機械設(shè)計畢業(yè)論文基于adams的凸輪機構(gòu)設(shè)計與三維建模仿真

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　基于ADAMS的凸輪機構(gòu)設(shè)計與三維建模仿真</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 機械設(shè)計

2、制造及自動化 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘要</b><

3、;/p><p>　　考慮到凸輪機構(gòu)運動的復(fù)雜性，使用傳統(tǒng)的設(shè)計方法很難根據(jù)從動件運動規(guī)律精確地描述出凸輪復(fù)雜的外形輪廓曲線。目前常用的方法是在其它三維軟件中造型，然后傳入ADAMS中進行仿真分析。這種方法在某種程度是上可取的，但對于輪廓曲線比較復(fù)雜的凸輪機構(gòu)來說，顯然存在這樣一個弊端，就是在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中很有可能出現(xiàn)信息失真的現(xiàn)象。因此，本文基于ADAMS軟件完成了凸輪機構(gòu)的設(shè)計到仿真整個全過程。本文以ADAMS/

4、View為平臺建立了凸輪機構(gòu)動力分析仿真模型，對凸輪機構(gòu)模的型建模與仿真作了詳細的介紹。利用ADAMS軟件還能在計算機仿真分析復(fù)雜的機械系統(tǒng)的運動學和動力學性能，可以使學生了解現(xiàn)代計算機輔助機械設(shè)計的高效、直觀、快捷的特點。從而提高了學生的學習積極性。</p><p>　　關(guān)鍵詞：凸輪；虛擬樣機；仿真；ADAMS </p><p><b>　　Abstract</b>

5、</p><p>　　Considering the complexity of cam motion, it’s difficult to accurately describe the complex contour curve of the cam based on motion law if we use traditional design methods. The currently used met

6、hod is to model in other three-dimensional software and then pass ADAMS for simulation analysis. To some extent this approach is desirable, but for the cam mechanism with more complex contour, there is a clear flaw that

7、information distortion occurs possibly in the process of data transfer. Therefore, </p><p>　　【Keywords】: cam; virtual prototype; simulation; ADAMS</p><p><b>　　目錄</b></p><p

8、><b>　　第1章　緒論1</b></p><p>　　1.1 傳統(tǒng)的盤型凸輪機構(gòu)設(shè)計方法1</p><p>　　1.1.1凸輪機構(gòu)工作時的運動情況及基本術(shù)語1</p><p>　　1.1.2基本運動規(guī)律2</p><p>　　1.1.3 移動從動件盤型凸輪機構(gòu)設(shè)計——作圖法4</p>&

9、lt;p>　　1.1.4設(shè)計凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定6</p><p>　　1.2 國內(nèi)外仿真軟件及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展8</p><p>　　1.2.1 PAMCRASCH軟件8</p><p>　　1.2.2 DADS軟件8</p><p>　　1.2.3 MATLAB軟件9</p><p>　　1.

10、2.4 EASY5軟件9</p><p>　　1.2.5 ADAMS軟件10</p><p>　　1.3 選題的依據(jù)和意義11</p><p>　　1.4 課題研究的內(nèi)容12</p><p>　　第2章 機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)13</p><p>　　2.1 機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)概述13</p&g

11、t;<p>　　2.2 機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)的相關(guān)技術(shù)14</p><p>　　2.3 ADAMS軟件的動態(tài)仿真分析理論基礎(chǔ)15</p><p>　　2.3.1 自由度15</p><p>　　2.3.2 坐標系16</p><p>　　2.3.3 速度、加速度和角加速度17</p><p>　

12、　2.3.4 剛體運動方程17</p><p>　　2.3.5 系統(tǒng)動力學方程的建立18</p><p>　　2.3.6 ADAMS計算流程21</p><p>　　2.4 ADAMS軟件動態(tài)仿真分析基本步驟22</p><p>　　第3章 凸輪機構(gòu)ADAMS建模分析25</p><p>　　3.1 凸輪參數(shù)

13、設(shè)計25</p><p>　　3.2 凸輪實體建模25</p><p>　　3.2.1 設(shè)置工作環(huán)境25</p><p>　　3.2.2 用升程表創(chuàng)建凸輪輪廓曲線26</p><p>　　3.2.3 創(chuàng)建凸輪實體29</p><p>　　3.2.4 創(chuàng)建尖頂從動件33</p><p>

