車輛動力學基礎實驗指導書姓名班級學號南京農業大學工學院機械工程系機械設計教研室編2013年1月TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"實驗一曲柄滑塊機構的動力學模擬1\o"CurrentDocument"實驗二單擺機構的動力學模擬9\o"CurrentDocument"實驗三彈簧陽尼器機構的動力學模擬15\o"CurrentDocument"實驗四一輪胎的動力學模擬23\o"CurrentDocument"實驗五車輛的平而模型31參考書目：ADAMS2005機械設計高級應用實例鄭凱等編機械工業出版社ADAMS實例教程李軍等編北京理工大學出版社ADAMS虛擬樣機技術入門與提高鄭建榮編機械工業出版社虛擬樣機技及其在ADAMS的實踐王國強編西北工業大學出版社實驗曲柄滑塊機構的動力學模擬一、實驗目的實驗曲柄滑塊機構的動力學模擬初步掌握多體動力學分析軟件ADAMS中實體建模方法；初步掌握ADAMS中施加約束和驅動的方法；計算出在該驅動作用下滑塊運動的位移、速度和加速度。二、實驗設備和工具ADAMS軟件；CAD/CAM機房。三、實驗原理按照曲柄滑塊機構的實際工況，在軟件中建立相應的幾何、約束及驅動模型，即按照曲柄滑塊機構的實際尺寸，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；把曲柄的驅動運動建立相應的驅動模型；然后利用計算機進行動力學模擬，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、任何位置所對應的位移、速度加速度，以及約束反力等一系列參數。四、實驗步驟啟動ADAMS/View程序1.1在windowsXP的開始啟動，選擇所有程序，再選擇are，然后選擇2005中的Aview，啟動ADAMS/View程序；1.2在歡迎對話框，選擇Createanewmodel項；在模型名稱欄輸入pistonpump；重力設置選擇EarthNormal參數；單位設置選擇MKS系統（M，KG，N，SEC，DEG，H）；1.3選擇OK按鈕。檢查和設置建?；经h境2.1檢查默認單位系統在Settings菜單中選擇Units命令，顯示單位設置對話框，當前的設置應該為M，KG，S系統。2.2設置工作柵格（1）在Settings菜單，選擇WorkingGrid命令，顯示設置工作柵格對話框;（2）設置SizeX=2.0，SizeY=1.0，SpacingX=0.05，ShowWorkingGrid=on；（3）選擇OK按鈕。2.3動態調整活動窗口在主工具箱中，選擇工具何.，在窗口內上下拖動鼠標，使之顯示整個工作柵格。2.4設置圖標在Settings菜單，選擇Icons命令，顯示圖標設置對話框；在NewSize欄輸入0.1；選擇OK按鈕。2.5檢查重力設置在Settings菜單，選擇Gravity命令，顯示設置重力加速度對話框；當前的重力設置應該為X=0，Y=-9.80665，Z=0，Gravity=ON；選擇OK按鈕。2.6設置ADAMS默認存盤目錄。在File菜單，選擇SelectDirectory欄，顯示尋找目錄對話框；輸入要存盤的路徑，選擇OK按鈕。幾何建模3.1按F4鍵，顯示坐標窗口。3.2定義連接點鼠標右擊主工具箱的幾何建模工具集，選取定義點工具一一；選擇參數；AddtoGround，Don’tattach；按照表1-1所示的坐標，分別定義A、B、C點。表1-1定義連接點及坐標坐標點變量名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汪圣（2）在參數設置欄，設置NewPart；Length=ON，Length=0.1；Radius=ON，Radius=0.3；（3）用鼠標選擇POINT_1點為起始繪圖點，拖動鼠標，此時可以看見幾何形體隨鼠標拖動改變方向。釋放鼠標鍵，完成圓盤形體建模；（4）改變圓盤方向。用鼠標選擇屏幕上無對象處，放棄當前對圓盤的選擇;將鼠標置于點（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?？梢钥匆妶A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NewName欄，將PART_1改為wheel，選擇OK按鈕；（7）設置圓盤物理性質。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Definemassby欄，選擇GeometryandDensity，Density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，選取連桿建模工具洗；（2）在參數設置欄，選擇NewPart；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POINT_3，釋放鼠標鍵，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NewName欄，將PRAT_1改為handle，選擇OK按鈕；（5）設置連桿物理性質。