【正文】 常用機構(gòu)的計算機建模與仿真虛擬樣機技術(shù)是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程（CAE）技術(shù)。利用該技術(shù)，工程技術(shù)人員在計算機可以創(chuàng)建各種樣機模型，對樣機的性能進(jìn)行動態(tài)分析，并提出修改方案，這將大大縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，節(jié)約產(chǎn)品的開發(fā)成本。目前，支持計算機動畫演示、驗證的軟件很多，如UG、Pro/E、Solidworks 等，它們都可以實現(xiàn)參數(shù)化仿真。此外，還可以用戶AutoCAD建模，再用3Dmax渲染，但這種方法僅能作動畫演示，而不能實現(xiàn)仿真。下面集中介紹ADAMS在常用機構(gòu)仿真分析中的應(yīng)用。 機械系統(tǒng)動力學(xué)自動分析軟件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System ）由美國MDI公司開發(fā)，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的一種機械系統(tǒng)動力學(xué)和動力學(xué)仿真軟件。從簡單的齒輪結(jié)構(gòu)、連桿機構(gòu)到復(fù)雜的車輛、飛機、衛(wèi)星、甚至人體，都可以利用ADAMS進(jìn)行仿真。ADAMS 軟件具有以下特點：● 形象直觀：利用交換互式圖形建立機械系統(tǒng)三維參數(shù)化模型?！?功能強大：分析類型包括運動學(xué)、動力學(xué)、線性、非線性、剛體、非剛體，還可以進(jìn)行變參量設(shè)計和優(yōu)化設(shè)計?！?求解迅速：具有先進(jìn)的數(shù)值分析技術(shù)和強有力的求解器，使求解快速準(zhǔn)確。● 輸出自動：仿真結(jié)果可自動顯示動畫和曲線圖形。ADAMS 軟件的核心模塊主要由用戶界面模型（ADAMS/View）、求解器模塊（ADAMS/Solver）和專業(yè)后處理模塊（ADAMS/Postprocessor）組成。ADAMS/View 是一個強大的建模和仿真應(yīng)用環(huán)境，應(yīng)用ADAMS/View可以建立和修改機械系統(tǒng)的樣機模型，并進(jìn)行仿真和動畫顯示。ADAMS/Solver 用來自動形成樣機的各種數(shù)學(xué)方程，并提供計算結(jié)果和輸出相應(yīng)的信息。ADAMS/Postprocessor用來對ADAMS/View的仿真結(jié)果進(jìn)行處理，輸出各種數(shù)據(jù)曲線、高性能動畫等，使用戶可以方便迅速地處理ADAMS的仿真結(jié)果。一般ADAMS/View自動調(diào)用ADAMS/Solver進(jìn)行分析求解，求解完成我后再自動返回到ADAMS/View 操作界面，因此只須應(yīng)用ADAMS/View和ADAMS/Postprocessor這兩個模塊及可以進(jìn)行樣機的建模和仿真分析。1 ADAMS/View 的樣機建模 啟動ADAMS/View 和設(shè)置工作環(huán)境 雙擊ADAMS/View 圖標(biāo)或從Windows 的開始菜單中啟動ADAMS/View 后，首先出現(xiàn)歡迎對話框。ADAMS/View 窗口主要包括標(biāo)題欄、菜單欄、主工具箱、工作區(qū)、狀態(tài)欄等。 它們的功能如下：（1） 標(biāo)題欄 顯示ADAMS/View 主窗口的標(biāo)題（2） 菜單欄 包括ADAMS/View 的全部命令，如文件操作、編輯、視圖、建模、仿真、回防、繪制曲線和幫助等。（3） 主工具箱 包括各種常用命令各種的快捷圖標(biāo)，如幾何建模、添加約束、施加載荷、設(shè)置色彩、設(shè)置視圖、仿真分析、播放動畫、視圖變化等。（4） 工作區(qū) 顯示樣機模型的區(qū)域。（5） 狀態(tài)區(qū) 顯示操作過程中的各種信息和提示。 ADAMS/View 啟動窗口ADAMS/View 啟動窗口有四種不同的啟動方式可供須選擇：（1） 選擇【Create a new model】項，可以創(chuàng)建一個新的樣機模型。（2） 選擇【Open an existing datebase】項，可以打開已經(jīng)保存的樣機模型數(shù)據(jù)庫。