14、;　　3.2.5 創(chuàng)建移動副、旋轉(zhuǎn)副和驅(qū)動35</p><p>　　3.3 測試凸輪模型37</p><p><b>　　總結(jié)41</b></p><p><b>　　致謝42</b></p><p><b>　　參考文獻43</b></p><p

15、><b>　　第1章　緒論</b></p><p>　　隨著世界經(jīng)濟和科學技術(shù)的飛速發(fā)展,全球性的市場競爭日益激烈。產(chǎn)品消費結(jié)構(gòu)不斷向多元化、個性化方向發(fā)展。傳統(tǒng)的樣機的單機手工制造增加了成本,嚴重地制約了產(chǎn)品質(zhì)量提高、成本降低和對市場的占有。無法從根本上解決和從總體上把握產(chǎn)品設(shè)計的時間、質(zhì)量、成本等問題。要對快速多變的市場需求做出敏捷響應(yīng),就必須尋求先進的設(shè)計方法和手段,虛擬樣機技術(shù)

16、就是在這種迫切需要驅(qū)動下產(chǎn)生的。</p><p>　　本文介紹了了ADAMS軟件及相關(guān)軟件的基本功能，概述了機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)的介紹并利用ADAMS/View對凸輪和內(nèi)燃機樣機進行了模擬仿真。</p><p>　　ADAMS(Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems)，即機械系統(tǒng)動力學分析軟件包)是世界上應(yīng)用最為廣泛的機

17、械系統(tǒng)動力學分析軟件。本文以ADAMS/View為平臺建立了凸輪機構(gòu)與內(nèi)燃機樣機的動力分析仿真模型，對凸輪機構(gòu)模的型建模與仿真作了詳細的介紹。</p><p>　　運用ADAMS軟件可以方便的對虛擬機械系統(tǒng)進行靜力學、運動學和動力學仿真，在機械教學中利用ADAMS的三維建模技術(shù)可將機械原理中一些常用的機構(gòu)如凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)的組成、運動、和應(yīng)用等情況一一展現(xiàn)出來，等于把現(xiàn)場搬入了課堂，給學生一個全面清楚

18、認識，彌補了學生實踐經(jīng)驗不足所帶來的問題。利用ADAMS軟件還能在計算機仿真分析復(fù)雜的機械系統(tǒng)的運動學和動力學性能，可以使學生了解現(xiàn)代計算機輔助機械設(shè)計的高效、直觀、快捷的特點。從而提高了學生的學習積極性。</p><p>　　1.1 傳統(tǒng)的盤型凸輪機構(gòu)設(shè)計方法</p><p>　　1.1.1凸輪機構(gòu)工作時的運動情況及基本術(shù)語</p><p>　　圖1-1凸輪機構(gòu)

19、的基本術(shù)語</p><p>　　回程 —從動件從距離凸輪回轉(zhuǎn)中心最遠位置到起始位置，從動件移向凸輪軸線的行程，稱為回程。對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角δh稱為回程運動角。</p><p>　　推程運動角δt ——從動件推程過程，對應(yīng)凸輪轉(zhuǎn)角稱為推程運動角</p><p>　　遠休止角δs——推桿在最高位置靜止不動，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角</p><p>　　近休止角δ

20、s ' — 推桿在最低位置靜止不動，凸輪相應(yīng)的轉(zhuǎn)角</p><p>　　推程——從動件從距離凸輪回轉(zhuǎn)中心最近位置到距離凸輪回轉(zhuǎn)中心最遠位置的過程，稱為推程。相應(yīng)移動的距離h稱為行程</p><p>　　凸輪的基圓——以凸輪的最小向徑r0所作的圓稱為基圓。</p><p>　　1.1.2基本運動規(guī)律</p><p>　　圖1-2等速運

21、動的運動規(guī)律</p><p><b>　?。ㄒ唬┑人龠\動規(guī)律</b></p><p><b>　　如圖1-2</b></p><p><b>　　a=0</b></p><p><b>　　常數(shù)</b></p><p>　　凸輪開始

22、或停止轉(zhuǎn)動時：</p><p>　　如圖1-3，從動件在運動起始和終止兩瞬時的加速度在理論上由零值突變?yōu)闊o窮大，慣性力也為無窮大。由此的沖擊稱為剛性沖擊。適用于低速場合。</p><p><b>　　圖1-3剛性沖擊</b></p><p>　?。ǘ┑燃铀俚葴p速運動規(guī)律</p><p>　　圖1-4等加速等減速運動

