初始运动的参数，如初始转角和转速建立相应的驱动模型；然后利用计算机进行动力学模拟，从而可以求得摆臂在实际工况下的任何时间、任何位置所对应的位移、速度加速度，以及摆臂和大地铰接点处的约束反力等一系列参数。
四、实验步骤
1．问题描述
图2-1为单摆机构简图，AB 为匀质杆，质量2kg ，长450mm ，A 点铰接固定，杆AB 在垂直平面内摆动，求当θ=30度时，角速度为3rad/s时，铰接点A 处的支撑力。
2. 运行ADAMS
2.1 通过开始程序菜单运行ADAMS2005，或直接双击桌面图标，运行ADAMS2005；
2.2 出现ADAMS 界面，选择Create a new model；
2.3 确认Gravity （重力）文本框中是Earth Normal(-Global Y),Units(单位) 文本框
中是MM ，K ，S ，确认后单击OK 按钮；
2.4 在Settings 下拉菜单中选择Working Grid ，系统打开参数设置对话框，在spacing 栏，X 和Y 都输入25mm 。
3. 建立几何模型
3.1 用鼠标右键单击几何工具箱，弹出级联图标，用鼠标左键选中杆件图标；
3.2 系统打开参数设置对话框，如图2-2所示，确认在工具箱下方文本框中显示New Part。选中Length 选项，输入45.0cm ，即摆臂长度。选种width 选项，输入2.0cm ，选中Depth 选项，输入2.75cm ；
3.3 按F4打开坐标框，鼠标单击（-225，0，0）作为摆臂的左侧起点，然后单击右侧水平方向任一点，ADAMS 自动生成摆臂，如图2-3所示；
图 2-2 参数设置对话框
图2-3摆臂
4. 设置模型参数
4.1 设置摆臂质量
鼠标右键单击摆臂Part_2，在右键打开的快捷菜单中选择Modify ，弹出修改对话框，在Define mass by栏中选择User Input.，在Mass 栏输入2.0，单击OK 按钮。
4.2. 设置摆臂位置
（1）在工具箱中选择定位图标。系统打开参数设置对话框，在Angle 栏输入30，此时摆臂高亮显示；
（2）点击顺时针箭头，摆臂转向与水平方向成30度，如图2-4所示。
图2-4 转动摆臂位置
5. 建立单摆支点
5.1 在主工具箱中选择铰接副。系统打开参数设置对话框，确认在工具箱下方的Construction 文本框中显示1Location 和Normal to Grid；
5.2 鼠标左键点击摆臂的左端点PART_2.MARKER_1；
5.3 在大地和摆臂之间生成一个铰接支点，如图2-5所示。
6. 设置初始运动 图2-5 建立铰接点
6.1 鼠标右键点击摆臂，在打开的右键快捷菜单中选择Modify 命令，系统打开修改对话框，在Category 项选择Velocity Initial Conditions；
6.2 在Angular velocity about项选择Part CM；
6.3 在下面的选项中选择Z 轴，并输入3.0r 。输入完成后单击OK 按钮。
7. 验证模型
7.1通过验证模型可以发现建模过程中的错误，ADAMS 会自动检测一些错误，如为连接的约束，动力系统中无质量的部件，无约束的部件等。并给出警告可能引发的问题。
7.2 在ADAMS 窗体的右下角，用鼠标右键点击Information
按钮
7.3 在弹出的级联图标中选择Verification 图标。 ，弹出信息窗口。
模型验证无误后，关闭信息窗口。模型建立完成后，对模型进行仿真。
8. 设置A 点支撑力的测量
8.1 鼠标右键点击单败A 点，选择JOINT_1然后选择Measure ，弹出铰接测量对话框，在Characteristic 栏选择Force, component栏选择mag （幅值）。设定完毕单击OK 按钮；
8.2 出现一个空白测量窗口。
9 运行仿真
图2-6 单摆转角测量曲线
9.1 点击工具箱中仿真图标
5.0，Step 设为50。
9.2 点击开始按钮，系统打开参数设置对话框，将End Time 设为，单摆开始摆动，测量曲线如图2-6所示。
10. 获得支承反力
10.1 在测量窗口的空白处点鼠标右键，选择Plot:scht1—transfer to full plot，如图2-7所示，在ADAMS/Postprocessor环境下绘制测量曲线；
10.2 选择plot Tracking 图标。要求计算时的条件即为开始仿真时的条件，把鼠标置于仿真曲线的开始位置；
10.3 窗口顶端，X 为仿真时间，y 为支撑力，即要计算的支撑力，结果显示为10.72N 。
五、思考题
移、速度和加速度？ 图2-7 铰接点处作用反力测量曲线 1．请尝试在摆臂中心处设置测量点，并模拟出摆臂在该中心点处的运动位
2．设置单摆的初始位置和初速度不同时，请模拟出单摆的运动情况？
3. 进行动力学模拟时，参数End time和Steps 分别表示什么含义？
六、实验报告
按照以下要求递交实验报告
1．建模要求
把摆臂建模完成图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对作图过程作简要叙述。
2. 施加运动副和驱动要求
把单摆运动机构施加运动副和驱动完成的图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对施加的运动副和驱动作简要叙述。
3. 模拟结果要求
把摆臂的运动位移、速度、加速度模拟出来，抓其中1幅图，粘贴于实验报告中，并对模拟结果作简要的叙述。
实验二 单摆机构的动力学模拟
一、实验目的
1．掌握多体动力学分析软件ADAMS 中实体建模方法；
2．掌握ADAMS 中施加约束和驱动的方法；
3．计算出单摆运动的位移、速度和加速度。
