機械工程控制基礎(chǔ)

ADAMS簡介本章主要內(nèi)容:8.1

軟件介紹8.2

基本知識8.3

ADAMS/View仿真步驟8.4

幾何建模

8.5

ADAMS/View的約束

8.6

ADAMS/View中的載荷

8.7

仿真分析Part8.1

軟件介紹8.1.1ADAMS介紹

ADAMS是英文AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems的縮寫，是由美國MDI公司（MechanicalDynamicsInc.）開發(fā)的機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析軟件。在當(dāng)今動力學(xué)分析軟件市場上ADAMS獨占鰲頭，擁有70%的市場份額，ADAMS擁有windows版和unix兩個版本，目前最高版本為ADAMS2005。8.1.2虛擬樣機技術(shù)的起源及發(fā)展

虛擬樣機技術(shù)是一項新生的工程技術(shù)。借助于這項技術(shù)，工程師們可以在計算機上建立機械系統(tǒng)的模型，伴之以三維可視化處理，模擬在現(xiàn)實環(huán)境下系統(tǒng)的運動和動力特性，并根據(jù)仿真結(jié)果精化和優(yōu)化系統(tǒng)的設(shè)計與過程。虛擬樣機技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用在各個領(lǐng)域里：

1、汽車制造業(yè)

2、工程機械

3、航天航空業(yè)

4、國防工業(yè)

5、通用機械制造業(yè)8.1.3虛擬樣機技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域國外虛擬樣機技術(shù)的商品化過程早已完成。目前有二十多家公司在這個日益增長的市場上競爭。比較有影響的產(chǎn)品包括機械動力學(xué)公司(MechanicalDynamicsInc.)的ADAMS，CADSI的DADS以及德國航天局的SIMPACK。機械動力學(xué)公司占據(jù)了市場的70%。8.1.4ADAMS基本模塊介紹8.1.5、ADAMS/View可以像建立物理樣機一樣建立任何機械系統(tǒng)的虛擬樣機。首先建立運動部件（或者從CAD軟件中導(dǎo)入）、用約束將它們連接、通過裝配成為系統(tǒng)、利用外力或運動將他們驅(qū)動。ADAMS/View支持參數(shù)化建模，以便能很容易地修改模型并用于實驗研究。用戶在仿真過程進(jìn)行中或者當(dāng)仿真完成后，都可以觀察主要的數(shù)據(jù)變化以及模型的運動。這些就像做實際的物理試驗一樣。8.1.6ADAMS/Solver一個自動建立并解算用于機械系統(tǒng)運動仿真方程的，快速、穩(wěn)定的數(shù)值分析工具。提供一種用于解算復(fù)雜機械系統(tǒng)復(fù)雜運動的數(shù)值方法。可以對以機械部件、控制系統(tǒng)和柔性部件組成的多域問題進(jìn)行分析。支持多種分析類型，其中包括運動學(xué)、靜力學(xué)、準(zhǔn)靜力學(xué)、線性或非線性動力學(xué)分析。使用穩(wěn)定的建模方法可以對巨大的模型進(jìn)行分析。8.1.7ADAMS/PostProcessor顯示ADAMS仿真結(jié)果的可視化圖形界面。提供了一個統(tǒng)一化的界面，以不同的方式回放仿真的結(jié)果。為了能夠反復(fù)使用，頁面設(shè)置以及數(shù)據(jù)曲線格式都能保存起來，這樣既有利于節(jié)省時間也有利于整理標(biāo)準(zhǔn)化的報告格式。可以方便地同時顯示多次仿真的結(jié)果以便比較。Part8.2基本知識:

8.2.1自由度機械系統(tǒng)的自由度是指機械系統(tǒng)中各零件相對于地面所具有的獨立運動的數(shù)量。欲使機構(gòu)具有確定的運動，則其原動件的數(shù)目必須等于該機構(gòu)的自由度。ADAMS中自由度（DOF）計算公式為