23、規(guī)律</p><p><b>　　如圖1-4。</b></p><p><b>　　常數(shù)</b></p><p>　　在運動規(guī)律推程的始末點和前后半程的交接處，加速度變化為有限值，由此引起的沖擊稱為柔性沖擊等加速等減速運動規(guī)律從動件位移曲線繪制方法</p><p><b>　　因為， &l

24、t;/b></p><p>　　當t=1,2,3時，則</p><p><b>　　若已知h，</b></p><p>　?。ㄈ?余弦加速度(簡諧)運動規(guī)律 </p><p><b>　　如圖1-5</b></p><p>　　a = p2hw2cos(pd/d0 )

25、/(2d20 )</p><p><b>　　特點：存在柔沖擊。</b></p><p>　　位置：發(fā)生在運動的起始點和終止點。</p><p>　?。ㄋ模?正弦加速度（擺線）運動規(guī)律 </p><p><b>　　如圖1-6。</b></p><p>　　a = 2phw2

26、sin(2pd/d0 )/d20)</p><p>　　特點：既無柔性更無剛性沖擊。</p><p>　　圖1-5 余弦加速度(簡諧)運動規(guī)律圖1-6正弦加速度（擺線）運動規(guī)律</p><p>　　表1-1各種運動的參數(shù)</p><p>　　1.1.3 移動從動件盤型凸輪機構(gòu)設(shè)計——作圖法</p><p>　　（

27、一）尖頂移動從動件盤型凸輪機構(gòu)</p><p>　?。?）按已設(shè)計好的運動規(guī)律作出位移線圖；</p><p>　?。?）按基本 尺寸作出凸輪機構(gòu)的初始位置；</p><p>　?。?）按- 方向劃分基圓周得 c0、c1、c2…… 等 點；并過這 些點作射線，即為反轉(zhuǎn)后的導路線；</p><p>　?。?）在各反轉(zhuǎn)導路線上量取與位移 圖相應(yīng)的位

28、移，得B1、B2、…… 等點，即為凸輪輪廓上的點。</p><p>　　圖1-7凸輪運動規(guī)律</p><p><b>　　圖1-8 凸輪輪廓</b></p><p>　　滾子從動件盤型凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計步驟：</p><p>　　圖1-9 凸輪實際輪廓</p><p>　?。?）畫出滾子中心的

29、軌跡（稱為理論輪廓）</p><p>　　2）以理論輪廓為圓心，滾子半徑rS為半徑畫圓，再畫滾子圓族的包絡(luò)線，則為從動件凸輪的工作輪廓曲線（稱為實際輪廓曲線）。</p><p><b>　　注意：</b></p><p>　　1）理論輪廓與實際輪廓互為等距曲線；</p><p>　　（2）凸輪的基圓半徑是指理論輪廓曲線的

30、最小向徑。</p><p>　　擺動(oscillating)從動件盤形凸輪輪廓設(shè)計</p><p>　　一）擺動從動件凸輪機構(gòu)特點：1.從動件的運動為繞某一固定點的擺動。2. 從動件的位移為角位移ψ，而不是直線位移</p><p>　　圖1-10凸輪輪廓對應(yīng)的角</p><p>　　二）尖頂擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)設(shè)計</p>

31、<p>　　圖1-12角位移線圖圖1-13凸輪輪廓</p><p>　　三）滾子從動件盤型凸輪機構(gòu)輪廓曲線的設(shè)計步驟：</p><p>　?。?）作出角位移線圖</p><p><b>　　（2）作初始位置；</b></p><p>　?。?）按- 方向劃分圓R得A0、 A1、A2等點；即

32、得機架反轉(zhuǎn)的一系列位置；</p><p>　?。?）找從動件反轉(zhuǎn)后的一系列位置AiBi，再按角位移規(guī)律得 C1、C2、…… 等點，</p><p>　　即為凸輪輪廓上的點。</p><p>　　表1-2對于擺動從動件</p><p>　　1.1.4設(shè)計凸輪機構(gòu)基本尺寸的確定</p><p>　　（1）壓力角與凸輪