在連桿處，顯示彈出式菜單選擇handle，再選擇Modify，顯示修改對話框；在Definemassby欄，選擇UserInput；輸入：Mass=65，選擇OK按鈕。3.5滑塊幾何建模（1）在幾何建模工具集，選取立方體建模工具了；（2）在參數設置欄，選擇NewPart；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，拖動鼠標點（1.55,0.15,0），釋放鼠標鍵，產生滑塊幾何模型；（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｛1.15，-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NewName欄，將PRAT_1改為piston，選擇OK按鈕；（6）設置滑塊物理性質。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Definemassby欄，選擇GeometryandMaterialType；在MaterialType欄中右擊顯示彈出式菜單，選擇Material，再選擇Browse，顯示數據庫瀏覽器，選擇Brass，選擇OK按鈕。施加運動副和驅動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^^；在參數設置欄，選擇1Location，NormalToGrid；選擇POINT_1點，完成設置。（2）添加圓盤與連桿鉸接副。連接工具集，選擇鉸接副?;在參數設置欄，選擇2-Bod-1Loc，NormaltoGrid；依次選擇：圓盤、連桿、POINT_2，完成設置。（3）添加連桿與滑塊鉸接副。連接工具集，選擇鉸接副?;在參數設置欄，選擇2-Bod-1Loc，NormaltoGrid；依次選擇：連桿、滑塊、POINT_3，完成設置。4.2仿真觀看當前模型的運動情況（1）在主工具箱，選擇仿真工具；（2）在主工具箱參數設置欄，選擇Dynamic，取EndTime=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，選擇棱柱副工具叫。（2）在主工具箱參數設置欄，選擇2-Bod-1Loc，PickFeatureo（3）依次選擇：滑塊、地面、POINT_3、方向指向圓盤，完成設置。4.5定義圓盤的運動（1）在主工具箱的運動工具集，選擇旋轉運動工具圖標WB，顯示定義旋轉運動對話框；（2）在Setup欄，輸入360；選擇JOINT_1，完成轉速設置。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:AddtoGround，Don’tattach，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!…&顯示施加力對話框。（3）在參數設置區，輸入和選擇：Direction=SpaceFixed；Construction=PickFeature；Characteristic=Custom。FORCE_1=ON，FORCE=10000（4）依次選擇：滑塊、點POINT_4（1.55,0，0）和鼠標箭頭指向圓盤方向；設置FORCE_1同時顯示修改力對話框。（5）保存曲柄滑塊機構模型。在File菜單，選擇SaveDatabaseo當前模型的軸測視圖如圖1-1所示：圖1-1曲柄滑塊機構模型對曲柄滑塊機構進行仿真分析5.1仿真分析（1）在主工具箱，選擇仿真工具目。（2）在主工具箱參數設置欄，選擇Dynamic，取EndTime=2.5，Steps=200。建立測量（滑塊的位移、速度、加速度）（1）鼠標右鍵單擊需要測量的部件，系統打開右鍵快捷菜單，選擇Measure；（2）系統打開參數對話框，如圖1-2，將Characteristic設為CMPosition，Component設為X，測量X向位移;（3）點擊Apply，出現空白的測量窗口；（4）重復上述步驟，將Characteristic設為CMVelocity，新建測量速度；（5）重復上述步驟，將Characteristic設為CMAcceleration，新建測量加速度；，PartMeasure區MeasureName:Part:Characteristic:一qubing.piston_MEA_1pistonCMposition二|ComponertXrYCZrmasCartesian二|From/At:.qubing.piston,cmgroundOrientation...Representcoordinatesin;QCreateStripChart目亶!邱』Appb|匚曰ncml|圖1-2設置參數（6）建立的測量窗口后，點擊工具箱中的仿真圖標目，按照先前的設置進

