机械系统仿真.pdfVIP

摘要：

本次课程设计主要事运用机械三维设计软件Solidworks

的COSMOSMotion插件机械仿真，COSMOSMotion可将物

理运动与SolidWorks中的装配体信息相结合通过将载荷从

COSMOSMotion无缝传入COSMOSWorks，可以直观显示零

部件在单个时间点或整个仿真周期内的应力和位移。完成运

动模拟运行后，COSMOSMotion可提供各种结果可视化工

具。通过这些工具，您可获得有关设计性能的高价值分析信

息。

通过仿真的学习，我们可以初步了解仿真的基本思想及

原理，对于三维设计系统仿真软件的使用也有一定初步的了

解及其应用。

目录

摘要1

第一章机械方针的目的意义及任务

一．机械系统仿真的目的意义3

二．机械系统仿真的任务3

第二章机械仿真内容分析

一．平面连杆机构的运动仿真6

二．活塞式压气机的运动仿真8

三．凸轮机构运动学与动力学仿真11

四．齿轮机构运动学与动力学仿真14

第三章．总结与体会16

参考文献16

第一章机械系统仿真的目的意义及任务

一．机械系统仿真的目的意义

利用机械系统仿真软件，工程师可以在计算机上建立机械系统的

模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进或优化样机设计方案。

机械系统仿真就是一总虚拟样机技术，其核心是利用计算机辅助

分析技术进行机械系统的运动学和动力学分析，以确定系统及其各构

件的在任意时刻的位置、速度和加速度，同时通过求解代数方程组来

确定引起系统及其各构件运动所需要的作用力和反作用力。

运用这种技术，可以可以大大简化机械产品的设计开发过程，大

幅度的缩短产品的开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提

高产品的质量，提高产品的性能，获得最优化和创新的设计产品。虚

拟模型技术的应用贯串在整个设计过程当中。它甚至可以用在概念设

计和方案论证中，设计师可以把自己的经验与想象结合在计算机里的

虚拟模型里，让想象力和创造力充分发挥。

二．机械系统仿真的任务

1设计题目平面机构系统仿真分析

2主要内容

（1）平面连杆机构的运动仿真

（2）活塞式压气机的运动仿真

（3）凸轮机构运动学与动力学仿真

（4）齿轮机构运动学与动力学仿真

3具体要求

（1）平面铰链四杆机构如图1所示，其构件几何参数为：曲柄长

L1=60mm，连杆长L2=100mm，摇杆长L3=150mm，机架长L4=160mm。

在COSMOSMotion软件中对该铰链四杆机构进行运动模拟，并绘制连

杆、摇杆质心位置处的运动轨迹、速度、加速度，以及机架上两运动

副处的运动副反力和曲柄上的驱动力矩。

（2）活塞式压气机的实体模型示意图如图2所示，按表1所示压气机的工作过程及其对应

的机构所处位置和受力数据对机构进行运动学模拟，绘制出活塞的运动轨迹、速度和加速度

以及曲柄轴回转副的驱动力矩。

曲柄位置(/°)015150180210240255270285300330360

仿真时间(/s)00.080.420.50.580.670.710.750.790.830.821

活塞受力(/N)00020010202850461076509600960096000

工作过程吸气压缩排气

表1活塞运转数据

（3）如图3所示摆动从动件凸轮机构，设凸轮以72m/s匀速转动，

基圆半径R=50mm，滚子半径r=12mm，摆杆长L=120mm，凸轮回转中

心与摆杆的摆动中心距离a=150mm。在COSMOSMotion软件中对该凸

轮机构进行曲线碰撞运动仿真和3D碰撞接触状态动力学仿真分析，

摆杆上的阻力矩自定，要求绘制出摆杆任意时刻的位置、角速度和角

加速度。

（4）如图4所示齿轮机构