Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
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 amerykańską firmę MSC
Working Knowledge.
Urzeczywistnia on ideę wirtualnego prototypowania mechanizmów, mającego za zadanie
ograniczenia prototypowania fizycznego w procesie powstawania nowego produktu.
W systemie Working Model możemy przeprowadzać analizy kinematyczne i dynamiczne w
zakresie mechaniki Newtonowskiej, symulować zagadnienia kolizji ciał, przeprowadzać
analizy mechaniki ruchu drgajÄ…cego, analizy z
zakresu teorii mechanizmów oraz analizy quasi-
statyczne.
Rdzeniem graficznego interfejsu użytkownika jest
Smart Editor. Śledzi on połączenia i więzy
pomiędzy obiektami w trakcie ich konstruowania
oraz daje, między innymi, funkcję automatycznego
"zatrzaskiwania", bardzo często spotykaną w
aplikacjach CAD.
Working Model jest systemem parametrycznym.
Każdy parametr można wprowadzić w formie
zależności funkcyjnej (wyrażenia i formuły tworzy się podobnie jak w arkuszach
kalkulacyjnych).
Programy Working Model mają możliwość współpracy z aplikacjami CAD. Working Model
2D może importować pliki popularnego formatu DXF, natomiast Working Model 3D - pliki
w formacie ACIS (*.SAT) oraz sterolitografii (*.STL). Do sterowania procesem symulacji w
Working Model można stosować inne aplikacje, takie jak Excel czy Matlab, przy użyciu
techniki dwustronnej wymiany danych w czasie rzeczywistym DDE (Dynamic Data
Exchange).
1
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Working Model może eksportować wyniki w formie plików tekstowych oraz bezpośrednio
do arkusza kalkulacyjnego, natomiast animacje mogą być zapisane w formacie Video for
Windows (*.AVI). Dodatkowo
Working Model 3D ma możliwość
eksportu plików w formacie VRML.
Working Model 2D od wersji v4.0
zawiera dodatkowo moduły: Flexible
Beam (podatność belek), Bending
Moment (momenty gnÄ…ce), Joint
Friction (tarcie w złączach) 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.
Umożliwia to przeniesienie modelu z
aplikacji CAD do Working Model
poprzez "kliknięcie" jednej ikony.
Stworzona w systemie CAD
geometria, dzięki technologii ACM -
Automatic Constraint Mapping,
automatycznie zostaje odwzorowana
na detale, a geometryczne powiązania na połączenia mechaniczne. Zmiany w modelu CAD
automatycznie aktualizujÄ… okno symulacji.
PRACA W WORKING MODEL.
Po wejściu do programu otwieramy:
-VIEV / WORKSPACE
-zaznaczamy następnie RULES; GRID LINES; X, Y AXLES;
-zamykamy okienko.
II Opis podstawowych funkcji i narzędzi wykorzystywanych w programie.
1. Tworzenie elementów.
Utwórz poniższe elementy.
Circle - do tworzenia okręgów.
Kliknij na Circle na przyborniku a następnie na przestrzeń roboczą.
Aby zmienić wymiary elementów przeciągnij myszką trzymając jednocześnie lewy przycisk.
Rectangle - do tworzenia prostokątów.
Square - do tworzenia kwadratów.
2
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Polygon or curved polygon - do tworzenia wielokątów i krzywych.
PODWÓJNE KLIKNI
CIE NA NARZ
DZIE SPOWODUJE POZOSTANIE W URZYCIU
TEGO NARZ
DZIA AÅ» DO WYBRANIA NAST
PNEGO.
2. Zmiana właściwości elementów.
Usuń wszystkie elementy prócz kola.
Wybierz kolo i kliknij dwa razy na nim lewym przyciskiem myszy, lub wybierz wcześniej
zaznaczajÄ…c kolo:
WINDOW / PROPERITIS
Ukarze siÄ™ nam okienko:
X,Y  ustawienie położenia przedmiotu na przestrzeni roboczej,
b) Wprowadz
X,Y:
Wprowadz
X=0,Y=0.
3
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
R- obrót o zadany kąt 0  360 st.
Obrót elementów można wykonywać także przy pomocy: Rotate tool .
c) Wprowadz
R:
R=45 [st]
d) Pozostałe dane wprowadz
dowolnie:
Lista rozwijana na górze: może służyć także do wyboru kolejnych elementów BODY 1-
poligon BODY 2  circle itd.,
Vx,Vy- składowe wektora prędkości V=(Vx^2*Vy^2)^1/2 [m/s],
VR- prędkość kątowa wyrażona w [st/s],
Material-material,
Mass  masa elementu [kg],
Elastic  elastyczność, sprężystość,
Charge  Å‚adunek w Coulombach [C],
Density  gęstość,
Moment  moment bezwładności [kg *m^2].
