【正文】 常用機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)建模與仿真虛擬樣機(jī)技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)。利用該技術(shù)，工程技術(shù)人員在計(jì)算機(jī)可以創(chuàng)建各種樣機(jī)模型，對(duì)樣機(jī)的性能進(jìn)行動(dòng)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(jì)算機(jī)動(dòng)畫演示、驗(yàn)證的軟件很多，如UG、Pro/E、Solidworks 等，它們都可以實(shí)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(dòng)畫演示，而不能實(shí)現(xiàn)仿真。下面集中介紹ADAMS在常用機(jī)構(gòu)仿真分析中的應(yīng)用。 機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System ）由美國(guó)MDI公司開發(fā)，是目前世界上應(yīng)用最廣泛的一種機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真軟件。從簡(jiǎn)單的齒輪結(jié)構(gòu)、連桿機(jī)構(gòu)到復(fù)雜的車輛、飛機(jī)、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(diǎn)：● 形象直觀：利用交換互式圖形建立機(jī)械系統(tǒng)三維參數(shù)化模型?！?功能強(qiáng)大：分析類型包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)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(jì)和優(yōu)化設(shè)計(jì)?！?求解迅速：具有先進(jìn)的數(shù)值分析技術(shù)和強(qiáng)有力的求解器，使求解快速準(zhǔn)確?！?輸出自動(dòng)：仿真結(jié)果可自動(dòng)顯示動(dòng)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(gè)強(qiáng)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(jī)械系統(tǒng)的樣機(jī)模型，并進(jìn)行仿真和動(dòng)畫顯示。ADAMS/Solver 用來(lái)自動(dòng)形成樣機(jī)的各種數(shù)學(xué)方程，并提供計(jì)算結(jié)果和輸出相應(yīng)的信息。ADAMS/Postprocessor用來(lái)對(duì)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(dòng)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(dòng)調(diào)用ADAMS/Solver進(jìn)行分析求解，求解完成我后再自動(dòng)返回到ADAMS/View 操作界面，因此只須應(yīng)用ADAMS/View和ADAMS/Postprocessor這兩個(gè)模塊及可以進(jìn)行樣機(jī)的建模和仿真分析。1 ADAMS/View 的樣機(jī)建模 啟動(dòng)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(dòng)ADAMS/View 后，首先出現(xiàn)歡迎對(duì)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(dòng)畫、視圖變化等。（4） 工作區(qū) 顯示樣機(jī)模型的區(qū)域。（5） 狀態(tài)區(qū) 顯示操作過(guò)程中的各種信息和提示。 ADAMS/View 啟動(dòng)窗口ADAMS/View 啟動(dòng)窗口有四種不同的啟動(dòng)方式可供須選擇：（1） 選擇【Create a new model】項(xiàng)，可以創(chuàng)建一個(gè)新的樣機(jī)模型。（2） 選擇【Open an existing datebase】項(xiàng)，可以打開已經(jīng)保存的樣機(jī)模型數(shù)據(jù)庫(kù)。（3） 選擇【Import a file】項(xiàng)，可以通過(guò)輸入ADAMS/View 命令文件或ADAMS/Solver數(shù)據(jù)文件的方式，建立一個(gè)新模型。（4） 選擇【Exit】項(xiàng)，退出ADAMS/View 程序。另外在ADAMS/View 啟動(dòng)窗口還有三個(gè)選項(xiàng)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(gè)選項(xiàng)，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(jī)械都是在有重力場(chǎng)的，因而可以選擇【Earth Nomal】選項(xiàng)。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(dòng)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(jī)的幾何模型了。創(chuàng)建的方法是用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊工具箱中的連桿工具箱圖標(biāo)，顯示幾何模型工具庫(kù)。機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)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(jì)點(diǎn)、標(biāo)記點(diǎn)、樣條曲線等，它們沒(méi)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(jì)點(diǎn)可以定義機(jī)構(gòu)的位置，標(biāo)記點(diǎn)可以定義運(yùn)動(dòng)副的位置和運(yùn)動(dòng)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(shí)體元素，只要有連桿、長(zhǎng)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(jī)械構(gòu)件的三維造型的。 創(chuàng)建幾何元素的步驟簡(jiǎn)單如下：（1） 在幾何模型工具庫(kù)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(duì)話框。