33、基圓半徑</p><p>　　1.壓力角——法向力Fn與從動件運動方向之間所夾的銳角</p><p>　　↑則FY↓ FX↑，設(shè)計時應(yīng)使 max≤ []</p><p><b>　　許用壓力角的推薦值</b></p><p>　　工作行對于移動從動件， []=30º~38º</p>&l

34、t;p>　　工作行對于擺動從動件， []=40º~45º</p><p>　　非工作行程：可在70º~80º之間選取</p><p><b>　　2.基圓半徑的確定</b></p><p>　　若結(jié)構(gòu)尺寸無嚴格限制,為減少壓力角，可適當取較大的基圓半徑</p><p>　　r

35、0≥1.8r+(4~10)mm</p><p>　?。?）滾子半徑的確定</p><p>　　圖1-14半徑的確定</p><p><b>　　為避免運動失真</b></p><p>　　Smin =min-rS3mm</p><p>　　建議：rS0.8min，或rS 0.4r0</p&

36、gt;<p>　　圖1-17滾子半徑對凸輪輪廓形狀的影響</p><p>　　1.2 國內(nèi)外仿真軟件及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 </p><p>　　怎樣才能在進行物理實驗之前就能保證所設(shè)計的產(chǎn)品滿足指標?采取什么樣的設(shè)計參數(shù)才能保證系統(tǒng)的最佳性能?所設(shè)計擁有眾多零部件的產(chǎn)品能否保證在真實載荷如重力，摩擦作用下能夠按照你所預(yù)想的方式運動?現(xiàn)今的CAD軟件包通?；乇芤陨系膯栴}。CAD軟

37、件在作為”運動學”仿真工具時，通常僅僅預(yù)測運動的范圍和是否發(fā)生了運動干涉。面臨激烈</p><p>　　的市場競爭，工程技術(shù)人員不再滿足于簡單的運動學分析功能，而是一個能夠幫助他們滿懷信心地將產(chǎn)品推向市場的軟件。對于開發(fā)高性能的機械產(chǎn)品而言，在制作和測試昂貴的物理樣機之前就能夠模擬仿真得到準確的動力學響應(yīng)結(jié)果顯得至關(guān)重要。</p><p>　　目前，國內(nèi)外工程仿真軟件層出不窮，但各仿真軟件

38、都有其各自的應(yīng)用范圍。</p><p>　　1.2.1 PAMCRASCH軟件</p><p>　　PAMCRASCH軟件是法國ESI公司的碰撞模擬有限元仿真分析的程序包。它提供了強大的有限元前后處理程序和算法優(yōu)良的解題器，目前以被各大汽車制造廠商廣泛采用作為碰撞模擬有限元仿真的專用平臺。</p><p>　　PAMCRASCH軟件提供了運動鉸單元(Kinemat

39、ic Joint Elements)，非線性六自由度彈性/阻尼單元(Nonlinear 6DOF Spring /Dashpot Elements),焊點約束(Spotwelds)等多種實體(Entities)用于模擬機構(gòu)各種復(fù)雜的運動關(guān)系。例如，運動鉸單元就有球鉸(Spherical )，滑移鉸(Tanslational )，轉(zhuǎn)動鉸(Revolute )、園柱鉸(Cylinder)、平面副(Planar)、萬向節(jié)(Universal)

40、，彎曲一扭轉(zhuǎn)鉸(Flexion-Torsion)以及用戶自定義鉸(General)八種類型。并且各種類型的運動鉸自其未受約束的自由度上可以自定義剛度、阻尼、摩擦系數(shù)等多種參數(shù)。PAMCRASCH軟件有強大的機構(gòu)運動模擬功能模擬碰撞時如發(fā)動機及變速器、懸架及轉(zhuǎn)向機構(gòu)的運動及變形。它比有限元分析軟件相比，在模擬大變形、大位移時有其優(yōu)越性。</p><p>　　1.2.2 DADS軟件</p><

41、p>　　DADS軟件是模擬機械系統(tǒng)的真實行為專業(yè)軟件。DADS允許你在計算機上建立，分析，優(yōu)化機械系統(tǒng)的真實的物理行為。通過建立系統(tǒng)的虛擬樣機，你可以在進行物理實驗之前驗證系統(tǒng)運行是否正常和可靠。</p><p><b>　　其基本功能如下：</b></p><p>　　1、根據(jù)系統(tǒng)多體造型自動產(chǎn)生運動學和動力學方程并求解。</p><p&g