3. Edycja utworzonych elementów.
Zaznaczamy klikajÄ…c na kolo prawym przyciskiem myszy i wybieramy kolejno:
WINDOW / APPERANCE
Ukazuje siÄ™ nam okienko:
Przy pomocy tego okienka możemy edytować wygład naszych elementów:
Color - kolor;
Frame  ramka, obwiednia,
Pattern  szablon wzoru,
4
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Przykładowo:
i wyświetlać:
Show name  nazwa elementu, można ja samemu nadać wprowadzając
Przykładowo:
Wykonaj samodzielnie:
Show center of mass  wyświetlanie centrum masy,
Show circle orientation  wyświetlenie aktualnego położenia kątowego kola ( promień),
Track center of mass  śledzenie centrum masy klatka po klatce,
Track connect- śledzenie połączenia klatka po klatce
Przykładowo:
5
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Utwórz element jak poniżej:
4. Zmiana wymiarów geometrycznych elementów.
Usuwamy poprzednio wprowadzone elementy i tworzymy prostokÄ…t o wymiarach pokazanym
na rysunku poniżej.
Zaznaczamy klikajÄ…c na prostokÄ…t prawym przyciskiem myszy i wybieramy kolejno:
WINDOW / GEOMETRY
Ukazuje się nam okienko (w zależności od wybranego elementu) w naszym przypadku:
Mamy pokazaną powierzchnie naszego prostokąta -Area, dodatkowo wysokość  Heigh,
długość  Width - jak widać możemy je dowolnie zmieniać. W przypadku powyższych
ustawień położenie centrum masy będzie jak poniżej:
Położenie centrum masy wyświetlamy:
WINDOW / APPERANCE / Show center of mass
6
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Jeśli natomiast chcemy zmienić położenie centrum masy x-offset wprowadzamy, współrzędne
x-offset,y - offset.
Wprowadz
wartości x i y jak powyżej.
Otrzymamy element z centrum masy jak poniżej:
5. Unieruchomianie elementów.
Spróbujmy teraz uruchomić program przyciskiem: ·
W momencie uruchomienia programu element zaczyna bezwładnie spadać jest to
spowodowane tym, że, w programie domyślnie ustawione jest przyciąganie ziemskie z
przyspieszeniem 9,81m/s^2.
Resetujemy program lub Ctrl + R..
Aby zmienić lub wyłączyć przyspieszenie ziemskie wybieramy kolejno:
WORLD / GRAWITY
Ukazuje siÄ™ nam okienko:
7
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Jeśli wybierzemy None element nie będzie bezwładnie spadał pozostanie na miejscu,
podkreślić trzeba ze bez przyspieszenia ziemskiego mechanizmy tworzone w programie nie
będą miały odpowiedników w rzeczywistości.
Zamykamy okienko bez wprowadzania zmian.
Unieruchamianie elementów w naszym przypadku będziemy wykonywać poprzez
ograniczenie wszystkich stopni swobody za pomocÄ…  Anchor - .
Kliknij na a następnie na prostokąt, uruchom program jak widać pozostaje na
miejscu.
Zresetuj program .
6. Ograniczenia  constraint .
Ograniczenia wprowadzamy za pomocą następujących narzędzi:
Ropes, Springs, Rods, and Separators:
Rope -lina,
Spring -sprężyna,
Rod - pręt,
Separator - separator,
Dampers, Damped Springs, and Actuators
Damper -tłumik,
Damped spring - sprężyna + tłumik,
Actuator - siłownik,
8
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Wykonaj jak na rysunku poniżej:
- za pomocą liny a następnie uruchom program
- za pomocą pręta
W Working Modelu ważna jest kolejność umieszczania elementów i ograniczeń
najpierw tworzymy elementy a następnie ograniczenia!!!
- za pomocą sprężyny wprowadz
układ w drgania, przesuń koło do góry i uruchom
Wypróbuj pozostałe elementy!!
Aby zmienić właściwości ograniczeń należy kliknąć dwa razy na jeden z elementów Ropes,
Springs, Rods,.Separators, Dampers, Damped Springs, Actuators albo wykonać kolejno:
WINDOW / PROPERITIS  wcześniej zaznaczając element.
a następnie wprowadzić dane.
W przypadku sprężyny:
9
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
K  stała sprężystości [N/m],
Lenght  długość [m]
Każdy z elementów posiada odmienne właściwości.!!
