Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

1

WORKING MODEL 2D

Instrukcja laboratoryjna 1.

I.

Wprowadzenie.

System Working Model jest programem opartym na metodzie symulacji numerycznej,
przeznaczonym do prowadzenia dwuwymiarowych (Working Model 2D) oraz
trójwymiarowych (Working Model 3D) analiz z zakresu kinematyki i dynamiki
mechanizmów. System ten jest produkowany i rozwijany przez amerykań

skąfirmęMSC

Working Knowledge.

Urzeczywistnia on ideęwirtualnego prototypowania mechanizmów, mają

cego za zadanie

ograniczenia prototypowania fizycznego w procesie powstawania nowego produktu.

W systemie Working Model moż

emy przeprowadzaćanalizy kinematyczne i dynamiczne w

zakresie mechaniki Newtonowskiej, symulowaćzagadnienia kolizji ciał

, przeprowadzać

analizy mechaniki ruchu drgają

cego, analizy z

zakresu teorii mechanizmów oraz analizy quasi-
statyczne.

Rdzeniem graficznego interfejsu uż

ytkownika jest

Smart Editor. Śledzi on poł

ą

czenia i wię

zy

pomię

dzy obiektami w trakcie ich konstruowania

oraz daje, mię

dzy innymi, funkcjęautomatycznego

"zatrzaskiwania", bardzo czę

sto spotykanąw

aplikacjach CAD.

Working Model jest systemem parametrycznym.
Każ

dy parametr moż

na wprowadzićw formie

zależ

noś

ci funkcyjnej (wyraż

enia i formuł

y tworzy siępodobnie jak w arkuszach

kalkulacyjnych).

Programy Working Model mająmoż

liwoś

ćwspół

pracy z aplikacjami CAD. Working Model

2D moż

e importowaćpliki popularnego formatu DXF, natomiast Working Model 3D - pliki

w formacie ACIS (*.SAT) oraz sterolitografii (*.STL). Do sterowania procesem symulacji w
Working Model moż

na stosowaćinne aplikacje, takie jak Excel czy Matlab, przy uż

yciu

techniki dwustronnej wymiany danych w czasie rzeczywistym DDE (Dynamic Data
Exchange).

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

2

Working Model może eksportowaćwyniki w formie plików tekstowych oraz bezpoś

rednio

do arkusza kalkulacyjnego, natomiast animacje mogąbyćzapisane w formacie Video for
Windows (*.AVI). Dodatkowo
Working Model 3D ma moż

liwoś

ć

eksportu plików w formacie VRML.

Working Model 2D od wersji v4.0
zawiera dodatkowo moduł

y: Flexible

Beam (podatnoś

ćbelek), Bending

Moment (momenty gną

ce), Joint

Friction (tarcie w zł

ączach) i

AutoMotion 2D (translator z
AutoCAD do Working Model).

Working Model 3D posiada
interfejsy do programów CAD, takich
jak Solid Edge, Mechanical Desktop,
Pro/Engineer czy Solid Works.
Umoż

liwia to przeniesienie modelu z

aplikacji CAD do Working Model
poprzez "kliknię

cie" jednej ikony.

Stworzona w systemie CAD
geometria, dzię

ki technologii ACM -

Automatic Constraint Mapping,
automatycznie zostaje odwzorowana
na detale, a geometryczne powią

zania na poł

ączenia mechaniczne. Zmiany w modelu CAD

automatycznie aktualizująokno symulacji.

PRACA W WORKING MODEL.

Po wejś

ciu do programu otwieramy:

-VIEV / WORKSPACE
-zaznaczamy nastę

pnie RULES; GRID LINES; X, Y AXLES;

-zamykamy okienko.

II Opis podstawowych funkcji i narzędzi wykorzystywanych w programie.

1. Tworzenie elementów.

Utwórz poniż

sze elementy.

Circle

- do tworzenia okrę

gów.

Kliknij na Circle na przyborniku a nastę

pnie na przestrzeńroboczą

.

Aby zmienićwymiary elementów przecią

gnij myszkątrzymają

c jednocześ

nie lewy przycisk.

Rectangle

- do tworzenia prostoką

tów.

Square

- do tworzenia kwadratów.

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

3

Polygon or curved polygon

- do tworzenia wieloką

tów i krzywych.