42、t;　　2、計算載荷，位置，速度和加速度。</p><p>　　3、裝配、運動學、動力學、逆動力學、靜力和預(yù)加載分析。</p><p>　　4、采用先進的顯式或隱式求解器求解微分代數(shù)方程。</p><p>　　5、分析和求解復(fù)雜系統(tǒng)行為，如接觸、摩擦、柔性部件。</p><p>　　6、基于位置和方位仿真結(jié)果的照片真實感動畫。</p&g

43、t;<p>　　7、可視化高亮顯示進入干涉的部件。</p><p>　　8、矢量顯示力，速度，加速度，矢量長度表示其值的大小。</p><p>　　9、仿真結(jié)果與測試數(shù)據(jù)在時域和頻域內(nèi)進行相關(guān)分析。</p><p>　　10、通過與其它仿真工具如控制，有限元，疲勞等相連接，完成更復(fù)雜的設(shè)計。</p><p>　　1.2.3 M

44、ATLAB軟件</p><p>　　MAT LAB由美國MATHWORKS開發(fā)，2000年10月底推出了其全新的MATLAB 6.0正式版((Release 12). MATLAB是當今國際上科學界(尤其是自動控制領(lǐng)域)最具影響力、也是最有活力的軟件。它起源于矩陣運算，并己經(jīng)發(fā)展成一種高度集成的計算機語言。它提供了強大的科學運算、靈活的程序設(shè)計流程、高質(zhì)量的圖形可視化與界面設(shè)計、便捷的與其他程序和語言接口的功能。

45、MATLAB語言在各國高校與研究單位起著重大的作用。在歐美大學里，諸如應(yīng)用代數(shù)、數(shù)理統(tǒng)計、自動控制、數(shù)字信號處理、模擬與數(shù)字通信、時間序列分析、動態(tài)系統(tǒng)仿真等課程的教科書都把MATLAB作為內(nèi)容。在那里，MATLAB是攻讀學位的大學生、碩士生、博士生必須掌握的基本工具。</p><p>　　MATLAB SIMU LINK是一個交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境。它的出現(xiàn)使人們有可能考慮許多以前不得不做

46、簡化假設(shè)的非線性因素、隨機因素，從而大大提高了人們對非線性隨機動態(tài)系統(tǒng)的認知能力。</p><p>　　MATLAB主要應(yīng)用于電學、自動控制、工程運算。它可以與其它機械系統(tǒng)仿真軟件(如DADS, ADAMS等)一起組成聯(lián)合仿真系統(tǒng)。</p><p>　　1.2.4 EASY5軟件</p><p>　　EASY5是一個以圖形為基礎(chǔ)的軟件工具，用于模擬和設(shè)計具有微分和

47、代數(shù)方程特征的動態(tài)系統(tǒng)。波音公司在七十年代初期首先發(fā)展了這種軟件，但只作為一個內(nèi)部軟件。八十年代商品化以來，EASY5首先滲透到航空市場，現(xiàn)在已應(yīng)用于汽車和其它多個工業(yè)領(lǐng)域。EASY5是波音公司的一個產(chǎn)品。</p><p>　　EASY5的用戶包括汽車、航空、國防及重機械領(lǐng)域的許多主要的公司。在航空領(lǐng)域，主要的用戶包括波音、英國航空、勞斯萊斯、(美國)通用電氣公司、(美國)國家航空和宇宙航行局、SAAB, NAS

48、A等等。在汽車領(lǐng)域，主要的用戶包括福特、Nissan, General Motors，等。在一般機械領(lǐng)域，主要的用戶包括John Deere, Husco, Case, UNISIA-JECS，三星重工、Mitsubishi</p><p>　　Heavy Industry等。</p><p>　　EASY5現(xiàn)已成為MDI公司的一部分。MSC軟件公司收購MDI和EASY5將會導致一個強有力

49、的CAD和CAE工具組合：NASTRANlPATRAN、ADAMS和EASY5。ADAMS和Dynamic Designer模擬系統(tǒng)運動、振動、耐久力和機械系統(tǒng)的控制。M DI的產(chǎn)品利用CAD模型作為輸入，輸出隨時間變化的系統(tǒng)載荷和邊界條件，適用于多種軟件產(chǎn)品作進一步的結(jié)構(gòu)性能分析。EASY模擬系統(tǒng)控制、水利學、氣體力學、機械和熱的集合系統(tǒng)等。系統(tǒng)能夠被功能塊快速的模擬，構(gòu)件如泵、齒輪等能夠被快速的預(yù)定義。ADAMS對3D系統(tǒng)的表示和E