DOF=其中－系統(tǒng)的部件數(shù)目（包括地面）；

－系統(tǒng)內(nèi)各約束所限制的自由度數(shù)目。8.2.2坐標(biāo)系

ADAMS/View允許Cartesian（直角）、Cylindrical（圓柱）、Spherical（球）三種坐標(biāo)系，默認(rèn)情況下為直角坐標(biāo)系。Cartesian（直角）Cylindrical（圓柱）Spherical（球）ADAMS在坐標(biāo)系的運用上總共有三種形式:a．全局坐標(biāo)系也就是絕對坐標(biāo)系，固定在地面（GroundPart）上，是ADAMS中所有零件的位置、方向、速度的度量基準(zhǔn)坐標(biāo)系。b．零件的局部坐標(biāo)系也稱零件坐標(biāo)系。在建立零件的同時產(chǎn)生，隨零件一起運動，它在全局坐標(biāo)系中的位置和方向決定了零件在全局坐標(biāo)系中的位置和方向。c．標(biāo)記可以把標(biāo)記分為固定標(biāo)記和浮動標(biāo)記兩類。固定標(biāo)記相對零件靜止，可用于定義零件的形狀、質(zhì)心位置、作用與約束的位置與方向等。浮動標(biāo)記相對零件運動，某些情況下要借助浮動坐標(biāo)系來定義作用與約束。Part8.3ADAMS/View建模仿真步驟ADAMS/View

建模仿真步驟:復(fù)雜機器仿真時要循序漸進(jìn)完成幾個零件的約束添加后就進(jìn)行一次仿真I-DEASUGCATIAPro/ECADDS5SolidworksCoCreateAutoCADMicrostationMSC/NastranANSYSABAQUSI-DEASMATRIXxMATLABEasy5

TaguchiMethodJMP,SAS,SPSSExcel…...VirtualPrototyping

整合系統(tǒng)Part8.4幾何模型建構(gòu)幾何建模幾何建模是ADAMS/View仿真分析的第一步，在開始的時候，都要先建立好幾何模型，然后通過約束和載荷等條件的添加完成虛擬樣機模型，以進(jìn)行仿真分析。8.4.1實體模型ADAMS/View中實體模型的獲得有兩種方法：一:用ADAMS/VIEW建模工具直接建模二:通過ADAMS/Exchange模塊從外部輸入模型文件后者一般用于復(fù)雜零件系統(tǒng)建模，這里我們主要講述第一種方法。8.4.2ADAMS/View幾何建模基礎(chǔ)知識

幾何體類型

剛性體（RigidBodies）柔性體（FlexibleBodies）點質(zhì)量（PointMasses）只有質(zhì)量沒有體積點（Point）標(biāo)記點（Marker）直線和多義線（Polyline

）光滑曲線（Spline

）圓和圓弧（Arc）Marker和Point都是點但是兩者又有不同之處：Marker具有獨立的方向性，隨零件和運動副的加入而產(chǎn)生，可作為零件或運動副位置的控制變量，格式為：.model_1.Part_1.marker_1。Point不具獨立的方向性，常用作進(jìn)行參數(shù)化建模的控制點，或者是空間位置標(biāo)記點。一般通過TableBuilder進(jìn)行修改。格式為：.model_1.part_1.point_1實體模型線框模型

8.4.3幾何體添加方式

對于新創(chuàng)建的幾何體有三種添加方式：1：NewPart：創(chuàng)建新的擁有全自由度的零件。

2：AddtoPart：在已有零件上添加零件，成為已有零件的一部分。

3：OnGround：把零件添加到地面上，成為GroundPart的一部分。當(dāng)零件在仿真過程中始終保持靜止，對仿真沒有影響的時候可以選擇這種添加方式。名稱圖標(biāo)參數(shù)設(shè)置說明長方體Box長度L，高度H，拉伸深度D缺省值D=2*min(L，H)圓柱體Cylinder柱體長L，橫截面半徑R缺省值R=0.25L球體Sphere三個方向的半徑三個方向的半徑默認(rèn)相等，通過修改可以生成橢球體圓臺Frustum長L，頂半徑TR，底半徑BR圓環(huán)Torus8.4.4實體庫名稱圖標(biāo)參數(shù)設(shè)置說明連桿Link圓角多邊樣板Plate拉伸實體Extrusion旋轉(zhuǎn)實體Revolution平面Plane8.4.5對實體的布爾操作通過ADAMS/View的實體庫只能創(chuàng)建簡單零件，為了創(chuàng)建復(fù)雜零件，ADAMS/View提供了五種布爾操作，通過對簡單實體的組合來創(chuàng)建復(fù)雜零件。名稱圖標(biāo)功

