【導(dǎo)讀】低壓斷路器由導(dǎo)電系統(tǒng)、滅弧室、熱脫扣器和電磁式瞬動機(jī)構(gòu)組成，其中操動機(jī)構(gòu)的性能直接關(guān)系斷路器動作的可靠性，本課題要求利用有關(guān)三維實體造型和機(jī)構(gòu)設(shè)計的軟件，完成對低壓斷路器的常用操動機(jī)構(gòu)的設(shè)計和優(yōu)化研究。2月7日至3月26日：查閱資料；撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報告；確定總體方案.3月26日至4月9日：畢業(yè)實習(xí).4月10日至4月30日：操動機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)計算和實體造型。5月1日至5月20日：機(jī)構(gòu)動作特性分析與計算。5月21日至5月30日：利用ADAMS軟件進(jìn)行仿真和優(yōu)化。其設(shè)計主體思路首先通過ADAMS與Pro/E的接口模塊MECHANISM/PRO定義剛體和施加約束，形成了機(jī)械系統(tǒng)模型，然后使用ADAMS的求解器ADAMS/Solver對其進(jìn)行動力學(xué)仿真。

　　

【正文】 ，還可以方便地向有限元軟件輸出系統(tǒng)仿真后的載荷譜和位移譜信息，利用有限元軟件進(jìn)行應(yīng)力、應(yīng)變以及疲勞壽命的評估分析和研究。用戶可以從子程序中獲取柔性體的狀態(tài)。ADAMS/Controls (控制模塊)ADAMS/Controls也是ADAMS軟件包中的一個集成可選模塊。在ADAMS/Controls中，設(shè)計師可以利用通用控制系統(tǒng)軟件〔如MATLAB, Matrix,Easy5)建立控制系統(tǒng)框圖，與ADAMS所建立的液壓系統(tǒng)和運(yùn)動機(jī)械系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合而形成更為真實的整機(jī)模型。在仿真計算過程中，應(yīng)用戶要求，ADAMS/Controls可采用三種不同的方式工作:其一，ADAM　S/Controls輸出系統(tǒng)在任意時刻的狀態(tài)矩陣，作為受控對象提交給控制軟件。其二ADAMS　/Controls以控制軟件控制框圖的形式給控制軟件提交實時的機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)模型，與控制軟件書寫描述的控制系統(tǒng)控制框圖結(jié)合，聯(lián)合仿真，準(zhǔn)確給出在控制系統(tǒng)作用下機(jī)械系統(tǒng)的真實運(yùn)動和受力情況。其三，控制軟件將控制框圖生成為源語言代〔C++, Fortran )，通過ADAMS強(qiáng)大的二次開發(fā)功能連接到ADAMS/Controls求解器上，完全將控制系統(tǒng)集成到ADAMS/Controls環(huán)境中，不但簡化了操作，減少了對計算機(jī)資源的依賴，同時，尤為重要的是，可以利用ADAMS的試驗設(shè)計和優(yōu)化功能實現(xiàn)對控制系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化，從而將ADAMS的優(yōu)化功能擴(kuò)展到對整個包含機(jī)械、液壓和控制等子系統(tǒng)的整機(jī)性能優(yōu)化?！。粒洌幔恚蟮臋C(jī)械仿真過程及應(yīng)注意的問題 　　　以下對主要步驟進(jìn)行介紹并總結(jié)一些在使用中應(yīng)注意的問題。 　樣機(jī)建模 　對于虛擬樣機(jī)的幾何建模，ADAMS提供 ４種類型的幾何體：剛性 形體、柔性形體、點質(zhì)量和地基形體。點質(zhì)量是指僅有質(zhì)量而沒有慣性 矩的點，地基形體指沒有質(zhì)量和速度，自由度為零，任何時候都保持靜止的物體。