7. Tworzenie połączeń  joint
Połączenia wprowadzamy za pomocą następujących narzędzi:
Pin joint -połączenie obrotowe.
Rigid joint -sztywne połączenie,
Straight Slot joint -suwak poruszajÄ…cy siÄ™ po linii prostej obrotowy,
Curved slot joint - suwak poruszajÄ…cy siÄ™ po linii krzywej obrotowy,
Do wykonywania połączeń służy także .
Umieść w dowolnym miejscu kwadrat i koło
10
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Przykładowo:
Następnie na kwadracie w jednym z rogów umieść Point element a w środku koła
Pin joint tak jak poniżej:
Wciskając Shift zaznacz Point na kwadracie a następnie Pin joint na kole, w tym momencie
powinny ci się podświetlić przyciski : wciskając Join otrzymamy:
Nastąpiło samoczynne połączenie kwadratu z kołem, przy czym koło ma możliwość obrotu.
W przypadku, gdy chcemy rozłączyć dwa elementy, np. silnik i koło klikamy na jedno z nich
i wciskamy .
8. Inne elementy:
Pully - bloczek z linkÄ…,
Wykonaj i uruchom:
11
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Gear - koła zębate,
9. Stosowanie siły  Force oraz momentu  Torque .
Force - - siła,
Torque - - moment,
Wykonaj:
Wykorzystaj do tego celu:
Dwa elementy typu Rectangle A i B a następnie unieruchom je tak jak pokazano na rysunku.
przy pomocy .
Następnie utwórz Square C, a by element C nie spadał bezwiednie użyj suwaka Slot Join
, powinny się pojawić dwie równoległe linie przechodzące przez cały ekran.
Spróbuj poruszać kwadratem jak widać można go obracać i przesówać tylko w poziomie.
12
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Przymocuj do kwadratu C sprężynę + tłumik Spring Damper .
Wózek wykonaj samodzielnie.
Po wykonaniu wózka przymocuj do niego z tylu siłę przy pomocy Force .
Uruchom program.
Tak jak wszystkie poprzednie elementy można także zmieniać wartość siły.
Można to wykonać na trzy sposoby:
Poprzez rozciągniecie strzałki  nie możemy ustalić dokładnej wartości,
Poprzez dwukrotne kliknięcie na strzałke lub zaznaczenie strzałki i wybranie
WNDOW / PROPERITIS,
Ukaże nam się okienko:
Fx, Fy - składowe wektora siły F w układzie kartezjańskim  zaznaczona opcja Cartezjan.
[F]  siła, R- kąt w układzie biegunowym  Polar,
Opcja  Rotate with body służy do obrotu siły wraz z elementem.
Wykonaj i uruchom nie zaznaczajÄ…c  Rotate with body .
Następnie uruchom włączając tą opcje.
13
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
10. Wyświetlanie wektorów i ich składowych.
Wykonaj dokładnie jak na rysunku wykorzystując wszystkie poznane do tej pory elementy:
Nowym narzędziem jest Motor umiejscowiony jako układ napędowy kola  można
zmieniać jego właściwości tak jak innych elementów.
Aby wyświetlić wektory należy zaznaczyć punkt P1 a następnie wykonać:
DEFINE / VECTORS /
Zaznaczyć jedna z opcji ( można wszystkie p kolei wyświetlone zostaną wszystkie wektory)
My jednak wyświetlimy tylko prędkość  Velocity tą czynność należy wykonać jeszcze 2
razy dla punktów P2 i P3., Przy czym punkt P2 został umieszczony przy pomocy .
Po uruchomieniu programu powinien na ukazać się obrazek:
UWGA! Aby zatrzymać układ bez utraty widoku wektorów należy wcisnąć .
Aby wyświetlić składowe poszczególnych wektorów punktów P1, P2, P3 należy zaznaczyć
dany punkt lub element i wybrać:
DEFINE / VECTOR DISPLAY/
14
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Powinno się ukazać okienko:
Zaznaczamy : aby wyświetlić składowe Vx I Vy.
Pozostałe opcje słózą do edycji wektorów  koloru, punktu zaczepienia.
Układ powinien wyglądać:
Możemy także edytować długości i stosunek wektorów. Tak jak poprzednio zaznaczamy
jeden z punktów i wykonujemy:
DEFINE / VECTOR LENGHT .
Przesuwając suwaki definiujemy długości poszczególnych wektorów SIA
Y, PR
DKOÅšCI,
PRZYSPIESZENIA.
