运动仿真技术

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1、第四章运动仿真技术学习重点了解机械系统运动仿真技术的特点与一般过程；仿真分析以与后处理等方熟悉机械系统动力学分析软件 ADMAS 2005的根本功能； 熟悉掌握利用ADMASS件进展建模、施加约束、驱动和载荷、 面的根本操作。4.1概述在机械设计领域，其设计工程主要可分为原理方案设计、运动学分析、静力学或动力学分析、方案与系统优化、强度分析计算和结构设计等几个阶段。传统的设计方法可以通过理论分析计算实现，但在大多数情况下， 为了防止复杂的理论分析计算，在机械设计过程中经常采用“经历法、“类比法“或试凑法等方法，这样不但会延长设计周期和降低工作 效率，而且容易导致设计结果不准确，很难得到满意的结

2、果，也缺乏科学的理论根据。系统方案的构思、原理设计、评 价与决策零部件的建模、装配关系确实定 : 和运动副的定义:力包括重力、弹簧力和阻尼力:或扭矩的施加、初始条件定义等 ；I分析类型如运动学、动力学、静力分析等的定义运动模拟的实现、运动特性曲线 :如位移、速度、加速度等的 可视化、干预检验与参数跟踪测 :量图4-1机械运动仿真步骤示意图科学技术的飞速开展和学科的相互穿插极促进了机械设计行业的开展和进步，设计的高效化和自动化已经成为今后开展的必然趋势。随着机械产品性能要求的不断提高和计算机技术的广泛使用，作为机械设计强大支撑技术之一的运动仿真技术越来越受到机械设计人员的 重视和亲睐。机械运动仿

3、真技术是一种建立在机械系统运动学、动力学理论和计算机实用技术根底山的新技术，涉与建模、运动控制、机构学、运动学和动力学等方面的容，主要是利用计算机 来模拟机械系统在真实环境下的运动和动力特性，并根据机械设计要求和仿真结果，修改设计参数直至满足机械性能指标要求或对整个机械系统进展优化的过程。机械运动仿真的一般步骤如图4-1所示。通过机械系统的运动仿真，不但可以对整个机械系统进展运动模拟，以验证设计方案是否正确合理，运动和力学性能参数是否满足设计要求，运动机构是否发生干预等还可以与时发现设计中可能存在的问题，并通过不断改良和完善，严格保证设计阶段的质量，缩短了机械产品的研制周期，提高了设计成功率，

4、从而不断提高产品在市场中的竞争力。因此， 机械 运动仿真当前已经成为机械系统运动学和动力学等方面研究的一种重要手段和方法，并在交通、国防、航空航天以与教学等领域都得到了非常广泛的应用。机械系统的运动仿真可以采用VB OpenGL 3D max、VC等语言编程实现，也可以使用具有运动仿真功能的机械设计软件如 ADMASPro/E、EUCLID UG Solidworks、Solid Edge等实现，而且，随着计算机软件功能的不断强大和完善，用软件进展运动仿真是一种省时、省力而用高效的方法，也是机械运动仿真开展趋势。其中，由美国 MDI 公司开发的 ADAMS(Automatic Dynamic

5、Analysis of Mechanical System) 是当前应用最广泛且最具权威性的机械系统力学仿真分析软件之一。利用ADAMS软件中的用户界面模块(ADAMS/View)，通过简单的菜单、按钮与鼠标点击等交互式操作，可以很方便地对机械系统进展运动学、动力学或静力学等分析，主要包括建立零部件模型、施加运动副和载荷、仿真计算以与结果显示容。因此，本章主要介绍 ADMAS2.0软件常用模块如 View和PostProcessor等的使用 方法和根本操作。希望通过两个实训模块的练习， 能使学生了解动态仿真的根本过程， 并学 会正确使用和熟练操作 ADAM软件，为进一步的更深入的研究打根底。4

6、.2实训1平面六杆机构的运动仿真平面六杆机构是常用的典型机构之一，它具有承载能力强、 耐磨损、可实现多种运动规律和运动轨迹等优点，因此广泛应用于机械、仪表、交通以与航空航天等领域，如车辆转弯机构、车门启闭机构、压力表指示机构等等。平面连杆机构的运动分析是原动件的运动规律， 求解各构件上某些点的位置、位移、速度和加速度等运动参数，通常可采用图解法、解析法和实验法等来进展分析，但相对实用软件分析来讲比拟麻烦。下面就平面六杆机构的运动分析为例，来体验ADAM软件的强大功能。图4-2所示为一平面六杆机构，现:主动曲柄OA作匀速逆时针转动， 且角度度 w=10rad/s，各铰链点的 坐标为 O(O,O,