每一個新產(chǎn)生的幾何體都設(shè)有一個參考坐標(biāo)系：零件機(jī)架坐 標(biāo)系，在仿真過程中，幾何體的尺寸和形狀相對于該幾何體參考坐標(biāo)系 靜止不變。ADAMS提供了豐富的基本形體建模工具庫，如長方體、圓環(huán)等ADAMS在塑殼知路器機(jī)構(gòu)仿真中的應(yīng)用雜造型這一方面的功能較差，但它提供了一個 Exchange（圖形接口） 模塊，其功能是利用IGES．STEP．STL，DOG/DXF等產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換 庫的標(biāo)準(zhǔn)文件格式完成ADAMS與其它CAD／CAM／CAE軟件之間數(shù)據(jù) 的雙向傳輸，使ADAMS與CAD／CAM／CAE軟件更緊密地集成在一起。Exchange自動將圖形文件轉(zhuǎn)換成一組包含外形、標(biāo)志和曲線 的圖形要素，通過控制傳輸時的精度獲得較為精確的幾何形狀。 　　　　在使用Exchange模塊轉(zhuǎn)換CAD圖形文件時，應(yīng)注意以下問題： 　　　　　，如遇到Exchange不支持的圖形信息，Exchange 將采用線性近試技術(shù)轉(zhuǎn)換圖形，如將IGES格式圖形文件中的一些非線性形體轉(zhuǎn)換為多邊形或多義線； 　　　　　，在轉(zhuǎn)換 CAD圖形文件時，可能會丟失構(gòu)件的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量信息，因此在輸入圖形后，應(yīng)檢查構(gòu)件這一信息，必要時重新輸入； 　　　　 CAD應(yīng)用程序中確立的零件裝配關(guān)系，ADAMS中可能不再使用，此時需要采用一些特殊的方法來重新確定。 　樣機(jī)約束的施加 　　　　建模時，可以通過各種約束關(guān)系限制構(gòu)件之間的某些相對運(yùn)動，并以此將不同構(gòu)件組成一個機(jī)械系統(tǒng)，被連接的構(gòu)件可以是剛體構(gòu)件、柔性構(gòu)件或者點質(zhì)量。ADAMS可以處理四種類型的約束： 　　　a 常用運(yùn)動副約束，如轉(zhuǎn)動副，棱柱副等．這類約束通過約束不 同構(gòu)件間的旋轉(zhuǎn)和移動自由度來使構(gòu)件按需要運(yùn)動； 　　　　b 指定約束方向，即限制某個運(yùn)動方向，如限制一個構(gòu)件總是沿著平行于另一個構(gòu)件的方向運(yùn)動； 　　　　c 接觸約束，定義兩構(gòu)件在運(yùn)動中發(fā)生接觸時是怎樣相互約束的： 　　　　d 約束運(yùn)動，如指定一個構(gòu)件遵循某個時間函數(shù)按指定的軌跡規(guī)律運(yùn)動。這類約束通過定義機(jī)構(gòu)遵循一定的規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動，可以約束機(jī) 構(gòu)的某些自由度，另一方面也決定了是否需要施加力來維持所定義的運(yùn)動。 　　　　在添加約束時應(yīng)注意以下幾個方面： 　　　　，并經(jīng)常對施加的約束進(jìn)行試驗， 保證沒有約束錯誤，要注意選擇對象的順序和約束方向是否正確，ADAMS中設(shè)定兩個被連接的構(gòu)件中，構(gòu)件1被連接到構(gòu)件2上面； 意約束的方向是否正確。錯誤的約束方向可以導(dǎo)致某些自由度沒有被約 束而使系統(tǒng)運(yùn)動混亂；，如果使用多個，每個運(yùn)動副實現(xiàn)的自由度約束有可能重復(fù)，這樣會導(dǎo)致無法預(yù)料的結(jié)果；，通過運(yùn)行系統(tǒng)的動力學(xué)分析 來檢驗樣機(jī)的各種約束是否加的正確。 　仿真分析 　　　　在建模和正確施加約束后，就可以對系統(tǒng)進(jìn)行仿真。在仿真前， 應(yīng)確定仿真分析要求獲得的輸出，并且進(jìn)行一些最后的檢驗，建立正確 的初始條件，然后設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如分析類型、時間、分析步長和分析 精度等。