【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 4 基于 ADAMS 的減速器虛擬樣機(jī)系統(tǒng)性能仿真 ADAMS 軟件概述 ADAMS 軟件，即機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件 ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，是美國 MDI 公司 (Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件。目前， ADAMS 己經(jīng)被全世界各行各業(yè)的數(shù)百家主要制造商采用。根據(jù)1999 年機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真分析軟件國際市場(chǎng)份額的統(tǒng)計(jì)資料， ADAMS 軟件銷售總額近 8千萬美元、占據(jù)了 51%的份額。 ADAMS 軟件使用交互式圖形環(huán)境和零件庫、約束庫、力庫，創(chuàng)建完全參數(shù)化的機(jī)械系統(tǒng)幾何模型，其求解器采用多剛體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論中的拉格郎日方程方法，建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程，對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析，輸出位移、速度、加速度和反作用力曲線。 ADAMS 軟件的仿真可用于預(yù) 測(cè)機(jī)械系統(tǒng)的性能、運(yùn)動(dòng)范圍、碰撞檢測(cè)、峰值載荷以及計(jì)算有限元的輸入載荷等。 ADAMS 一方面是虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件，用戶可以運(yùn)用該軟件非常方便地對(duì)虛擬機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析。另一方面，又是虛擬樣機(jī)分析開發(fā)工具，其開放性的程序結(jié)構(gòu)和多種接口，可以成為特殊行業(yè)用戶進(jìn)行特殊類型虛擬樣機(jī)分析的二次開發(fā)工具平臺(tái)。 ADAMS 軟件有兩種操作系統(tǒng)的版本： UNIX 版和 Windows NT/2020版。本書將以 Windows 2020 版的 為藍(lán)本。 ADAMS 軟件由基本模塊、擴(kuò)展模塊、接口模塊 、專業(yè)領(lǐng)域模塊及工具箱 5 類模塊組成，如表 31 所示。用戶不僅可以采用通用模塊對(duì)一般的機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行仿真，而且可以采用專用模塊針對(duì)特定工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域的問題進(jìn)行快速有效的建模與仿真分析。 表 41 ADAMS 軟件模塊 基本模塊 用戶界面模塊 ADAMS／ View 求解器模塊 ADAMS／ Solver 后處理模塊 ADAMS／ PostProcessor 擴(kuò)展模塊 液壓系統(tǒng)模塊 ADAMS/Hydraulics 振動(dòng)分析模塊 ADAMS/Vibration 線性化分析模塊 ADAMS/Linear 高速動(dòng)畫模塊 ADAMS/Animation 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 20 頁 共 38頁 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與分析模塊 ADAMS/Insight 耐久性分析模塊 ADAMS/Durability 數(shù)字化裝配回放模塊 ADAMS/DMU Replay 接口模塊 柔性分析模塊 ADAMS/Flex 控制模塊 ADAMS/Controls 圖形接口模塊 ADAMS/Exchange CATIA 專業(yè)接口模塊 CAT/ADAMS Pro/E 接口模塊 Mechanical/Pro 專業(yè)領(lǐng)域模塊 轎車模塊 ADAMS/Car 懸架設(shè) 計(jì)軟件包 Suspension Design 概念化懸架模塊 CSM 駕駛員模塊 ADAMS/Driver 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)模塊 ADAMS/Driveline 輪胎模塊 ADAMS/Tire 柔性環(huán)輪胎模塊 FTire Module 柔性體生成器模塊 ADAMS/FBG 經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)模型 EDM 發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)模塊 ADAMS/Engine 配氣機(jī)構(gòu)模塊 ADAMS/Engine Valvetrain 正時(shí)鏈模塊 ADAMS/Engine Chain 附件驅(qū)動(dòng)模塊 Accessory Drive Module 鐵路車輛模塊 ADAMS/Rail FORD 汽車公司專用汽車模塊 ADAMS/Pre （ 現(xiàn) 改 名 為Chassis） 工具箱 軟件開發(fā)工具包 ADAMS/SDK 虛擬試驗(yàn)工具箱 Virtual Test Lab 虛擬試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析工具箱 Virtual Experiment Modal Analysis 鋼板彈簧工具箱 Leafspring Toolkit 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 21 頁 共 38頁 飛機(jī)起落架工具箱 ADAMS/Landing Gear 履帶 /輪胎式車輛工具箱 Tracked/Wheeled Vehicle 齒輪傳動(dòng)工具箱 ADAMS/Gear Tool ADAMS 軟件基本模塊 用戶界面模塊（ ADAMS/View） ADAMS/View 是 ADAMS 系列產(chǎn)品的核心模塊之一，采用以用戶為中心的交互式圖形環(huán)境，將圖標(biāo)操作、菜單操作、鼠標(biāo)點(diǎn)取操作與交互式圖形建模、仿真計(jì)算、動(dòng)畫顯示、優(yōu)化設(shè)計(jì)、 XY 曲線圖處理、結(jié)果分析和數(shù)據(jù)打印等功能集成在一起。 