（3） 選擇【Import a file】項，可以通過輸入ADAMS/View 命令文件或ADAMS/Solver數(shù)據(jù)文件的方式，建立一個新模型。（4） 選擇【Exit】項，退出ADAMS/View 程序。另外在ADAMS/View 啟動窗口還有三個選項欄，即模型名稱欄（Model Name）、重力設(shè)置欄（Gravity）和單位設(shè)置欄（Units）。在模型名稱欄中可以輸入模型的名稱。在重力設(shè)置欄中，有Earth Nomal、No Gravity、other 共3個選項，它們分別表示設(shè)置大小為1g 的向下的重力加速度、不設(shè)重力加速度和自行設(shè)置重力加速度。絕大多數(shù)機械都是在有重力場的，因而可以選擇【Earth Nomal】選項。在單位設(shè)置欄，有四種單位制可以選擇，即MMKS(mm,kg,N,s,deg)、MKS(m,kg,N,s,deg)、CGS(cm,g,dyne,s,deg)和IPS(inch,lb,lbf,s,deg)。在ADAMS/View 中創(chuàng)建模型，首先要設(shè)置工作環(huán)境。除了在啟動窗口可以設(shè)置重力和單位外，還可以在ADAMS/View 的設(shè)置（Setting）菜單中更全面地設(shè)置模型工作環(huán)境，如：設(shè)置工作柵格、單位、重力及方向、圖標(biāo)和大小等。在完成了ADAMS/View 的工作環(huán)境的設(shè)置后，就可以創(chuàng)建樣機的幾何模型了。創(chuàng)建的方法是用鼠標(biāo)右鍵點擊工具箱中的連桿工具箱圖標(biāo)，顯示幾何模型工具庫。機械原理課程設(shè)計中涉及的幾何元素主要有兩類。第一類是幾何作圖元素，主要有設(shè)計點、標(biāo)記點、樣條曲線等，它們沒有質(zhì)量，主要用于定義其他的幾何形體的形狀和位置。例如設(shè)計點可以定義機構(gòu)的位置，標(biāo)記點可以定義運動副的位置和運動方向，樣條曲線可以定義凸輪的外型輪廓等。第二類是幾何實體元素，只要有連桿、長方體、圓柱體等，它們是空間立體幾何，主要用于連桿、齒輪、滑塊等機械構(gòu)件的三維造型的。 創(chuàng)建幾何元素的步驟簡單如下：（1） 在幾何模型工具庫中，選擇幾何元素圖標(biāo)如 或等，主工具箱下部顯示相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置對話框。（2）在參數(shù)對話框，設(shè)置是添加新的幾何元素（Nem Part）還是將幾何元素添加到現(xiàn)有機構(gòu)上（Add to Part ）,或是將幾何元素放置在地基上（Add to Ground）。（3）如果創(chuàng)建的是幾何實體元素，則在參數(shù)對話框中還需選擇輸入相關(guān)的幾何參數(shù)。(4)根據(jù)狀態(tài)欄的提示，用鼠標(biāo)在屏幕工作區(qū)選擇適當(dāng)?shù)奈恢?，?chuàng)建幾何元素。如要改幾何元素的幾何特征，可以將光標(biāo)放置在該元素上，按鼠標(biāo)右鍵，在彈出菜單中一次選擇幾何元素的類型名稱（如 Point 、Marke 、Link 等）、Modify，系統(tǒng)將彈出幾何特征修改對話框，在對話框中可以修改幾何元素的尺寸、位置或方向等參數(shù)。對于有質(zhì)量的幾何元素，如要修改它們的物理特性如材料、密度、質(zhì)量等，可在彈出菜單中依次選擇【Part】→【Modify】，系統(tǒng)將彈出物理特性修改對話框，在對話框中可以修改它們的物理特性參數(shù)。2 .添加樣機約束副完成幾何模型創(chuàng)建后，需要用約束副將它們連接起來，以確定構(gòu)件之間的相對運動。ADAMS/View 提供了低副、高副等多種類型的約束。 幾何模型工具箱用圖形工具庫添加約束副的方法是，用鼠標(biāo)右鍵打開主工具箱中的約束工具庫圖標(biāo)。如果想添加哪種約束，可用鼠標(biāo)左鍵選擇相應(yīng)的圖標(biāo)。（1）創(chuàng)建低副的步驟如下：① 用鼠標(biāo)左鍵選擇約束庫中的低副圖標(biāo)或，主工具箱下部顯示低副設(shè)置對話框。② 設(shè)置低副連接方式。●1Locaion：通過一個位置點創(chuàng)建構(gòu)件和大地之間的低副約束。