行仿真，仿真結果如圖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1-3仿真結果五、思考題建模時首先建立了工作柵格，工作柵格的作用是什么？建模時輸入的坐標是相對于哪個坐標而言的，該坐標系在ADAMS軟件中對應的是何名稱？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、實驗報告按照以下要求遞交實驗報告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。施加運動副和驅動要求把運動機構施加運動副和驅動完成的圖抓圖1幅，粘貼于實驗報告中，并對施加的運動副和驅動作簡要敘述。模擬結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，粘貼于實驗報告中，并對模擬結果作簡要的敘述。實驗二單擺機構的動力學模擬一、實驗目的掌握多體動力學分析軟件ADAMS中實體建模方法；掌握ADAMS中施加約束和驅動的方法；計算出單擺運動的位移、速度和加速度。二、實驗設備和工具ADAMS軟件；CAD/CAM機房。三、實驗原理按照單擺機構的實際工況，在軟件中相應的幾何及約束模型，即按照單擺機構的實際尺寸，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，如初始轉角和轉速建立相應的驅動模型；然后利用計算機進行動力學模擬，從而可以求得擺臂在實際工況下的任何時間、任何位置所對應的位移、速度加速度，以及擺臂和大地鉸接點處的約束反力等一系列參數。四、實驗步驟問題描述圖2-1為單擺機構簡圖，AB為勻質桿，質量2kg，長450mm，A點鉸接固定，桿AB在垂直平面內擺動，求當。=30度時，角速度為3rad/s時，鉸接點A處的支撐力。圖2-1單擺機構簡圖運行ADAMS

2.1通過開始程序菜單運行ADAMS2005，或直接雙擊桌面圖標，運行ADAMS2005；出現ADAMS界面，選擇Createanewmodel；確認Gravity（重力）文本框中是EarthNormal（-GlobalY）,Units（單位）文本框中是MM，K，S，確認后單擊OK按鈕；2.4在Settings下拉菜單中選擇WorkingGrid，系統打開參數設置對話框，在spacing欄，X和Y都輸入25mm。3.建立幾何模型3.1用鼠標右鍵單擊幾何工具箱，彈出級聯圖標，用鼠標左鍵選中桿件圖標援;3.2系統打開參數設置對話框，如圖2-2所示，確認在工具箱下方文本框中顯示NewPart。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打開坐標框，鼠標單擊（-225,0，0）作為擺臂的左側起點，然后單擊右側水平方向任一點，ADAMS自動生成擺臂，如圖2-3所示;圖2-2參數設置對話框圖2-3擺臂設置模型參數圖2-2參數設置對話框圖2-3擺臂4.1設置擺臂質量鼠標右鍵單擊擺臂Part_2，在右鍵打開的快捷菜單中選擇Modify，彈出修改對話框，在Definemassby欄中選擇UserInput.，在Mass欄輸入2.0，單擊OK按鈕。4.2.設置擺臂位置（1）在工具箱中選擇定位圖標口?。系統打開參數設置對話框，在Angle欄輸入30，此時擺臂高亮顯示；（2）點擊順時針箭頭，擺臂轉向與水平方向成30度，如圖2-4所示。圖2-4轉動擺臂位置建立單擺支點5.1在主工具箱中選擇鉸接副幻。系統打開參數設置對話框，確認在工具箱下方的Construction文本框中顯示1Location和NormaltoGrid；5.2鼠標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。

設置初始運動6.1鼠標右鍵點擊擺臂，在打開的右鍵快捷菜單中選擇Modify命令，系統打開修改對話框，在Category項選擇VelocityInitialConditions；6.2在Angularvelocityabout項選擇PartCM；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。驗證模型7.1通過驗證模型可以發現建模過程中的錯誤，ADAMS會自動檢測一些錯誤，如為連接的約束，動力系統中無質量的部件，無約束的部件等。并給出警告可能引發的問題。7.2在ADAMS窗體的右下角，用鼠標右鍵點擊Information按鈕i。7.3在彈出的級聯圖標中選擇7.3在彈出的級聯圖標中選擇Verification圖標模型驗證無誤后，關閉信息窗口。模型建立完成后，對模型進行仿真。8.設置A點支撐力的測量8.1鼠標右鍵點擊單敗A點，選擇JOINT_1然后選擇Measure，彈出鉸接測量對話框，在Characteristic欄選擇Force,component欄選擇mag（幅值）。