ADAMS/View 采用簡(jiǎn)單的分層方式完成建模工作。采用 Parasolid 內(nèi)核進(jìn)行實(shí)體建模，并提供了 豐富的零件幾何圖形庫、約束庫和力 /力矩庫，并且支持布爾運(yùn)算、支持FORTRAN/77 和 FORTRAN/90 中的函數(shù)。除此之外，還提供了豐富的位移函數(shù)、速度函數(shù)、加速度函數(shù)、接觸函數(shù)、樣條函數(shù)、力 /力矩函數(shù)、合力 /力矩函數(shù)、數(shù)據(jù)元函數(shù)、若干用戶子程序函數(shù)以及常量和變量等。 自 版后， ADAMS/View 采用用戶熟悉的 Motif界面 (UNIX 系統(tǒng) )和 Windows 界面 (NT 系統(tǒng) )，從而大大提高了快速建模能力。在ADAMS/View 中，用戶利用 TABLE EDITOR，可像用 EXCEL 一樣方便地編輯模型數(shù)據(jù)，同時(shí)還提供了 PLOT BROWSER 和 FUNCTION BUILDER 工具包。 DS(設(shè)計(jì)研究 )、 DOE(實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) )及 OPTIMIZE(優(yōu)化 )功能可使用戶方便地進(jìn)行優(yōu)化工作。 ADAMS/View 有自己的高級(jí)編程語言，支持命令行輸λ命令和 C++語言，有豐富的宏命令以及快捷方便 的圖標(biāo)、菜單和對(duì)話框創(chuàng)建和修改工具包，而且具有在線幫助功能。 ADAMS/View 模塊界面如圖 41所示。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 22 頁 共 38頁 圖 41 ADAMS/View 模塊 ADAMS/View 新版采用了改進(jìn)的動(dòng)畫 /曲線圖窗口，能夠在同一窗口內(nèi)可以同步顯示模型的動(dòng)畫和曲線圖；具有豐富的二維碰撞副，用戶可以對(duì)具有摩擦的二維點(diǎn)－曲線、圓－曲線、平面－曲線、以及曲線－曲線、實(shí)體－實(shí)體等碰撞副自動(dòng)定義接觸力；具有實(shí)用的 Parasolid 輸入 /輸出功能，可以輸入 CAD 中生成的 Parasolid 文件，也可以把單個(gè)構(gòu)件、或整個(gè)模型、或在某一指 定的仿真時(shí)刻的模型輸出到一個(gè) Parasolid 文件中；具有新型數(shù)據(jù)庫圖形顯示功能，能夠在同一圖形窗口內(nèi)顯示模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，選擇某一構(gòu)件或約束 (運(yùn)動(dòng)副或力 )后顯示與此項(xiàng)相關(guān)的全部數(shù)據(jù)；具有快速繪圖功能，繪圖速度是原版本的 20 倍以上；采用合理的數(shù)據(jù)庫導(dǎo)向器，可以在一次作業(yè)中利用一個(gè)名稱過濾器修改同一名稱中多個(gè)對(duì)象的屬性，便于修改某一個(gè)數(shù)據(jù)庫對(duì)象的名稱及其說明內(nèi)容；具有精確的幾何定位功能，可以在創(chuàng)建模型的過程中輸入對(duì)象的坐標(biāo)、精確地控制對(duì)象的位置；多種平臺(tái)上采用統(tǒng)一的用戶界面、提供合理的軟件文檔；支持 lntel Windows NT 平臺(tái)的快速圖形加速卡，確保 ADAMS/View 的用戶可以利用高性能 OpenGL 圖形卡提高軟件的性能；命令行可以自動(dòng)記錄各種操作命令，進(jìn)行自動(dòng)檢查。 求解器模塊 (ADAMS/Solver) ADAMS/Solver 是 ADAMS 系列產(chǎn)品的核心模塊之一，是 ADAMS 產(chǎn)品系列中處于心臟地位的仿真器。該軟件自動(dòng)形成機(jī)械系統(tǒng)模型的動(dòng)力學(xué)方程，提供靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的解算結(jié)果。 ADAMS/Solver 有各種建模和求解選項(xiàng)，以便精確有效地解決各種工程應(yīng)用問題。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 第 23 頁 共 38頁 ADAMS/Solver 可 以對(duì)剛體和彈性體進(jìn)行仿真研究。為了進(jìn)行有限元分析和控制系統(tǒng)研究，用戶除要求軟件輸出位移、速度、加速度和力外，還可要求模塊輸出用戶自己定義的數(shù)據(jù)。用戶可以通過運(yùn)動(dòng)副、運(yùn)動(dòng)激勵(lì)，高副接觸、用戶定義的子程序等添加不同的約束。用戶同時(shí)可求解運(yùn)動(dòng)副之間的作用力和反作用力，或施加單點(diǎn)外力。 ADAMS/Solver 新版中對(duì)校正功能進(jìn)行了改進(jìn)，使得積分器能夠根據(jù)模型的復(fù)雜程度自動(dòng)調(diào)整參數(shù)，仿真計(jì)算速度提高了 30%；采用新的 S12 型積分器（ Stabilized Index 2 intergrator），能夠同時(shí)求解運(yùn)動(dòng)方程 組的位移和速度，顯著增強(qiáng)積分器的魯棒性，提高復(fù)雜系統(tǒng)的解算速度；采用適用于柔性單元 (梁、襯套、力場(chǎng)、彈簧 阻尼器 )的新算法，可提高 S12 型積分器的求解精度和魯棒性；可以將樣條數(shù)據(jù)存儲(chǔ)成獨(dú)立文件使之管理更加方便，并且 spline 語句適用于各種樣條數(shù)據(jù)文件，樣條數(shù)據(jù)文件子程序還支持用戶定義的數(shù)據(jù)格式；具有豐富的約束摩擦特性功能，在 Translational, Revolute, Hooks, Cylindrical, Spherical, Universal 等約束中可定義各種摩擦特性。后處理模塊（ ADAMS/Postprocessor） MDI 公司開發(fā)的后處理模塊 ADAMS/Postprocessor，用來處理仿真結(jié)果數(shù)據(jù)、顯示仿真動(dòng)畫等。既可以在 AD