Adams/View可以自動調(diào)用求解程序，再由求解程序完成以下 四種類型的仿真分析： 　　　　 a 動力學(xué)仿真（Dynamic）：通過求解一系列非線性微分方程和代數(shù)方程，仿真分析自由度大于零的復(fù)雜系統(tǒng)的運(yùn)動和各種力； 　　　　b 運(yùn)動學(xué)仿真 （Kinematics）：通過求解一系列代數(shù)方程組，仿真 分析自由度等于零有確定運(yùn)動系統(tǒng)的運(yùn)動； 　　　　c 靜態(tài)分析 （Static）：通過力的平衡條件，求解構(gòu)件各種作用力 的靜態(tài)分析； 　　　　d 裝配分析 （Assemble）：用于發(fā)現(xiàn)校正裝配和操作過程中的錯誤連接，以及不恰當(dāng)?shù)某跏紬l件。 　　　　完成仿真分析后，程序自動回到View界面，因此可以視Solver為一個黑匣子。Adams／Slover默認(rèn)的仿真輸出包括兩大類：一類是樣機(jī)各種對象（構(gòu)件、力、約束等）的基本信息的描述，如構(gòu)件質(zhì)心位置等；另一類輸出是各種對象的有關(guān)分量信息，如構(gòu)件在X，Y,Z方向的分力和總的合力等。此外，還可以利用Adams/View提供的測量手段和指定輸出方式自定義一些特殊的輸出。仿真結(jié)果的后處理是通過調(diào)用獨(dú)立的 PostProcessor來完成的，這個模塊主要提供仿真結(jié)果的回放和分析曲線繪制功能．通過仿真結(jié)果的后處理，可以完成以下工作：1對進(jìn)一步調(diào)試樣機(jī)提供指南；2 可以 通過多種方式驗證仿真結(jié)果；3 可以繪制各種仿真分析曲線并進(jìn)行一 些曲線的數(shù)學(xué)和統(tǒng)計計算；3 可以通過圖形和數(shù)據(jù)曲線比較不同條件 下的分析結(jié)果。 　　　　一般程序默認(rèn)的仿真初始設(shè)置是較理想的，不要隨便改動．在對一個新的樣機(jī)分析的時候，應(yīng)該最少進(jìn)行不同迭代精度的多次分析，比 較前后兩次不同精度時的仿真結(jié)果，在兩種不同的迭代分析結(jié)果基本相 同時，才可以認(rèn)為獲得了較可靠的仿真結(jié)果，而且此時的迭代精度是最佳的迭代精度。 MECHANISM/PRO模塊簡介及使用 MECHANISM/PRO模塊簡介MECHANISM/PRO（Pro/E接口）是MDI公司開發(fā)的連接三維實體建模軟件。ME　CHANISM/PRO與機(jī)械系統(tǒng)動力學(xué)仿真分析軟件ADAMSde 接口模塊，二者采用無縫連接的方式，不需要退出Pro/ENGINEER應(yīng)用環(huán)境，就可以將裝配完畢的總成根據(jù)其運(yùn)動關(guān)系定義為機(jī)械系統(tǒng)模型，進(jìn)行系統(tǒng)的的運(yùn)動學(xué)或仿真，并進(jìn)行干涉檢查、確定運(yùn)動鎖止的位置、計算約束副的作用力等等；使用它還可以在Pro/ENGINEER中定義剛體和施加約束后，將模型傳送到ADAM/View中，以便進(jìn)行全面的動力學(xué)分析。使用MECHANISM/PRO可以在Pro/ENGINEER環(huán)境下定義剛體和施加約束，并且可以利用ADAMS的求解器進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，因此它具有以下優(yōu)點：a 增加模型的仿真精度。因為MECHANISM/PRO直接使用Pro/ENGINEER的三維實體模型，因此它消除了由于模型在不同軟件之間的傳送帶來的模型幾何形狀及質(zhì)量特性的誤差；b 提高工作效率。