設定完畢單擊OK按鈕；8.2出現一個空白測量窗口。9運行仿真圖2-6單擺轉角測量曲線9.1點擊工具箱中仿真圖標◎，系統打開參數設置對話框，將EndTime設為0.5,Step設為50。圖2-6單擺轉角測量曲線9.2點擊開始按鈕?.".，單擺開始擺動，測量曲線如圖2-6所示。10.獲得支承反力10.1在測量窗口的空白處點鼠標右鍵，選擇Plot:scht1—transfertofullplot，如圖2-7所示，在ADAMS/Postprocessor環境下繪制測量曲線；10.2選擇plotTracking圖標要求計算時的條件即為開始仿真時的條件，把鼠標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，結果顯示為10.72N。pendulum10.0-■1JJ2.03.0TmeCmc]5.0-DOAnalysis:Lftst_Run圖10.0-■1JJ2.03.0TmeCmc]5.0-DOAnalysis:Lftst_Run五、思考題請嘗試在擺臂中心處設置測量點，并模擬出擺臂在該中心點處的運動位移、速度和加速度？設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？進行動力學模擬時，參數Endtime和Steps分別表示什么含義？六、實驗報告按照以下要求遞交實驗報告建模要求把擺臂建模完成圖抓圖1幅，粘貼于實驗報告中，并對作圖過程作簡要敘述。施加運動副和驅動要求把單擺運動機構施加運動副和驅動完成的圖抓圖1幅，粘貼于實驗報告中，并對施加的運動副和驅動作簡要敘述。模擬結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，并對模擬結果作簡要的敘述。實驗三彈簧阻尼器機構的動力學模擬一、實驗目的掌握多體動力學分析軟件ADAMS中實體建模方法；掌握ADAMS中施加約束和驅動的方法；計算出彈簧阻尼機構運動時，彈簧振子的位移、速度、加速度和彈簧位移與彈簧力的對應關系。二、實驗設備和工具ADAMS軟件；CAD/CAM機房。三、實驗原理按照彈簧阻尼器機構的實際工況，在軟件中建立相應的幾何、約束及驅動模型，即按照彈簧阻尼器機構的實際尺寸，建立彈簧、阻尼器和質量塊的幾何實體模型；質量塊的運動為上下作自由衰減運動，可以理論簡化為在質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量塊上；然后利用計算機進行動力學模擬，從而可以求得質量塊在彈簧阻尼器連接下任何時間、任何位置所對應的位移、速度加速度，以及彈簧中位移和彈性恢復力之間的對應關系等一系列參數，變換彈簧、阻尼器和質量塊的參數可以進行多次不同狀態下的模擬。四、實驗步驟M：187.224KgK：5.0N/mmC：0.05N-sec/mmL0：400mmF0：0問題描述圖3-1為彈簧阻尼器機構簡圖，M為振子，質量為187.224kg；彈簧剛度K=5N/mm，阻尼器阻尼為C=0.05N/mm，彈簧空載長度為400mm，求當彈簧阻尼機構振動時，鉸接點A處的支撐力。啟動ADAMS運行ADAMS2005，在歡迎界面中，選擇Createanewmodel,Modelname輸入spring_mass；確認Gravity(重力)文本框中是EarthNormal(-GlobalY)，Units(單位)文本框中是MMKS(mm,kg,N,s,deg)。建立幾何模型3.1單擊F4顯示坐標窗口；3.2在主工具箱中選擇Box工具按鈕其建立一質量塊，用默認尺寸即可；3.3在屏幕任意位置點擊鼠標創建質量塊；3.4右鍵點擊質量塊，選擇part_2，然后選擇Rename，更名為mass；3.5右鍵點擊質量塊，選擇mass，然后選擇Modify。在打開的對話框中修改Definemassby項為UserInput，在Mass欄輸入187.224；3.6選擇右視圖按鈕;回查看質量塊的位置，進行調整柵格位于質量塊的中心。選擇Edit菜單下的Move項，在對話框中選擇Relocatethe項為Part，右鍵點擊右側文本框選擇Part，出現Guesses然后選擇mass，如圖3-2所示。圖3-2選擇移動質量塊3.7在Translate下方的數字欄中輸入-100，或者輸入100再單擊前面的按鈕之，如圖3-3所示；

圖3-3移動對話框3.8設置完畢后，單擊Z軸方向按鈕，使質量塊中心位于工作柵格位置，選擇正視按鈕3,顯示柵格便于建模；施加運動副為了確保質量塊的運動只沿Y軸移動，添加一平動副。選擇工具箱中的平動副按鈕涉，選擇質量塊和大地為對象，Y軸為運動方向。如圖3-4所圖3-4添加平動副設置彈簧和阻尼器參數5.1選擇工具欄中的彈簧阻尼器按鈕拈”，設置參數：K=ON，K=5.0；C=ON，C=0.05；5.2設置完畢，選擇質量塊中心點，以及點擊沿Y軸向上400mm的位置，即