●2Bod – 1Loc：通過選擇兩個構(gòu)件和一個位置點確定兩個構(gòu)件之間的低副約束?！?Bod 2Loc：通過選擇兩個構(gòu)件和兩個位置點確定兩個構(gòu)件之間的低副約束。 約束庫 ③ 設(shè)置低副約束的方向● Normal to Grid：低副約束的軸線垂直于工作網(wǎng)絡(luò)所在的平面?！?Pick Feature：選擇一個方向作為低副約束軸線的方向。④ 根據(jù)狀態(tài)欄提示，在屏幕工作區(qū)完成低副的創(chuàng)建。⑵ 創(chuàng)建齒輪副需要有兩個相切的節(jié)圓表示嚙合的齒輪和一個支撐的機架（可以是地面），還要有兩個轉(zhuǎn)動副，分別是兩個齒輪和機架之間的約束副，以及一個具有共同速度的Marker點，這個Marker點在機架上，并且其z軸方向為兩個齒輪共同的速度方向。 創(chuàng)建齒輪機構(gòu)的步驟如下：① 用鼠標(biāo)左鍵選擇齒輪副圖標(biāo)，系統(tǒng)彈出創(chuàng)建齒輪副對話框。② 在對話框的Joint Name欄中輸入兩個約束副的名稱。③ 在Common Velocity Marker欄中輸入共同速度的標(biāo)記點。④ 單擊【OK】按鈕，完成齒輪副的創(chuàng)建。⑶ 創(chuàng)建凸輪副 ADMAS/View提供了兩種凸輪副：點–線凸輪副和線線凸輪副。點線凸輪副定義一個點線約束，限制固定在一個零件上的點沿著固定在另一個零件的曲線運動。應(yīng)用點線凸輪副，可以模擬尖頂從動件凸輪機構(gòu)的運動。線線凸輪副定義一個線線約束，限制固定在一個零件上的曲線與固定在一個零件上的曲線始終保持接觸，線線凸輪機構(gòu)可用于模擬兩個零件的接觸點隨著運動不斷變化的機構(gòu)，如滾子從動件凸輪機構(gòu)。創(chuàng)建凸輪機構(gòu)的步驟如下：① 在約束工具集中選擇點線工具圖標(biāo)，或線線凸輪工具圖標(biāo)。② 若是尖底凸輪，選擇從動件上的觸點，若是曲底凸輪選擇從動輪上的曲線。③ 選擇凸輪的輪廓曲線，完成創(chuàng)建。⑴施加運動 在ADAMS/view 主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵打開圖標(biāo)。其中約束副的運動有兩種，移動和轉(zhuǎn)動。設(shè)置它們的方法如下：① ，或轉(zhuǎn)動運動圖標(biāo)。② 在主工具箱下部的設(shè)置欄，輸入速度值。③ 在屏幕工作區(qū)選擇要設(shè)置運動的運動副，完成運動設(shè)置。要修改運動，可將光標(biāo)放置在所創(chuàng)建的運動上，點擊鼠標(biāo)右鍵，選【Modify】命令，系統(tǒng)將彈出運動修改對話框，在對話框中可以修改運動的類型、大小、方向和名稱等。⑵施加載荷 ADAMS/view提供了多種類型的力，如作用力、柔性作用力、特殊力和接觸力等，用鼠標(biāo)右鍵打開主工具箱中的力工具庫圖標(biāo)，即可見到完整的力工具庫。 在多種類型的力中，單向力和單向力矩是機械原理中最常用到兩種類型的力，施加單向力或單項力矩步驟如下：① 在ADAMS/view力工具庫中選擇單向力工具圖標(biāo)，或單向力矩工具圖標(biāo)。主工具箱的下部顯示相應(yīng)的力和力矩設(shè)置對話框。② 在 Runtime Direction設(shè)置欄中進(jìn)行力的方向設(shè)置。 運動工具箱 力工具庫● Space Fixed(On One Body, Fixed):相對空間固定?！?Body Moving（On One Body, Moving）：隨物體移動?！?Two Bodies（between Two Bodies）:相對兩個物體。③如果將力施加到一個零件上，要在Construction設(shè)置欄中設(shè)置以下方向選項：● Normal to Grid:垂直于工作網(wǎng)格所在平面?！?Pick Feature:選擇一個方向作為作用力的方向。④在Characteristic 選項欄中選擇力的性質(zhì)。● Constant:恒力?！?SpringDamplike:定義彈性力和阻尼力?！?Custom：自定義。⑤在屏幕工作區(qū)完成力的創(chuàng)建。要修改作用力，可將光標(biāo)放置在所創(chuàng)建的運動上，點擊鼠標(biāo)右鍵，選擇【Modify】，系統(tǒng)將彈出力的修改對話框，在修改對話框中可以修改力的名稱