50、ASY5對塊圖表的表示結(jié)合起來的建模能力，加上結(jié)合起來的各軟件能模擬的子系統(tǒng)的類型，意味著系統(tǒng)仿真能力的重大突破。用戶能夠使用一套協(xié)同工作的工具，而不是三種或四種，來建立包括機械、控制、水利學和其它類型子系統(tǒng)的完整的虛擬樣機，進行包括結(jié)構(gòu)動力學分析、機械運動仿真和機械控制的設(shè)計和分析。</p><p>　　1.2.5 ADAMS軟件</p><p>　　ADAMS (Automatic

51、Dynamic Analysis of Mechanical System)軟件，是由美國機械動力公司(Mechanical Dynamics Inc.)開發(fā)的最優(yōu)秀的機械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件，是世界上最具權(quán)威性的，使用范圍最廣的機械系統(tǒng)動力學分析軟件。用戶使用ADAMS軟件，可以自動生成包括機一電一液一體化在內(nèi)的、任意復(fù)雜系統(tǒng)的多體動力學數(shù)字化虛擬樣機模型，能為用戶提供從產(chǎn)品概念設(shè)計、方案論證、詳細設(shè)一汁、到產(chǎn)品方案修改、優(yōu)化、試驗規(guī)劃甚

52、至故障診斷各階段、全方位、高精度的仿真計算分析結(jié)果，從而達到縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低開發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及競爭力的目的。由于ADAMS具有通用、精確的仿真功能，方便、友好的用戶界面和強大的圖形動畫顯示能力，所以該軟件已在全世界數(shù)以千計的著名大公司中得到成功的應(yīng)用。國外的一些著名大學也己開設(shè)了介紹ADAMS軟件的課程，而將三維CAD軟件、有限元軟件和虛擬樣機軟件作為機械專業(yè)學生必須了解的工具軟件。根據(jù)1999年機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件國際

53、市場份額的統(tǒng)計資料，ADAMS軟件占據(jù)了銷售總額近8千萬美元的51%份額。</p><p>　　ADAMS一方面是機械系統(tǒng)動態(tài)仿真軟件的應(yīng)用軟件，用戶可以運用該軟件非常方便地對虛擬樣機進行靜力學、運動學和動力學分析。另一方面，又是機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析開發(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)用戶進行特殊類型機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析的二次開發(fā)工具平臺。在產(chǎn)品開發(fā)過程中，工程師通過應(yīng)用ADAMS軟件會收到明

54、顯效果：</p><p>　　1、分析時間由數(shù)月減少為數(shù)日</p><p>　　2、降低工程制造和測試費用</p><p>　　3、在產(chǎn)品制造出之前，就可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計錯誤，完善設(shè)計方案</p><p>　　4、在產(chǎn)品開發(fā)過程中，減少所需的物理樣機數(shù)量</p><p>　　5、當進行物理樣機測試有危險、費時和成本高時

55、，可利用虛擬樣機進行分析和仿真。</p><p>　　6、縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。</p><p>　　使用ADAMS建立虛擬樣機非常容易。通過交互的圖形界面和豐富的仿真單元庫，用戶快速地建立系統(tǒng)的模型。ADAMS與先進的CAD軟件(UG, PRO/E)以及CAE軟件(ANSYS)可以通過計算機圖形交換格式文件相互交換以保持數(shù)據(jù)的一致性。ADAMS軟件支持并行工程環(huán)境，節(jié)省大量的時間和經(jīng)費。利

56、用ADAMS軟件建立參數(shù)化模型可以進行設(shè)計研究、試驗設(shè)計和優(yōu)化分析。為系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化提供了一種高效開發(fā)工具。</p><p>　　ADAMS軟件包括3個最基本的解題程序模塊：ADAMS / View(基本環(huán)境)、ADAMS / Solver(求解器)和ADAMS / PostProcessor(后處理)。另外還有一些特殊場合應(yīng)用的附加程序模塊，例如：ADAMS/Car(轎車模塊)、ADAMS/Rail(機車模塊)、