PODWÓJNE KLIKNIĘCIE NA NARZĘDZIE SPOWODUJE POZOSTANIE W URZYCIU
TEGO NARZĘDZIA AŻDO WYBRANIA NASTĘPNEGO.

2. Zmiana wł

aś

ciwoś

ci elementów.

Usuńwszystkie elementy prócz kola.

Wybierz kolo i kliknij dwa razy na nim lewym przyciskiem myszy, lub wybierz wcześ

niej

zaznaczają

c kolo:

WINDOW / PROPERITIS
Ukarze sięnam okienko:

X,Y – ustawienie poł

oż

enia przedmiotu na przestrzeni roboczej,

b) WprowadźX,Y:
WprowadźX=0,Y=0.

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

4

R- obrót o zadany ką

t 0 – 360 st.

Obrót elementów moż

na wykonywaćtakż

e przy pomocy: Rotate tool

.

c) WprowadźR:
R=45 [st]

d) Pozostał

e dane wprowadźdowolnie:

Lista rozwijana na górze: moż

e sł

uż

yćtakż

e do wyboru kolejnych elementów BODY 1-

poligon BODY 2 – circle itd.,

Vx,Vy- skł

adowe wektora prę

dkoś

ci V=(Vx^2*Vy^2)^1/2 [m/s],

VR- prę

dkoś

ćkątowa wyraż

ona w [st/s],

Material-material,

Mass – masa elementu [kg],

Elastic –elastycznoś

ć,sprę

żystoś

ć,

Charge – ł

adunek w Coulombach [C],

Density – gę

stoś

ć

,

Moment – moment bezwł

adnoś

ci [kg *m^2].

3. Edycja utworzonych elementów.

Zaznaczamy klikają

c na kolo prawym przyciskiem myszy i wybieramy kolejno:

WINDOW / APPERANCE
Ukazuje sięnam okienko:

Przy pomocy tego okienka moż

emy edytowaćwygł

ad naszych elementów:

Color - kolor;
Frame – ramka, obwiednia,
Pattern – szablon wzoru,

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

5

Przykł

adowo:

i wyś

wietlać

:

Show name – nazwa elementu, moż

na ja samemu nadaćwprowadzają

c

Przykł

adowo:

Wykonaj samodzielnie:

Show center of mass – wyś

wietlanie centrum masy,

Show circle orientation – wyś

wietlenie aktualnego poł

oż

enia ką

towego kola ( promień

),

Track center of mass – ś

ledzenie centrum masy klatka po klatce,

Track connect- ś

ledzenie poł

ą

czenia klatka po klatce

Przykł

adowo:

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

6

Utwórz element jak poniż

ej:

4. Zmiana wymiarów geometrycznych elementów.

Usuwamy poprzednio wprowadzone elementy i tworzymy prostoką

t o wymiarach pokazanym

na rysunku poniż

ej.

Zaznaczamy klikają

c na prostoką

t prawym przyciskiem myszy i wybieramy kolejno:

WINDOW / GEOMETRY
Ukazuje sięnam okienko (w zależ

noś

ci od wybranego elementu) w naszym przypadku:

Mamy pokazanąpowierzchnie naszego prostoką

ta -Area, dodatkowo wysokoś

ć–Heigh,

dł

ugoś

ć– Width - jak widaćmożemy je dowolnie zmieniać

. W przypadku powyż

szych

ustawieńpoł

oż

enie centrum masy bę

dzie jak poniż

ej:

Poł

oż

enie centrum masy wyś

wietlamy:

WINDOW / APPERANCE / Show center of mass

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

7

Jeś

li natomiast chcemy zmienićpoł

oż

enie centrum masy x-offset wprowadzamy, współ

rzę

dne

x-offset,y - offset.

Wprowadźwartoś

ci x i y jak powyż

ej.

Otrzymamy element z centrum masy jak poniż

ej:

5. Unieruchomianie elementów.

Spróbujmy teraz uruchomićprogram przyciskiem: ·
W momencie uruchomienia programu element zaczyna bezwł

adnie spadaćjest to

spowodowane tym, ż

e, w programie domyś

lnie ustawione jest przycią

ganie ziemskie z

przyspieszeniem 9,81m/s^2.

Resetujemy program

lub Ctrl + R..