由于MECHANISM/PRO可以直接在Pro/ENGINEER環(huán)境下運(yùn)行，因此不必學(xué)習(xí)新的軟件界面，就可以完成機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)仿真分析、結(jié)果的處理以及動畫顯示；c 準(zhǔn)確體會設(shè)計意圖。在MECHANISM/PRO中創(chuàng)建物體之間的約束時，可以參考Pro/ENGINEER的零件特征（如：圓柱的中心線、圓心、頂點等等），這一方面可以加快機(jī)械系統(tǒng)模型的創(chuàng)建，另一方面可以更好的體會設(shè)計意圖，增加約束的準(zhǔn)確性；d 削減設(shè)計費(fèi)用。使用MECHANISM/PRO設(shè)計產(chǎn)品，在制造物理樣機(jī)之前可以多次在計算機(jī)上改進(jìn)，糾正設(shè)計錯誤，縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期，減少制造物理樣機(jī)的費(fèi)用?！ECHANISM/PRO的仿真設(shè)計流程對MECHANISM/PRO模塊有拉了解了解以后。下面來談?wù)劜捎肕ECHANISM/PRO模塊對機(jī)械系統(tǒng)模型進(jìn)行運(yùn)動學(xué)或動力學(xué)仿真分析時，一般遵循的步驟，主要步驟如下： a 創(chuàng)建或打開Pro/ENGINEER裝配模型使用標(biāo)準(zhǔn)的Pro/ENGINEER命令創(chuàng)建或打開裝配模型，準(zhǔn)備進(jìn)行運(yùn)動學(xué)或動力學(xué)仿真分析。系統(tǒng)判斷對模型進(jìn)行運(yùn)動學(xué)或者動力學(xué)仿真的標(biāo)準(zhǔn)是：通過計算機(jī)系統(tǒng)中的剛體和約束副的數(shù)量，求出系統(tǒng)的自由度。如果系統(tǒng)的自由度為0，對系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)動學(xué)仿真分析：如果系統(tǒng)的自由度大于0，則對系統(tǒng)進(jìn)行動力學(xué)仿真分析。b 定義剛體根據(jù)設(shè)計意圖，將裝配模型中沒有相對運(yùn)動的零件（如裝配中用緊固件固定在一起的零件）定義為一個剛體，同時指定一個剛體為大地。作為大地的剛體應(yīng)該是在對模型進(jìn)行動力學(xué)仿真分析時一直固定不動的剛體，它是其他剛體運(yùn)動的參考標(biāo)準(zhǔn)。c 創(chuàng)建約束副根據(jù)模型的實際運(yùn)動情況，在剛體之間創(chuàng)建約束副，這些約束副確定哪些剛體之間有運(yùn)動關(guān)系，并且保證有相對運(yùn)動的剛體按照設(shè)計要求的運(yùn)動軌跡進(jìn)行運(yùn)動d 添加驅(qū)動在模型的約束副上添加運(yùn)動學(xué)驅(qū)動。運(yùn)動學(xué)驅(qū)動以時間函數(shù)的形式確定剛體之間進(jìn)行平動或轉(zhuǎn)動的運(yùn)動學(xué)方程。e 應(yīng)用載荷和彈性連接器根據(jù)模型所受載荷的情況在不同剛體之間施加力和力矩，也可以使用彈性連接器在兩個剛體之間添加彈力性和阻尼力。f 傳送模型完成模型后，可以將模型傳送到ADAMS/Solver(ADAMS的求解器)中直接進(jìn)行動力學(xué)求解，也可以將模型傳送到ADAMS/View中，添加更復(fù)雜的約束副或驅(qū)動后，再使用ADAMS/Solver進(jìn)行動力學(xué)仿真分析。g 觀察分析結(jié)果經(jīng)過ADAMS/Solver求解后，可以觀察模型的運(yùn)動情況，檢查剛體之間的運(yùn)動干涉，并且可以計算剛體之間的作用力?！ECHANISM/PRO模塊的應(yīng)用接下來我們來談?wù)凱RO/E與ADAMS的無縫連接模塊MECHANISM/PRO的具體應(yīng)用了。