57、ADAMS / Driver(駕駛員模塊)、ADAMS / Tire(輪胎模塊)、ADAMS/Linear(線性模塊)、ADAMS/Flex(柔性模塊)、ADAMS/ Controls(控制模塊)、ADAMS / FEA(有限元模塊)、ADAMS /Hydraulics(液壓模塊)、ADAMS / Exchange(接口模塊)、Mechanism / Fro(與Pro / Engineer的接口模塊)、ADAMS/Animation(高

58、速動畫模塊)等。</p><p>　　在3個基本解題程序模塊中，ADAMS /View提供了一個直接面向用戶的基本操作對話環(huán)境和虛擬樣機分析的前處理功能，其中包括樣機的建模和各種建模工具、樣機模型數(shù)據(jù)的輸入與編輯、與求解器和后處理等程序的自動連接、虛擬樣機分析參數(shù)的設(shè)置、各種數(shù)據(jù)的輸入和輸出、同其他應(yīng)用程序的接口等。自ADAMS9.0版本開始，ADAMS /View采用了Windows風格的操作界面和各種操作習慣

59、，使得ADAMS / View9.0版以后的程序操作界面非常友好。</p><p>　　ADAMS / Solver是求解機械系統(tǒng)運動和動力學問題的程序。完成樣機分析的準備工作以后，ADAMS/View程序可以自動地調(diào)用ADAMS / Solver模塊，求解樣機模型的靜力學、運動學或動力學問題，完成仿真分析以后再自動地返回ADAMS /View操作界面。因此，一般用戶可以將ADAMS/Solver的操作視為一個“

60、黑匣子”，只需熟悉ADAMS / View的操作，即可完成建模和整個分析過程。</p><p>　　ADAMS仿真分析結(jié)果的后處理，可以通過調(diào)用后處理模塊ADAMS/ PostProcessor來完成。ADAMS / PostProcesso：模塊具有相當強的后處理功能，它可以回放仿真結(jié)果，也可以繪制各種分析曲線。除了可以直接繪制仿真結(jié)果曲線以外，ADAMS / PostProcessor還可以對仿真分析曲線進行

61、一些數(shù)學和統(tǒng)計計算：可以輸入實驗數(shù)據(jù)繪制試驗曲線，并同仿真結(jié)果進行比較；可以進行分析結(jié)果曲線圖的各種編輯。</p><p>　　一般ADAMS分析功能如下：</p><p>　　(1)可有效地分析三維機構(gòu)的運動與力。例如可以利用ADAMS來模擬作用在輪胎上的垂直、轉(zhuǎn)向、陀螺效應(yīng)、牽引與制動、力與力矩;還可應(yīng)用ADAMS進行整個車輛或懸架系統(tǒng)道路操縱性的研究。</p><

62、p>　　(2)利用ADAMS可模擬大位移的系統(tǒng)。ADAMS很容易處理這種模型的非線性方程而且可進行線性近似。</p><p>　　(3)可分析運動學靜定(對于非完整的束或速度約束一般情況的零自由度)系統(tǒng)。</p><p>　　(4)對于一個或多自由度機構(gòu)，ADAMS可完成某一時間上的靜力學分析或某一時間間隔內(nèi)的靜力學分析。</p><p>　　(5)有線性系統(tǒng)

63、模態(tài)分析、力輸入運動以及模擬控制系統(tǒng)的能力。</p><p>　　(6)利用ADAMS/VIEW提供的控制工具箱或ADAMS/Control與MATLAB一起可以方便地進行機電一體化系統(tǒng)仿真。</p><p>　　1.3 選題的依據(jù)和意義</p><p>　　虛擬樣機技術(shù)是隨著計算機的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項計算機輔助工程（CAE）技術(shù)。作為目前應(yīng)用最為廣泛的機械系

64、統(tǒng)運動學和動力學仿真軟件。ADAMS軟件可以幫助改進各種機械系統(tǒng)的設(shè)計，從簡單的齒輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)到復(fù)雜的車輛、飛機、衛(wèi)星甚至人體。</p><p>　　在機械教學中利用ADAMS的三維建模技術(shù)可將機械原理中一些長用的機構(gòu)如凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、連桿機構(gòu)的組成、運動、和應(yīng)用等情況一一展現(xiàn)出來，等于把現(xiàn)場搬入了課堂，給學生一個全面清楚認識，彌補了學生實踐經(jīng)驗不足所帶來的問題。利用ADAMS軟件還能在計算機仿真分析復(fù)雜