相當于與大地建立彈簧連接，如圖3-5所示;圖3-5建立彈簧阻尼器模型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Measuredistance,在測量對話框中FirstMarkerName欄單擊鼠標右鍵，選擇position然后選擇pick，選擇質量塊的中心點，在secondMarkerName欄單擊鼠標右鍵，選擇position然后選擇pick，選擇彈簧的上頂點R_5；5.4設置完畢，單擊OK按鈕。測量信息窗口如圖3-6，Y軸距離為-400mm。圖3-6測量信息窗口對彈簧阻尼器機構仿真分析lionoil6.1測量靜平衡時彈簧力的大小，選擇工具箱中的仿真按鈕，選擇工具箱下側的計算靜平衡按鈕W,計算成功會出現提示。6.2計算完畢單擊返回按鈕坦，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MeasureName欄輸入spring_force，單擊OK按紐，建立一測量力的窗口。為了只測量力的大小，在測量窗口內單擊鼠標右鍵并選擇Measuremodify，在修改力函數對話框中加上絕對值函數ABS()，如圖3-7所示；圖3-7修改測量力函數6.3根據彈簧力測量曲線，起始位置即靜平衡時彈簧力為1836N，即質量塊的重力：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Measurename輸入spring_displace,Characteristic選擇Deformation，建立空白的位移測量窗口；

圖3-8彈簧力測量曲線183G.25-6.5選擇工具箱中的仿真按鈕，設置仿真時間EndTime為2,Steps為50,開始仿真，位移曲線如圖3-9所示;3MO.O-SOOD-20100-1SDDCI-圖3-9彈簧變形曲線圖3-10測量曲線參數設置圖3-8彈簧力測量曲線183G.25-3MO.O-SOOD-20100-1SDDCI-圖3-9彈簧變形曲線圖3-10測量曲線參數設置6.6在力測量曲線窗口空白處單擊鼠標右鍵，選擇plot:scht1---Transfertofullplot，切換到ADAMS/Postprocessor窗口。6.7單擊clearplot按鈕清除窗口內的曲線。在Resultset選項中選擇spring_force下，選擇component下的Q分量。如圖3-10所示；6.8在IndependentAxis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。圖3-11選擇IndependentAxis6.9單擊Addcurves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。SPRW^J^sprjng_torcs.'S!EPF1NGJ_sptin0_disrtKeQMOCEL120OTO-圖3-12力與位移的關系曲線五、思考題SPRW^J^sprjng_torcs.'S!EPF1NGJ_sptin0_disrtKeQMOCEL120OTO-圖3-12力與位移的關系曲線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，對結果會不會產生影響？請嘗試變換彈簧、阻尼器和質量塊的參數，進行模擬？變換阻尼器的參數，進行模擬，當阻尼器的值設置大到一定程度后，彈簧阻尼器機構模擬時會產生什么情況？六、實驗報告按照以下要求遞交實驗報告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。施加運動副和驅動要求把彈簧阻尼器運動機構施加運動副和驅動完成的圖抓圖1幅，粘貼于實驗報告中，并對施加的運動副和驅動作簡要敘述。模擬結果要求把質量塊的運動位移、速度、加速度和彈簧中位移和彈性恢復力之間的對應關系模擬出來，分別抓圖1幅，粘貼于實驗報告中，并對模擬結果作簡要的敘述。實驗四輪胎的動力學模擬一、實驗目的掌握多體動力學分析軟件ADAMS中輪胎建模方法；掌握ADAMS中施加約束和驅動的方法；計算出輪胎的質量、剛度、阻尼和地面對輪胎的作用力。二、實驗設備和工具PRO/E軟件；ADAMS軟件2.CAD/CAM機房。三、實驗原理輪胎的力學特性分類如圖4-1所示。輪胎力學特性包括輪胎靜態特性和輪胎動態特性。從輪胎的運動狀態來分，輪胎動態特性可分為穩態特性和非穩態特性；從輪胎力的作用方向來分，輪胎動態特性又可分為側偏特性（轉向特性）、縱滑特性（驅動/制動特性）、側傾特性、垂直振動特性、包容特性及復合滑移特性等。從輪胎運動狀態來分穩態特性I非穩態特性平面外特性輪胎力學特征I從輪胎運動狀態來分穩態特性I非穩態特性平面外特性輪胎力學特征I從輪胎力＜

作用方向

