曲柄连杆机构运动学仿真

沈阳理工大学课程设计

课程设计任务书

学 院 学生姓名 课程设计题目 要求： 1． 掌握应用CATIA软件进行三维建模的能力，模型建立要正确。 2． 掌握应用ADAMS软件进行运动学分析的能力，运动副及约束的添加要正确，仿真结果要合理 3． 对分析结果进行分析及说明。 4． 课程设计说明书的内容和格式要符合相关管理文件规定。 汽车与交通学院 专 业 班级学号 车辆工程 曲柄连杆机构运动学仿真（1缸） 任务：应用CATIA软件完成曲柄连杆机构建模，利用ADAMS软件完成曲柄连杆机构的运动学分析，并完成课程设计说明书。 工作计划：应用CATIA软件作为设计工具，完成曲柄连杆机构的建模，并利用ADAMS进行曲柄连杆机构运动学分析。要求正确完成曲柄连杆机构的建模，并将模型导入到ADAMS中完成运动学分析。对分析结果进行必要的说明。 进度安排： 1、 理解题目要求，查阅资料，学习软件，确定设计方案 1天 2、 曲柄连杆机构的实体建模 4天 3、 曲柄连杆机构的运动学仿真 3天 4、 说明书撰写 1天 5、 答辩 1天 指导教师： 专业负责人： 学院教学副院长： 201 年 月 日 201 年 月 日 201 年 月 日 I

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目 录

1 绪论 ....................................................................................................................... 错误！未定义书签。 1.1 CATIA V5软件介绍 ................................................................................... 错误！未定义书签。 1.2 ADAMS软件介绍 .......................................................................................... 错误！未定义书签。 1.3 SIMDESIGNER软件介绍 ................................................................................ 错误！未定义书签。 1.4 本次课程设计的主要内容及目的 ........................................................ 错误！未定义书签。 2 曲柄连杆机构的建模 ...................................................................................... 错误！未定义书签。 2.1 活塞的建模 .................................................................................................. 错误！未定义书签。 2.2 活塞销的建模 .............................................................................................. 错误！未定义书签。 2.3 连杆的建模 ................................................................................................... 错误！未定义书签。 2.4 曲轴的建模 .................................................................................................. 错误！未定义书签。 2.5 汽缸体的建模 .............................................................................................. 错误！未定义书签。 3 曲柄连杆机构的装配 ...................................................................................... 错误！未定义书签。 3.1 将各部件导入CATIA装配模块并利用约束命令确定位置关系错误！未定义书签。 4 曲柄连杆机构导入ADAMS .............................................................................. 错误！未定义书签。 4.1 曲柄连杆机构各个零部件之间运动副分析 .................................... 错误！未定义书签。 4.2 曲柄连杆机构各个零部件之间运动副建立 .................................... 错误！未定义书签。 4.3 曲柄连杆机构导入ADAMS ....................................................................... 错误！未定义书签。 5 曲柄连杆机构的运动学分析 ........................................................................ 错误！未定义书签。 结束语 ......................................................................................................................... 错误！未定义书签。 参考文献 ..................................................................................................................... 错误！未定义书签。

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1 绪论

1.1 CATIA V5软件介绍

CATIA V5(Computer-graphics Aided Three-dimensional Interactive Application)是法国Dassault公司于1975年开发的一套完整的3D CAD/CAM/CAE一体化软件。它的内容涵盖了产品概念设计、工业设计、三维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成、生产加工成产品的全过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计与分析、人机交换等实用模块。CATIA V5不但能保证企业内部设计部门之间的协同设计功能而且还可以提供企业整个集成的设计流程和端对端的解决方案。CATIA V5大量应用于航空航天、汽车及摩托车行业、机械、电子、家电与3C产业、NC加工等领域。

由于其功能的强大而完美，CATIA V5已经成为三维CAD/CAM领域的一面旗帜和争相遵从的标准，特别是在航空航天、汽车及摩托车领域。法国的幻影2000系列战斗机就是使用CATIA V5进行设计的一个典范；波音777客机则使用CATIA V5实现了无图纸设计。另外，CATIA V5还用于制造米其林轮胎、伊莱克斯电冰箱和洗衣机、3M公司的粘合剂等。CATIA V5不仅给用户提供了详细的解决方案，而且具有先进的开发性、集成性及灵活性。

CATIA V5的主要功能有：三维几何图形设计、二维工程蓝图绘制、复杂空间曲面设计与验证、三维计算机辅助加工制造、加工轨迹模拟、机构设计及运动分析、标准零件管理。

1.2 ADAMS软件介绍

ADAMS即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，该软件是美国MDI公司(Mechanical Dynamics Inc.)开发的虚拟样机分析软件。目前，ADAMS己经被全世界各行各业的数百家主要制造商采用。根据1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元、占据了51%的份额。

ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS软件的仿真可用于预测机械系统的性能、运动范围、

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碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。

ADAMS一方面是虚拟样机分析的应用软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口，可以成为特殊行业用户进行特殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS软件有两种操作系统的版本：UNIX版和Windows NT/2000版。

1.3 SimDesigner软件介绍

SimDesigner for CATIA V5 系列产品是构建于CAA V5的体系结构上，并与Dassault Systemes公司达成密切合作伙伴关系而开发。

Simdesigner使CATIA用户能够以集成和可扩展的方式获取MSC.Software公司仿真工具和技术，从而在整个产品生命周期中减少设计和物理试验的成本。

SimDesigner for CATIA V5产品家族由创成式（Generative）产品系列、接口类产品系列、垂直应用产品系列和针对特定学科的配置组成。

SimDesigner 创成式产品系列将MSC.Software仿真解决方案无缝集成到CAD环境中，侧重于对产品。

进行多学科综合的特性评估， 例如结构线性、动力学、热、结构非线性等。 SimDesigner 接口类产品系列在CATIA环境与客户所拥有的独立的VPD产品之间提供了无缝的双向链接。 SimDesigner 垂直应用类产品可以在CATIA V5环境下进行产品评估及流程知识的捕获、存储和重新利用，这些知识涉及产品制造、测试和验证等各个方面。

SimDesigner当前提供了三个产品配置，为解决特定类型的相关问题提供了一组分析产品。

1.4 本次课程设计的主要内容及目的

本次课程设计主要内容：利用CATIA软件中的零件设计模块对曲柄连杆机构的所有零件进行建模，然后利用软件的装配模块把曲柄连杆机构的所有组成零件按照一定的位置关系进行装配，最后利用ADAMS软件对曲柄连杆机构进行运动学仿真和分析。

本次课程设计的主要目的：通过完成以上的内容，对CATIA软件零件设计模块、装配模块和ADAMS软件运动仿真及分析的应用有了更加深入的了解，对软件的操作更加熟练，最终达到熟练掌握这门软件的目的。

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