能說

明Union合并兩個相交的實體把第二個，實體并入第一個實體中，相交部分只計算一次Merge合并兩個不相交的實體把第一個實體并入到第二個實體中Intersect取相交形體保留相交部分的實體，所形成的實體特性與第一個實體相同Cut實體切割用第一個實體去切第二個實體，刪除第一個實體和相交部分的第二個實體Split實體還原將經(jīng)過以上布爾操作的實體還原實體的布爾運算8.4.6實體的特征操作在建立基本的實體零件后有時還需要對零件模型進(jìn)一步的完善，添加倒角、凸臺、孔等特征，這時要用到以下特征操作命令：特征操作命令：名稱圖標(biāo)參數(shù)設(shè)置說明Chamfer倒角的寬度選擇待倒角的邊或頂角Fillet圓角半徑末端圓角半徑當(dāng)要倒過渡半徑圓角時設(shè)定末端半徑值Hole孔半徑、孔深孔深缺省時為通孔Boss凸臺半徑、拉伸高度Shell薄壁厚度可以從實體表面分別向內(nèi)、外形成薄壁，需要指定去除面8.4.7幾何體的修改幾何體位置的修改在創(chuàng)建幾何體的時候系統(tǒng)會自動創(chuàng)建零件局部坐標(biāo)系，一般為作圖起點，通過對話框修改零件局部坐標(biāo)系在全局坐標(biāo)系中的位置即可改變零件位置。也可以通過Setting中的TableEditor修改標(biāo)記點以改變幾何體位置。幾何體特性的修改幾何體特性一般包括：質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量、慣性積、初始速度、初始位置和方向等。幾何體形狀的修改幾何體形狀的修改有3種方式：直接拖動熱點（亮點）、利用對話框和編輯位置表。對于Polyline和Spline產(chǎn)生的幾何體可以直接選中，拖動關(guān)鍵點修改形狀，也可以打開位置表編輯關(guān)鍵點坐標(biāo)。對于幾何實體，一般情況下用鼠標(biāo)右鍵或通過Edit—Modify下拉菜單打開幾何形狀對話框編輯特征參數(shù).Part8.5ADAMS/View的約束約束是用來限制和定義ADAMS中各零件的位置和運動，模擬機械的實際運行狀況，組成完整的機械系統(tǒng)為后續(xù)分析作準(zhǔn)備。在建立好零件的幾何模型后，接下來就要定義約束。ADAMS/View的約束可以分為四類：運動副約束（Joints）基本約束（JointPrimitives）運動約束（MotionGenerators）高副約束（HigherPairConstraints）8.5.1運動副約束（Joints）

ADAMS/View總共有11種運動副，通過運動副來實現(xiàn)約束，運動副在現(xiàn)實中都能找到與其對應(yīng)的物理模型，如鉸接副、移動副等。每施加一個運動副可把兩個零件聯(lián)系起來，被連接的零件可以是剛體、柔性體和點質(zhì)量，運動副可以放置在模型中的任何位置。這11種運動副中Gear和Coupler又稱為復(fù)雜運動副，其余為簡單運動副，復(fù)雜運動副通過對簡單運動副的組合間接的把零件連接起來。名

稱圖標(biāo)說

明鉸接副Revolute允許2個零件相對轉(zhuǎn)動，去除2個旋轉(zhuǎn)和3個移動自由度移動副Translational允許2個零件相對移動，去除3個旋轉(zhuǎn)和2個移動自由度圓柱副Cylindrical允許2個零件相對移動或轉(zhuǎn)動，去除2個旋轉(zhuǎn)和2個移動自由度球副Spherical允許2個零件相對轉(zhuǎn)動，去除3個移動自由度平面副Planar允許2件在一平面內(nèi)運動，去除2個旋轉(zhuǎn)和3個移動自由度運動副約束名

稱圖標(biāo)說

明恒速副ConstantVelocity限定兩個旋轉(zhuǎn)運動等速，去除1個旋轉(zhuǎn)和3個移動自由度萬向節(jié)Hooke/Universal旋轉(zhuǎn)運動在兩個零件間傳遞，去除1個旋轉(zhuǎn)和3個移動自由度螺旋副Screw允許2個零件作相對螺旋運動，去除2個旋轉(zhuǎn)和3個移動自由度齒輪副Gear復(fù)雜運動副，把3個零件和2個簡單運動副連接起來形成齒輪運動和其它類型的運動關(guān)聯(lián)副Coupler把2個或3個簡單運動副連接起來實現(xiàn)運動或能量的傳遞固定副Fixed把2個零件固連在一起運動副約束8.5.2基本約束（JointPrimitives）ADAMS/View提供了5個基本約束，基本約束對零件的相對運動進(jìn)行了限定，如限定兩個零件必須平行運動，或者是限定它們的運動路線相互垂直等。基本約束在現(xiàn)實中沒有物理原型，通過基本約束的組合可以產(chǎn)生定義與運動副約束相同的約束，也可實現(xiàn)運動副約束無法實現(xiàn)的復(fù)雜約束。名