（2）在參數(shù)對(duì)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(jī)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(shí)體元素，則在參數(shù)對(duì)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(duì)話框，在對(duì)話框中可以修改幾何元素的尺寸、位置或方向等參數(shù)。對(duì)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(duì)話框，在對(duì)話框中可以修改它們的物理特性參數(shù)。2 .添加樣機(jī)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(lái)，以確定構(gòu)件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。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(kù)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(kù)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(kù)中的低副圖標(biāo)或，主工具箱下部顯示低副設(shè)置對(duì)話框。② 設(shè)置低副連接方式?！?Locaion：通過(guò)一個(gè)位置點(diǎn)創(chuàng)建構(gòu)件和大地之間的低副約束。●2Bod – 1Loc：通過(guò)選擇兩個(gè)構(gòu)件和一個(gè)位置點(diǎn)確定兩個(gè)構(gòu)件之間的低副約束?！?Bod 2Loc：通過(guò)選擇兩個(gè)構(gòu)件和兩個(gè)位置點(diǎn)確定兩個(gè)構(gòu)件之間的低副約束。 約束庫(kù) 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(gè)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(gè)相切的節(jié)圓表示嚙合的齒輪和一個(gè)支撐的機(jī)架（可以是地面），還要有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，分別是兩個(gè)齒輪和機(jī)架之間的約束副，以及一個(gè)具有共同速度的Marker點(diǎn)，這個(gè)Marker點(diǎn)在機(jī)架上，并且其z軸方向?yàn)閮蓚€(gè)齒輪共同的速度方向。 創(chuàng)建齒輪機(jī)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(duì)話框。② 在對(duì)話框的Joint Name欄中輸入兩個(gè)約束副的名稱。③ 在Common Velocity Marker欄中輸入共同速度的標(biāo)記點(diǎn)。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(diǎn)–線凸輪副和線線凸輪副。點(diǎn)線凸輪副定義一個(gè)點(diǎn)線約束，限制固定在一個(gè)零件上的點(diǎn)沿著固定在另一個(gè)零件的曲線運(yùn)動(dòng)。應(yīng)用點(diǎn)線凸輪副，可以模擬尖頂從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)。線線凸輪副定義一個(gè)線線約束，限制固定在一個(gè)零件上的曲線與固定在一個(gè)零件上的曲線始終保持接觸，線線凸輪機(jī)構(gòu)可用于模擬兩個(gè)零件的接觸點(diǎn)隨著運(yùn)動(dòng)不斷變化的機(jī)構(gòu)，如滾子從動(dòng)件凸輪機(jī)構(gòu)。創(chuàng)建凸輪機(jī)構(gòu)的步驟如下：① 在約束工具集中選擇點(diǎn)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(dòng)件上的觸點(diǎn)，若是曲底凸輪選擇從動(dòng)輪上的曲線。③ 選擇凸輪的輪廓曲線，完成創(chuàng)建。⑴施加運(yùn)動(dòng) 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(yùn)動(dòng)有兩種，移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。設(shè)置它們的方法如下：① ，或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)副，完成運(yùn)動(dòng)設(shè)置。要修改運(yùn)動(dòng)，可將光標(biāo)放置在所創(chuàng)建的運(yùn)動(dòng)上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選【Modify】命令，系統(tǒng)將彈出運(yùn)動(dòng)修改對(duì)話框，在對(duì)話框中可以修改運(yùn)動(dòng)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(kù)圖標(biāo)，即可見到完整的力工具庫(kù)。 在多種類型的力中，單向力和單向力矩是機(jī)械原理中最常用到兩種類型的力，施加單向力或單項(xiàng)力矩步驟如下：① 在ADAMS/view力工具庫(kù)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(duì)話框。② 在 Runtime Direction設(shè)置欄中進(jìn)行力的方向設(shè)置。 運(yùn)動(dòng)工具箱 力工具庫(kù)● Space Fixed(On One Body, Fixed):相對(duì)空間固定?！?Body Moving（On One Body, Moving）：隨物體移動(dòng)?！?Two Bodies（between Two Bodies）:相對(duì)兩個(gè)物體。③如果將力施加到一個(gè)零件上，要在Construction設(shè)置欄中設(shè)置以下方向選項(xiàng)：● Normal to Grid:垂直于工作網(wǎng)格所在平面?！?Pick Feature:選擇一個(gè)方向作為作用力的方向。④在Characteristic 選項(xiàng)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(yùn)動(dòng)上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇【Modify】，系統(tǒng)將彈出力的修改對(duì)話框，在修改對(duì)話框中可以修改力的名稱