首先將裝配完畢的總和根據(jù)其運(yùn)動關(guān)系定義為機(jī)械系統(tǒng)模型，接著進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)仿真，同時并進(jìn)行干涉檢查、確定運(yùn)動鎖止的位置、計算約束副的作用力等；使用它還可以Pro/ENGINEER中定義剛體和施加約束后，將模塊傳送到ADAMS/View中，以便進(jìn)行全面的動力學(xué)分析。下面我就以操動機(jī)構(gòu)的四連桿為例，來看看MECHANISM/PRO的具體應(yīng)用。 創(chuàng)建裝配模型介紹首先我們可以在Pro/,。其中四連桿模型包括：主動桿（Input）、連接桿（Coupler）、從動桿（Follower）和兩個基座（Base1和Base2）。 輸入ADAMS中的四連桿機(jī)構(gòu)　定義剛體 定義剛體之前，首先我們需要在Pro/ENGINEER里安裝MECHANISM/PRO這個模塊后，這時Pro/ENGINEER的菜單管理器將增加一個ADAMS菜單MECHANISM/PRO模塊所有命令都在ADAMS菜單中。點擊ADAMS，進(jìn)入ADAMS菜單，它包括以下幾個子菜單：Setup Mechanism（建立機(jī)構(gòu)菜單）—用于在模型中定義剛體、創(chuàng)建約束副、應(yīng)用驅(qū)動和力等等，以將Pro/ENGINEER裝配模型建立為機(jī)械系統(tǒng)模型。 Perform Analysis（執(zhí)行仿真分析菜單）—用于將建立的機(jī)械系統(tǒng)模型進(jìn)行動力學(xué)仿真分析，包括定義仿真終止時間、輸出的工作步、輸出的文件名稱等等； View Result(查看仿真結(jié)果菜單)—用于將仿真結(jié)果用動畫顯示，以及檢查剛體之間的運(yùn)動干涉情況，并且還可以輸出數(shù)據(jù)結(jié)果文件和創(chuàng)建XY曲線；Regenerate（重新生成菜單）—通過重新生成菜單可以對于已經(jīng)改變的Pro/ENGINEER模型，重新計算施加在它上面的約束副、驅(qū)動以及力的位置和方向； File Operations(文件操作菜單)—用于將建立的機(jī)械系統(tǒng)模型傳給ADAMS/View或ADAMS/Animation等等；Mechpro Environment(環(huán)境設(shè)置菜單)—用于設(shè)置MECHANISM/PRO模塊中的大小打開或關(guān)閉狀態(tài)等等；Cam Synthesis(凸輪副合成菜單)—用于在一個模型中合成使用多個凸輪副。點擊Setup Mechanism,進(jìn)入建立 機(jī)構(gòu)菜單選擇Rigid Bodies,定義機(jī)構(gòu)所包含的剛體。定義剛體有兩個選項：Automatic(自動創(chuàng)建剛體)—系統(tǒng)將自動地將Pro/ENGINEER裝配模型中的所有零件定義為鋼體，它適用于需要固結(jié)在一起的零件不多的裝配模型中；By Pick（選用剛體）—通過選擇零件一個一個的定義剛體，它可以將沒有相對運(yùn)動的多個零件定義為一個剛體，這樣就省卻了它們之間的固定約束副，也就減少了系統(tǒng)的運(yùn)動方程，提高求解速度。點擊Create Automatic,選擇自動創(chuàng)建剛體選項，將所有零件都創(chuàng)建為剛體；系統(tǒng)將提示選擇一個剛體作為大地（Ground）,選擇沒有運(yùn)動關(guān)系的基昨BASE1作為大地，完成剛體的創(chuàng)建；點擊Info命令，可以查看創(chuàng)建的剛體情況。 創(chuàng)建約束副 　將Pro/ENGINEER裝配模型定義剛體后，根據(jù)剛體之間的相對運(yùn)動情況，創(chuàng)建運(yùn)動學(xué)約束副。 　點擊建立機(jī)構(gòu)菜單的ConstraintCreate,創(chuàng)建約束副；MECHANISM/PRO模塊提供八種類型的約束副，即固定副（Fixed）、移動副（Slider）、旋轉(zhuǎn)副（Hinge）、圓柱副（Cyl