Aby zmienićlub wył

ączyćprzyspieszenie ziemskie wybieramy kolejno:

WORLD / GRAWITY
Ukazuje sięnam okienko:

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

8

Jeś

li wybierzemy None element nie bę

dzie bezwł

adnie spadał

pozostanie na miejscu,

podkreś

lićtrzeba ze bez przyspieszenia ziemskiego mechanizmy tworzone w programie nie

bę

dąmiał

y odpowiedników w rzeczywistoś

ci.

Zamykamy okienko bez wprowadzania zmian.

Unieruchamianie elementów w naszym przypadku bę

dziemy wykonywaćpoprzez

ograniczenie wszystkich stopni swobody za pomocą– Anchor -

.

Kliknij na

a nastę

pnie na prostoką

t, uruchom program

jak widaćpozostaje na

miejscu.

Zresetuj program

.

6. Ograniczenia „constraint”.

Ograniczenia wprowadzamy za pomocąnastę

pują

cych narzę

dzi:

Ropes, Springs, Rods, and Separators:

Rope

-lina,

Spring

-sprę

ż

yna,

Rod

- prę

t,

Separator

- separator,

Dampers, Damped Springs, and Actuators

Damper

-tł

umik,

Damped spring

- sprę

żyna + tł

umik,

Actuator

- sił

ownik,

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

9

Wykonaj jak na rysunku poniż

ej:

- za pomocąliny a nastę

pnie uruchom program

- za pomocąprę

ta

W Working Modelu ważna jest kolejnoś

ćumieszczania elementów i ograniczeń

najpierw tworzymy elementy a nastę

pnie ograniczenia!!!

- za pomocąsprę

ż

yny wprowadźukł

ad w drgania, przesuńkoł

o do góry i uruchom

Wypróbuj pozostał

e elementy!!

Aby zmienićwł

aś

ciwoś

ci ograniczeńnależy kliknąćdwa razy na jeden z elementów Ropes,

Springs, Rods,.Separators, Dampers, Damped Springs, Actuators albo wykonaćkolejno:
WINDOW / PROPERITIS – wcześ

niej zaznaczają

c element.

a nastę

pnie wprowadzićdane.

W przypadku sprę

żyny:

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

10

K – stał

a sprę

ż

ystoś

ci [N/m],

Lenght – dł

ugoś

ć[m]

Każ

dy z elementów posiada odmienne wł

aś

ciwoś

ci.!!

7. Tworzenie poł

ączeń„joint”

Poł

ączenia wprowadzamy za pomocąnastę

pują

cych narzę

dzi:

Pin joint

-poł

ączenie obrotowe.

Rigid joint

-sztywne poł

ą

czenie,

Straight Slot joint

-suwak poruszają

cy siępo linii prostej obrotowy,

Curved slot joint

- suwak poruszają

cy siępo linii krzywej obrotowy,

Do wykonywania poł

ą

czeńsł

uż

y takż

e

.

Umieś

ćw dowolnym miejscu kwadrat i koł

o

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

11

Przykł

adowo:

Nastę

pnie na kwadracie w jednym z rogów umieś

ćPoint element

a w ś

rodku koł

a

Pin joint

tak jak poniż

ej:

Wciskają

c Shift zaznacz Point na kwadracie a nastę

pnie Pin joint na kole, w tym momencie

powinny ci siępodś

wietlićprzyciski :

wciskają

c Join otrzymamy:

Nastą

pił

o samoczynne poł

ą

czenie kwadratu z koł

em, przy czym koł

o ma moż

liwoś

ćobrotu.

W przypadku, gdy chcemy rozł

ączyćdwa elementy, np. silnik i koł

o klikamy na jedno z nich

i wciskamy

.

8. Inne elementy:

Pully

- bloczek z linką

,

Wykonaj i uruchom:

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

12

Gear

- koł

a zę

bate,

9. Stosowanie sił

y „Force” oraz momentu „Torque”.

Force -

- sił

a,

Torque -

- moment,

Wykonaj:

Wykorzystaj do tego celu:
Dwa elementy typu Rectangle A i B a nastę

pnie unieruchom je tak jak pokazano na rysunku.

przy pomocy

.

Nastę

pnie utwórz Square C, a by element C nie spadał

bezwiednie uż

yj suwaka Slot Join

,

powinny siępojawićdwie równoległ

e linie przechodzą

ce przez cał

y ekran.