二、实验设备和工具
1．ADAMS 软件；
2．CAD/CAM机房。
三、实验原理
按照单摆机构的实际工况，在软件中建立相应的几何及约束模型，即按照单摆机构的实际尺寸，建立单摆几何实体模型；把摆臂和大地之间的实际连接简化成铰连接，从而在软件中建立其连接副模型；按照摆臂初始运动的参数，如初始转角和转速建立相应的驱动模型；然后利用计算机进行动力学模拟，从而可以求得摆臂在实际工况下的任何时间、任何位置所对应的位移、速度加速度，以及摆臂和大地铰接点处的约束反力等一系列参数。
四、实验步骤
1．问题描述
图2-1为单摆机构简图，AB 为匀质杆，质量2kg ，长450mm ，A 点铰接固定，杆AB 在垂直平面内摆动，求当θ=30度时，角速度为3rad/s时，铰接点A 处的支撑力。
2. 运行ADAMS
2.1 通过开始程序菜单运行ADAMS2005，或直接双击桌面图标，运行ADAMS2005；
2.2 出现ADAMS 界面，选择Create a new model；
2.3 确认Gravity （重力）文本框中是Earth Normal(-Global Y),Units(单位) 文本框
中是MM ，K ，S ，确认后单击OK 按钮；
2.4 在Settings 下拉菜单中选择Working Grid ，系统打开参数设置对话框，在spacing 栏，X 和Y 都输入25mm 。
3. 建立几何模型
3.1 用鼠标右键单击几何工具箱，弹出级联图标，用鼠标左键选中杆件图标；
3.2 系统打开参数设置对话框，如图2-2所示，确认在工具箱下方文本框中显示New Part。选中Length 选项，输入45.0cm ，即摆臂长度。选种width 选项，输入2.0cm ，选中Depth 选项，输入2.75cm ；
3.3 按F4打开坐标框，鼠标单击（-225，0，0）作为摆臂的左侧起点，然后单击右侧水平方向任一点，ADAMS 自动生成摆臂，如图2-3所示；
图 2-2 参数设置对话框
图2-3摆臂
4. 设置模型参数
4.1 设置摆臂质量
鼠标右键单击摆臂Part_2，在右键打开的快捷菜单中选择Modify ，弹出修改对话框，在Define mass by栏中选择User Input.，在Mass 栏输入2.0，单击OK 按钮。
4.2. 设置摆臂位置
（1）在工具箱中选择定位图标。系统打开参数设置对话框，在Angle 栏输入30，此时摆臂高亮显示；
（2）点击顺时针箭头，摆臂转向与水平方向成30度，如图2-4所示。
图2-4 转动摆臂位置
5. 建立单摆支点
5.1 在主工具箱中选择铰接副。系统打开参数设置对话框，确认在工具箱下方的Construction 文本框中显示1Location 和Normal to Grid；
5.2 鼠标左键点击摆臂的左端点PART_2.MARKER_1；
5.3 在大地和摆臂之间生成一个铰接支点，如图2-5所示。
6. 设置初始运动 图2-5 建立铰接点
6.1 鼠标右键点击摆臂，在打开的右键快捷菜单中选择Modify 命令，系统打开修改对话框，在Category 项选择Velocity Initial Conditions；
6.2 在Angular velocity about项选择Part CM；
6.3 在下面的选项中选择Z 轴，并输入3.0r 。输入完成后单击OK 按钮。
7. 验证模型
7.1通过验证模型可以发现建模过程中的错误，ADAMS 会自动检测一些错误，如为连接的约束，动力系统中无质量的部件，无约束的部件等。并给出警告可能引发的问题。
7.2 在ADAMS 窗体的右下角，用鼠标右键点击Information
按钮
7.3 在弹出的级联图标中选择Verification 图标。 ，弹出信息窗口。
模型验证无误后，关闭信息窗口。模型建立完成后，对模型进行仿真。
8. 设置A 点支撑力的测量
8.1 鼠标右键点击单败A 点，选择JOINT_1然后选择Measure ，弹出铰接测量对话框，在Characteristic 栏选择Force, component栏选择mag （幅值）。设定完毕单击OK 按钮；
8.2 出现一个空白测量窗口。
9 运行仿真
图2-6 单摆转角测量曲线
9.1 点击工具箱中仿真图标
5.0，Step 设为50。
9.2 点击开始按钮，系统打开参数设置对话框，将End Time 设为，单摆开始摆动，测量曲线如图2-6所示。
10. 获得支承反力
10.1 在测量窗口的空白处点鼠标右键，选择Plot:scht1—transfer to full plot，如图2-7所示，在ADAMS/Postprocessor环境下绘制测量曲线；
10.2 选择plot Tracking 图标。要求计算时的条件即为开始仿真时的条件，把鼠标置于仿真曲线的开始位置；
10.3 窗口顶端，X 为仿真时间，y 为支撑力，即要计算的支撑力，结果显示为10.72N 。
五、思考题
移、速度和加速度？ 图2-7 铰接点处作用反力测量曲线 1．请尝试在摆臂中心处设置测量点，并模拟出摆臂在该中心点处的运动位
2．设置单摆的初始位置和初速度不同时，请模拟出单摆的运动情况？
3. 进行动力学模拟时，参数End time和Steps 分别表示什么含义？
六、实验报告
按照以下要求递交实验报告
1．建模要求
把摆臂建模完成图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对作图过程作简要叙述。
2. 施加运动副和驱动要求
把单摆运动机构施加运动副和驱动完成的图抓图1幅，粘贴于实验报告中，并对施加的运动副和驱动作简要叙述。
3. 模拟结果要求
把摆臂的运动位移、速度、加速度模拟出来，抓其中1幅图，粘贴于实验报告中，并对模拟结果作简要的叙述。