來分平面內特性V復合滑移特性?側偏特性〈轉偏特性、側滑特性輪胎力學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上建立對輪胎力學特性的數學描述。即描述輪胎的六分力與車輪運動參數之間的數學關系，描述輪胎在特定的工作條件下的輸入和輸出之間的關系。輪胎的結構參數和力學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、側向力和回正力矩對汽車的平順性、操縱穩定性和安全性起重要作用。輪胎模型對車輛動力學仿真技術的發展及仿真計算結果有很大影響，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重要的。由于輪胎具有結構的復雜性和力學性能的非線性，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鍵。輪胎建模的方法分為三種：1）經驗一半經驗模型針對具體輪胎的某一具體特性。目前廣泛應用的有MagicFormula公式和吉林大學郭孔輝院士利用指數函數建立的描述輪胎六分力特性的統一輪胎半經驗模型UniTire，其主要用于車輛的操縱動力學的研究。2）物理模型根據輪胎的力學特性，用物理結構去代替輪胎結構，用物理結構變形看作是輪胎的變形。比較復雜的物理模型有梁、弦模型。特點是具有解析表達式，能探討輪胎特性的形成機理。缺點是精確度較經驗一半經驗模型差，且梁、弦模型的計算較繁復。3）有限元模型基于對輪胎結構的詳細描述，包括幾何和材料特性，精確的建模能較準確的計算出輪胎的穩態和動態響應。但是其與地面的接觸模型很復雜，占用計算機資源太大，在現階段應用于不平路面的車輛動力學仿真還不現實，處于研究階段。主要用于輪胎的設計與制造一）ADAMS/TIRE輪胎不是剛體也不是柔體，而是一組數學函數。由于輪胎結構材料和力學性能的復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缺點和適用的范圍。必須根據需要選擇合適的輪胎模型。ADAMS/TIRE分為兩大類：用于操穩分析的輪胎模型魔術公式是用三角函數的組合公式擬合輪胎試驗數據，用一套形式相同的公式完整地表達輪胎的縱向力、側向力、回正力矩、翻轉力矩、阻力矩以及縱向力、側向力的聯合作用工況，主要包括以下的前四種模型。1）魔術公式輪胎模型（MF—Tyre）根據仿真工況的不同可在穩態和非穩態之間切換模型，考慮了輪胎高速旋轉時陀螺耦合、側偏和縱滑的相互影響，外傾對側偏和縱滑的影響。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教授根據其發布年命名的，是穩態側偏模型，不能用于非穩態工況。適用范圍：有效頻率到0.5Hz，當與2D路面作用時是點接觸；當與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的后期發展，PAC2002和MF—Tyre具有相同的功能，但改善了模型的翻轉力矩，已經取代了MF—Tyre。適用范圍：有效頻率到8Hz，主要用于操穩的仿真分析。4）PACMC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模型是彈性基礎上的梁模型，不考慮外傾和松弛長度。當不把內傾角作為主要因數且把縱向滑移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果。適用范圍：有效頻率到0.5Hz，可以用于二維和三維路面，當與2D路面作用時是點接觸；當與3D路面作用時，等效貫穿體積的方法來計算垂直力。6）UA模型考慮了非穩態效果，通過摩擦圓考慮了側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早期發布的輪胎模型，現已很少使用。適用范圍：有效頻率到0.5Hz是點接觸模型，只能用于平路面。注：5.2.1輪胎模型使用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。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DurabilityTIRE，只能用Fiala模型計算操縱穩定性。除了上述兩類模型以外，還有環模型，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，是目前發展比較成熟和得到商業化應用的輪胎模型，其中具有代表性的是F-tire和SWIFT輪胎模型。SWIFT模型(ShortWaveIntermediateFrequencyTIREModel)SWIFT模型是由荷蘭Delft工業大學和TNO聯合開發的，是一個剛性環模型，在環模型的基礎上只考慮輪胎的0階轉動和1階錯動這兩階模態，此時輪胎只作整體的剛體運動而并不發生變形。在只關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，剛性環模型的計算效率大大提高，可用于硬件在環仿真進行主動懸架和ABS的開發。