稱圖標(biāo)說

明平行約束ParallelAxes限定兩個零件的零件坐標(biāo)系Z軸始終平行，去除2個旋轉(zhuǎn)自由度垂直約束Perpendicular限定兩個零件的零件坐標(biāo)系Z軸垂直，去除1個旋轉(zhuǎn)自由度方向約束Orientation限定兩個零件的零件坐標(biāo)系坐標(biāo)軸同向，不能相對旋轉(zhuǎn)，去除3個旋轉(zhuǎn)自由度點面約束Inplane限定一個零件在另一個零件的某個平面上運動，去除1個移動自由度點線約束Inline限定第一個零件沿第二個零件上的某條直線運動，去除兩個移動自由度8.5.3運動約束運動約束通過對模型施加運動來實現(xiàn)對模型的約束，一旦定義好運動后，模型就會按照所定義的運動規(guī)律進(jìn)行運動，而不考慮實現(xiàn)這種運動需要多大的力或力矩。ADAMS/View定義了兩種類型的運動約束：運動副運動和點運動。運動副運動是在已有運動副（鉸接副、移動副、圓柱副）上進(jìn)行添加，有移動和轉(zhuǎn)動兩種，帶動零件作相應(yīng)的移動和轉(zhuǎn)動，每施加一個運動約束模型去除一個自由度。點運動有單向點運動和一般點運動。前者可定義兩個零件沿著一個軸移動或轉(zhuǎn)動，后者可定義兩個零件沿三個坐標(biāo)軸的移動或轉(zhuǎn)動，擁有全自由度。8.5.4、高副約束兩個構(gòu)件通過點或線的接觸組成的運動副稱為高副，在ADAMS/view中指的是凸輪機構(gòu)，包括點線凸輪機構(gòu)和線線凸輪機構(gòu)。

Part8.6ADAMS/View中的載荷ADAMS/VIEW中的載荷主要指對模型施加力，與前面講到的運動約束不同，添加力并不一定影響模型的運動，不能從模型中去除自由度。ADAMS/VIEW中的力可以分為四類：一般作用力，柔性連接力，特殊力和接觸力。定義力的時候需要設(shè)定力的大小和方向，對于力大小的設(shè)定有3種方法：直接輸入數(shù)據(jù)、利用函數(shù)和輸入子程序的傳遞參數(shù)。力的方向可以沿坐標(biāo)軸定義或者是通過兩點之間的連線來確定。8.6.1作用力（AppliedForces）作用力分單作用力和多作用力，可以是純粹的力或力矩，也可以是力和力矩的組合。名

稱圖

標(biāo)說

明Force（SingleComponent）單作用力，在作用點上施加單向作用力Toque（SingleComponent）單作用力矩，在作用點上施加單向力矩ForceVector（3-ComponentForce）力矢量，由三個沿地面坐標(biāo)方向的分力構(gòu)成TorqueVector（3-ComponentTorque）力矩矢量，由三個沿地面坐標(biāo)方向的分力矩構(gòu)成GeneralForce(6-ComponentForce/Torque)組合力，由六個沿地面坐標(biāo)方向的力和力矩構(gòu)成對于單作用力和力矩，其運行方向有3種表示方式1）SpaceFixed/Fixed力的方向全局坐標(biāo)系中固定，不隨零件運動而變化。2）BodyFixed/Moving力的方向在所作用零件的零件坐標(biāo)系中不變。3）TwoBodies/BetweenTwoBodies力的方向在兩個零件上的力作用點連線上。8.6.2接觸力通過施加接觸力，可以描述自由運動的物體在相互接觸的時候的運行情況。線框模型與線框模型之間，實體模型與實體模型之間都可以添加接觸力，但是除球體與平面的接觸（sphere-to-planecontact）外，線框模型與實體模型之間不能添加接觸力。當(dāng)定義復(fù)雜或特殊的受力情況時要用到柔性連接力，具體使用方法這里不作介紹。

8.6.3Characterisitic選項欄Constant:恒力。Custom：用戶自定義，施加過程中施加一個函數(shù)表達(dá)式,用來定義彈性力和阻尼力或創(chuàng)建力表達(dá)式，定義力的大小。FunctionBuilderFunctionBuilder是用來建立ADAMS所需的方程式1:RuntimeFunctions2:ComputedMeasureFunctions3:FunctionMeasureF