7、O) ，A(-60,80,0)，B(180,180,0)，C(180,0,0)，D(430,0,0)。试对该平面六杆机构 进展运动分析，并计算在图示位置 时滑块D点的位置、速度和加速度 以与摇杆BC的角速度和角加速度的大小。实训目的本实训的主要目的有二：一是使学生熟悉 ADAMS软件的根本用户界面，了解使用该软 件进展机构运动分析的一般过程。二是使学生体验使用 ADAM歎件进展运动分析的简单性、 方便性和高效性。结果演示通过使用ADMAS2.0软件对该平面六杆机构进展运动分析，其局部运动结果如图 4-3所iQICuDWULJ 一hE口花討%30.01Q0JOitwo m/EMOO-MM M二泊

8、:140.0w.aWOmoiflTiepOM20044-06WO00itaai-prisr Lj-riR-Rin图4-3滑块沿X向的速度和加速度随时间变化曲线实训步骤一、ADAMS 12.0的启动与设置1.启动。点击：“开场程序 ADMAS2.0 AViewADAMS_VieW，弹出“ ADAMS_VieW 图形用户主界面和“新建模型对话框，如图4-4所示。在“ Model name 一栏中输入Op&a an existing dpi.酸救 广 Import a. file厂 Exi t冒t-rt ii MlocnmentE and SettingsMadE Create ql neift8

9、imodlHow wgtjU you like toMechanicalDynamics图4-4新建模型对话框模型名称：Linkage , “Grav ity 一栏中选择“ No Gravity : “ Units 一栏中选择“ MMKS，其他保存缺省设置，点击“OK关闭对话框，即可进入ADAMS/View图形用户主界面。如图4-5所示。图4-5用户主界面1 Torki ng： Un its”，弹出“单位 设置对话框，如 图4-6所示。确保“ Angle 一栏中 选中“ Radian ”选 项，其他保存缺省 设置，点击“0K 关闭该对话框。3.工作栅格 设置。点击菜单栏 中的“ Sett in

10、 gsWork ing Grid ,弹Set Locati&ti v|(7 Shflvr TfQrking GridColor出“工作栅格设置对话框，在“Size 栏的“X和Y文本框中分别输入：500mri 和300mn，“ Spaci ng一栏中的“ X和“ Y文本框中分别输入： 10mm和图4-7工作栅格设置10mm,其他保存缺省设置，如图4-7。点击“ OK关闭对话框。用户可以点击主工具箱中的View Control 按钮，将工作屏幕区显示为适宜大小。4. 图标大小设置。点击菜单栏中的Settin gslcons：弹出“图标大小设置对话框，在 “ NewSize 一栏中输入：30,其他保

11、存缺省设置，如图4-8。点击“ 0K关闭对话框。图标主要是指工作屏幕区出现的一些运动副、构件模型以与载荷等的标记，适宜的大小 会给模型显示带来方便，否那么会带来干扰，图标的大小可随时根据 需要调整。5. 坐标窗口显示。点击菜单栏中的“ViewCoordinate Window 弹出“坐标显示对话框。此时，坐标窗口中显示的坐标值随着光标 在工作屏幕区的移动而变化，有利于模型的建立。6. 存盘目录设置。点击菜单栏中的“FileSelect Directory ， 弹出“存盘目录设置对话框，在Select Directory 下面的列表框中 选择盘符如e:/,并在其下一级目录列表框中选择将文件要存入

12、的 文件夹如 adamsfile丨，其他保存缺省设置，点击“ OK关闭该对 话框。二、几何模型的创立1.创立标记点Marker,为建立连杆模型作准备。右键单击主工具箱中的丿:按钮，弹出几何建模工具库，如图4-8所示。点击其nOaaXAor中的*按钮，并保存主工具箱的下半局部的Marker 和 Orientation栏的选项设置分别为Add to Ground和Global XY，然后用鼠标左键单击工作屏幕区中坐标为0, 0, 0的位置，即完成了铰链点O的标记点创立。同理，依次创立其他各铰链点A(-60,80,0),B(180,180,0) , C(180,0,0) , D(430,0,0)的标

13、记点。2.创立构建OA的模型。点主工具箱中的按钮(如果该按钮没有出现在主工具箱中的相应位置)，主工具箱的下半局部显示连杆参数设置选项，选中“ Width 和“Depth前的复选框，并在相应的 文本框中分别输入：20mm和10mm,如图4-9所示。然后依次 点选上一步骤建立的 O和A的标记点，即可建立OA构件的几何模型。 右键单击该构件，弹出右键快捷菜单，电击“Pa比PART_2Re name, 弹知名称更改对话框。在“New Name 一栏中输入中输入：Crank ,点击“ OK关闭对话框。3.创立构件 AB BC和BD的模型。同理可创立构件 AB BC和 BD的模型，并分别将其改名为Link1、roker和Link2。4建立滑块模型。右键单击主工具箱中的：/按钮，弹出几何建模工具库，点击其中的主工具箱的下半局部显示长方体参数设置选项，选中“Length、Width 和“Depth前的复选框， 并在相应的文本框中分别输入：80mn、 60mm和10mn。然后将鼠标移动到工作屏幕区，屏幕区出现一个80mmX60m的长方形，Render图4-9连杆参数设置鼠标箭头位于该长方形的左下角，移动鼠标至390, -30 , 0的栅格点位置并点击，即可