在處理面外動力學問題時，SWIFT使用了魔術公式?？捎糜谘芯恳恍碗s的工況，例如:不平路面的側偏和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，否則會應用以內插值替換的數據，采樣間隔一般為0.1?0.2m或者更大。FTireFTire模型是由德國Esslingen大學的MichaelGipser領導的小組開發的，從名字可以看到它是基于柔性環模型，即它從本質上來說是一個物理模型。FTire模型發布在虛擬樣機軟件ADAMS之中，引起了廣泛的關注和討論。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ADAMS11.0版本后，FTire模型作為MSC官方推薦的用于車輛的平順性、耐久性以及操縱性仿真分析的輪胎模型。FTire模型的主要結構特征及特點有以下幾點：（1）彈性環不僅能描述輪胎的面內振動，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量的胎面單元；（2）輪輞與輪胎用徑、切、側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速的變化而改變；（4）采用了復雜非線性的模型描述胎面橡膠的摩擦特性，即摩擦系數為壓力和滑移速度的函數；（5）可用于短波不平路面，即適應的波長小于輪胎接地印跡長度一半的障礙物。四、實驗步驟輪胎模型特性參數的獲取1.1估算轉動慣量根據負荷和使用要求選用輪胎型號為：275/70R22.5，質量為100kg，利用Pro/E軟件建立輪胎的三維模型，估算轉動慣量。首先創建一個薄板特征，在薄板面上再作薄壁cut特征；選擇薄壁cut特征作陣列。菜單管理暑卜PART（零件）Feature1：特征;1kFEAT（特征）Create▼|▼FEATCLASS（特征類）Solid（實體）Surface（曲面）SheetMetal（銀金件）Composite（復合）Cosmetic（修飾）菜單管理暑卜PART（零件）Feature1：特征;1kFEAT（特征）Create▼|▼FEATCLASS（特征類）Solid（實體）Surface（曲面）SheetMetal（銀金件）Composite（復合）Cosmetic（修飾）UserDefined（用戶定義的）DataSharing（數據共享）Style（造型）Done/Return（完成潺回）▼SOLID（實體）Hole（JL）Shaft（軸眉）P.uund|：倒回角）Chamfer（倒角）5IW（內部減材料）匚成（切減材料）Protrusion（IlD材料）Neck（il刀揩）Fl，m*（凸移勤Rib（筋）5hell（殼）Pipe（管道）T脾己kI：扭曲）圖4-3在Feat菜單中選擇環形折彎，菜單管理暑卜PART（零件）Feature（特征）kFEAT（特征）▼FEATCLASS（特征類）SolidSurface（曲面）SheetMetal（飯金件）Composite（復合）Cosmetic（修怖）UserDefined（用戶定義的）DataSharing（數據共享）Style（造型）Done/Return（完成潺回）TWEAKI；&曲）Draft（拔模）LocalPush（局部拉伸）RadiusDome徑圓頂）SectionDome（截面圓蓋）Offset（偏距）Replace（替換）Ear（耳）Lip（唇）Patch（曲面片）ToroiddlBend（環形折彎）5pinalBend（樣條折彎）FreeForm（自由生成）DraftOffset（拔模偏距）折彎菜單折彎）FlattenQuilt（扁平面組）360，表明進行單擊DEFINEBEND菜單下的Done選項，進人下一層菜單。系統提示選取草繪平面，選取RIGHT平面，接受所有缺省選項，進入草繪模式。草繪截面，選取環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。根據輪胎型號B=275mm，選擇輪輞的寬度A=8.25英寸，再根據國標GB/T3487-2005的相關數據草繪輪輞截面，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PRO/E軟件估算輪胎轉動慣量。1.2確定輪胎的剛度輪胎的剛度包括徑向剛度、側向剛度和切向剛度。輪胎的徑向剛度影響平順性，一般由負荷撓曲曲線上相當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，用于載重車、長途汽車的子午線輪胎切向剛度約為9.8X105N/m。切向剛度約為徑向剛度的40%?60%。五、思考題輪胎的剛度與阻尼是影響行駛平順性的主要結構因素。各國學者對拖拉機輪胎的剛度和阻尼進行了系統的試驗研究，發現輪胎的徑向剛度與輪