Spróbuj poruszaćkwadratem jak widaćmoż

na go obracaći przesówaćtylko w poziomie.

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

13

Przymocuj do kwadratu C sprę

ż

ynę+ tł

umik Spring Damper

.

Wózek wykonaj samodzielnie.

Po wykonaniu wózka przymocuj do niego z tylu sił

ęprzy pomocy Force

.

Uruchom program.

Tak jak wszystkie poprzednie elementy moż

na takż

e zmieniaćwartoś

ćsił

y.

Moż

na to wykonaćna trzy sposoby:

Poprzez rozcią

gniecie strzał

ki – nie moż

emy ustalićdokł

adnej wartoś

ci,

Poprzez dwukrotne kliknię

cie na strzał

ke lub zaznaczenie strzał

ki i wybranie

WNDOW / PROPERITIS,
Ukaż

e nam sięokienko:

Fx, Fy - skł

adowe wektora sił

y F w ukł

adzie kartezjań

skim – zaznaczona opcja Cartezjan.

[F] – sił

a, R- ką

t w ukł

adzie biegunowym – Polar,

Opcja „Rotate with body” sł

uż

y do obrotu sił

y wraz z elementem.

Wykonaj i uruchom nie zaznaczają

c „Rotate with body”.

Nastę

pnie uruchom wł

ą

czają

c tąopcje.

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

14

10. Wyś

wietlanie wektorów i ich skł

adowych.

Wykonaj dokł

adnie jak na rysunku wykorzystują

c wszystkie poznane do tej pory elementy:

Nowym narzę

dziem jest Motor

umiejscowiony jako ukł

ad napę

dowy kola – moż

na

zmieniaćjego wł

aś

ciwoś

ci tak jak innych elementów.

Aby wyś

wietlićwektory należ

y zaznaczyćpunkt P1 a nastę

pnie wykonać

:

DEFINE / VECTORS /
Zaznaczyćjedna z opcji ( moż

na wszystkie p kolei wyś

wietlone zostanąwszystkie wektory)

My jednak wyś

wietlimy tylko prę

dkoś

ć„Velocity” tączynnoś

ćnależy wykonaćjeszcze 2

razy dla punktów P2 i P3., Przy czym punkt P2 został

umieszczony przy pomocy

.

Po uruchomieniu programu powinien na ukazaćsięobrazek:

UWGA! Aby zatrzymaćukł

ad bez utraty widoku wektorów należ

y wcisną

ć

.

Aby wyś

wietlićskł

adowe poszczególnych wektorów punktów P1, P2, P3 należ

y zaznaczyć

dany punkt lub element i wybrać

:

DEFINE / VECTOR DISPLAY/

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

15

Powinno sięukazaćokienko:

Zaznaczamy :

aby wyś

wietlićskł

adowe Vx I Vy.

Pozostał

e opcje sł

óządo edycji wektorów – koloru, punktu zaczepienia.

Ukł

ad powinien wyglą

dać

:

Moż

emy takż

e edytowaćdł

ugoś

ci i stosunek wektorów. Tak jak poprzednio zaznaczamy

jeden z punktów i wykonujemy:
DEFINE / VECTOR LENGHT .
Przesuwają

c suwaki definiujemy dł

ugoś

ci poszczególnych wektorów SIŁY, PRĘDKOŚCI,

PRZYSPIESZENIA.
Aby wyś

wietlićwektory cał

ego mechanizmu zaznaczamy wszystkie elementy trzymają

c

Shift, (klikamy w jednym miejscu i trzymają

c lewy przycisk myszki przecią

gamy w inne

miejsce), nastę

pnie wybieramy ponownie:

DEFINE / VECTORS / Velocity.
Uruchamiamy ponownie.

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

16

11. Przestrzeńrobocza – edycja.

W Working Model moż

emy definiować

:

- przycią

ganie ziemskie i przyspieszenie,

-opór powietrza,
-elektrostatyczne efekty,
-pola sił

,

Opór powietrza:

WORLD / AIR RESISTANCE

None – ż

adne, Standard – standardowe (proporcjonalne do prę

dkoś

ci), High – wysokie.