Aby wyświetlić wektory całego mechanizmu zaznaczamy wszystkie elementy trzymając
Shift, (klikamy w jednym miejscu i trzymajÄ…c lewy przycisk myszki przeciÄ…gamy w inne
miejsce), następnie wybieramy ponownie:
DEFINE / VECTORS / Velocity.
Uruchamiamy ponownie.
15
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
11. Przestrzeń robocza  edycja.
W Working Model możemy definiować:
- przyciÄ…ganie ziemskie i przyspieszenie,
-opór powietrza,
-elektrostatyczne efekty,
-pola sił,
Opór powietrza:
WORLD / AIR RESISTANCE
None  żadne, Standard  standardowe (proporcjonalne do prędkości), High  wysokie.
Elektrostatyczne efekty:
WORLD / ELEKTROSTATIC EFFECTS
16
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Pole sił:
WORLD / FORCE FIELDS
Możemy wybierać przykładowe pola z menu rozwijanego Sample Force lub definiować je
sami.
12. Pomiary.
W programie tym jest możemy dokonywać wielu pomiarów np.: siły, momentu,
przyspieszenia.
Utwórz koło o danych parametrach:
Następnie umieść w centrum koła Motor .
Wprowadz
dane (klikajÄ…c dwa razy na motor):
17
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Następnie umieśc na obrzeżu kola Point P1 tak jak na rysunku poniżej
.
A by dokonać pomiary przemieszczeń punktu P1 zaznacz go i wybierz:
MEASURE / Position
Ukarze siÄ™:
Pozycja punktu P1 w czasie  wartości liczbowe.
Po naciśnięciu strzałki zmieni się sposób wyświetlania.
Na wykres:
Lub wykres słóbkowy:
18
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Na wykresie mamy przedstawione przemieszczenia współrzędnych x,y oraz rot.
Aby wyświetlić tylko x należy kliknąć na wykres dwa razy, pojawi się wtedy okienko:
Usuwamy y i rot, aby otrzymać tylko wykres x.
Podobnie możemy postępować z momentem, pedem itd.
Nie musimy koniecznie umieszczać punktów na elementach żeby wykonywać pomiary
można to także robić z całymi elementami kwadratem, kołem.
Wykonaj poniższy rysunek Velocity = 10:
Zaznacz prostokÄ…t i wybierz:
MEASURE / Momentum
19
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Otrzymamy:
13. Tworzenie przycisków kontrolnych.
Wykonaj poniższy rysunek:
Następnie zaznacz Motor i wykonaj:
DEFINE / NEW CONTROL / Rotational velocity
Na przestrzeni roboczej pojawi siÄ™:
Przesuwajac suwakiem możemy regulować prędkość obrotową.silnika .
Klikając 2 razy na napis Motor koło suwaka włącza opcje właściwości:
20
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
Możemy wpisać wartość min i max, z jaką się porusza silnik.
Snaps  krok co jaki będą zmienaiane wartości .
Klikając na prostokąt i wykonując dla niego te same czynności, co dla silnika możemy
rególować jego masą, położeniem wymiarami.
Pozostałe opcje:
21
Politechnika Åšwietokrzyska w Kielcach. CLTM Automatyka i Robotyka.
14. Skrypty.
Dzieki skryptom możemy tworzyć nowe obiekty, tworzyć ograniczenia, opisywac je za
pomocą języka programowania zawartego w working model .
Wykonaj :
SCRIPT / EDITOR
Przykładowy skrypcik :
Sub Main()
Dim Doc as WMDocument
DimProstokat as WMBody -zdefiniowanie prostokÄ…ta
Dim Silnik as WMConstraint  zdefiniowanie silnika
Set Doc=WM.ActiveDocument
Set Prostokat=Doc.NewBody("Rectangle")
Prostokat.PX.Value=0  określenie pozycji X,Y
Prostokat.PY.Value=0
Prostokat.Width.Value=0.5  określenie wymiarów
Prostokat.Height.Value=6.5
Prostokat.Mass.Value=3  określenie masy
Set Silnik=Doc.NewConstraint("Motor")
Set Silnik.Point(1).Body=Prostokat  przypisanie silnika prostokÄ…towi
Silnik.Point(1).PX.Value=0- określenie położenia silnika
Silnik.Point(1).PY.Value=3
Silnik.MotorType="Velocity"- wartość regulowana prędkość
Silnik.Field.Formula="200*sin(t*8))"  określenie pola sił
Prostokat.PR.Value=45  poczÄ…tkowa pozycja prostokÄ…ta
Doc.Run-45
Doc.Reset
End Sub
Uruchamiamy skrypt:
RUN/ START
Następnie po pojawieniu się elementów wciskamy : .
22