Elektrostatyczne efekty:

WORLD / ELEKTROSTATIC EFFECTS

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

17

Pole sił

:

WORLD / FORCE FIELDS

Moż

emy wybieraćprzykł

adowe pola z menu rozwijanego Sample Force lub definiowaćje

sami.

12. Pomiary.

W programie tym jest moż

emy dokonywaćwielu pomiarów np.: sił

y, momentu,

przyspieszenia.

Utwórz koł

o o danych parametrach:

Nastę

pnie umieś

ćw centrum koł

a Motor

.

Wprowadźdane (klikają

c dwa razy na motor):

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

18

Nastę

pnie umieś

c na obrzeż

u kola Point P1

tak jak na rysunku poniż

ej

.

A by dokonaćpomiary przemieszczeńpunktu P1 zaznacz go i wybierz:
MEASURE / Position
Ukarze się

:

Pozycja punktu P1 w czasie – wartoś

ci liczbowe.

Po naciś

nię

ciu strzał

ki

zmieni sięsposób wyś

wietlania.

Na wykres:

Lub wykres sł

óbkowy:

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

19

Na wykresie mamy przedstawione przemieszczenia współ

rzę

dnych x,y oraz rot.

Aby wyś

wietlićtylko x należ

y klikną

ćna wykres dwa razy, pojawi sięwtedy okienko:

Usuwamy y i rot, aby otrzymaćtylko wykres x.

Podobnie moż

emy postę

powaćz momentem, pedem itd.

Nie musimy koniecznie umieszczaćpunktów na elementach ż

eby wykonywaćpomiary

moż

na to takż

e robićz cał

ymi elementami kwadratem, koł

em.

Wykonaj poniż

szy rysunek Velocity = 10:

Zaznacz prostoką

t i wybierz:

MEASURE / Momentum

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

20

Otrzymamy:

13. Tworzenie przycisków kontrolnych.

Wykonaj poniż

szy rysunek:

Nastę

pnie zaznacz Motor i wykonaj:

DEFINE / NEW CONTROL / Rotational velocity

Na przestrzeni roboczej pojawi się

:

Przesuwajac suwakiem moż

emy regulowaćprę

dkoś

ćobrotową

.silnika .

Klikają

c 2 razy na napis Motor koł

o suwaka wł

ącza opcje wł

aś

ciwoś

ci:

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

21

Moż

emy wpisaćwartoś

ćmin i max, z jakąsięporusza silnik.

Snaps – krok co jaki bę

dązmienaiane wartoś

ci .

Klikają

c na prostoką

t i wykonują

c dla niego te same czynnoś

ci, co dla silnika moż

emy

rególowaćjego masą

, poł

oż

eniem wymiarami.

Pozostał

e opcje:

Politechnika Świetokrzyska w Kielcach.

CLTM

Automatyka i Robotyka.

22

14. Skrypty.

Dzieki skryptom moż

emy tworzyćnowe obiekty, tworzyćograniczenia, opisywac je za

pomocąję

zyka programowania zawartego w working model .

Wykonaj :
SCRIPT / EDITOR

Przykł

adowy skrypcik :

Sub Main()
Dim Doc as WMDocument
DimProstokat as WMBody -zdefiniowanie prostoką

ta

Dim Silnik as WMConstraint –zdefiniowanie silnika
Set Doc=WM.ActiveDocument
Set Prostokat=Doc.NewBody("Rectangle")
Prostokat.PX.Value=0 – okreś

lenie pozycji X,Y

Prostokat.PY.Value=0
Prostokat.Width.Value=0.5 – okreś

lenie wymiarów

Prostokat.Height.Value=6.5
Prostokat.Mass.Value=3 – okreś

lenie masy

Set Silnik=Doc.NewConstraint("Motor")
Set Silnik.Point(1).Body=Prostokat – przypisanie silnika prostoką

towi

Silnik.Point(1).PX.Value=0- okreś

lenie poł

oż

enia silnika

Silnik.Point(1).PY.Value=3
Silnik.MotorType="Velocity"- wartoś

ćregulowana prę

dkoś

ć

Silnik.Field.Formula="200*sin(t*8))" – okreś

lenie pola sił

Prostokat.PR.Value=45 – począ

tkowa pozycja prostoką

ta

Doc.Run-45
Doc.Reset
End Sub

Uruchamiamy skrypt:
RUN/ START

Nastę

pnie po pojawieniu sięelementów wciskamy :

.