65、的機械系統(tǒng)的運動學和動力學性能，可以使學生了解現(xiàn)代計算機輔助機械設(shè)計的高效、直觀、快捷的特點，從而提高了學生的學習積極性。</p><p>　　1.4 課題研究的內(nèi)容</p><p>　　驗證ADAMS對機械系統(tǒng)運動方案設(shè)計研究與案例進行分析運用于機械原理課程設(shè)計的可行性，完成對凸輪機構(gòu)的建模分析。</p><p>　　第2章 機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)</p&g

66、t;<p>　　2.1 機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)概述</p><p>　　機械工程中動態(tài)仿真技術(shù)又稱為虛擬樣機技術(shù)，是20世紀80年代隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一項新技術(shù)，其核心是機械系統(tǒng)運動學和動力學仿真技術(shù)，同時還包括三維CAD建模技術(shù)、有限元分析技術(shù)、機電液控制技術(shù)、最優(yōu)化技術(shù)等相關(guān)技術(shù)。</p><p>　　應(yīng)用機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)，工程師在計算機上建立樣機模型

67、，對模型進行各種動態(tài)性能分析，然后改進樣機設(shè)計方案，用數(shù)字化形式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實物樣機實驗。運用虛擬樣機技術(shù)，可以大大簡化機械產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費用和成本，明顯提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的系統(tǒng)性能，獲得最優(yōu)化和創(chuàng)新的設(shè)計產(chǎn)品。因此，該技術(shù)一出現(xiàn)，立即受到了工業(yè)發(fā)達國家、有關(guān)科研機構(gòu)和大學、公司的極大重視，許多著名制造廠商紛紛將虛擬樣機技術(shù)引入各自的產(chǎn)品開發(fā)中，取得了很好的經(jīng)濟效益。圖2.1所示為虛擬樣機

68、實例圖。</p><p>　　圖2.1在ADAMS建造的虛擬樣機實例</p><p>　　根據(jù)國際權(quán)威人士對機械工程領(lǐng)域產(chǎn)品性能試驗和研究開發(fā)手段的統(tǒng)計和預(yù)測，傳統(tǒng)的機械系統(tǒng)實物試驗研究方法，將在很大程度上會被迅速發(fā)展起來的計算機數(shù)字化仿真技術(shù)取代。</p><p>　　機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)的研究對象是機械系統(tǒng)，在這里，機械系統(tǒng)可以視為是由多個相互連接、彼此能夠相對

69、運動的構(gòu)件的組合。</p><p>　　在機械系統(tǒng)設(shè)計中有3種性質(zhì)不同的分析：</p><p>　　(1)機械系統(tǒng)的靜力學分析在一定條件下，機械系統(tǒng)變成一個剛性系統(tǒng)，系統(tǒng)中的各構(gòu)件之間沒有相對運動。此時主要是分析在各種力的作用下，各構(gòu)件的受力和強度問題。</p><p>　　(2)機械系統(tǒng)的運動學分析主要涉及系統(tǒng)及其各構(gòu)件的運動分析，而與引起運動的力無關(guān)。運動學分析

70、中，系統(tǒng)中一個或多個構(gòu)件的位置或相對位置與時間的關(guān)系是規(guī)定好的，其余構(gòu)件的位置、速度和加速度與時間的關(guān)系，可以通過求解位置的非線性方程組和速度、加速度的非線性方程組來確定。</p><p>　　(3)機械系統(tǒng)的動力學分析主要涉及由外力作用引起的系統(tǒng)運動分析，有兩種情況:一種是確定與時間無關(guān)的力作用下系統(tǒng)的平衡位置。在外力作用下系統(tǒng)的運動與運動學關(guān)系式相一致，這些關(guān)系是通過連接系統(tǒng)構(gòu)件的運動副施加給系統(tǒng)?？梢赃\用動

71、力學方程或微分方程與代數(shù)方程的組合求解，確定系統(tǒng)的運動。另一種情況是運動學分析和動力學分析的混合形式。</p><p>　　虛擬樣機技術(shù)的研究范圍主要是機械系統(tǒng)運動學和動力學分析，其核心是利用計算機輔助分析技術(shù)進行機械系統(tǒng)的運動學和動力學分析，以確定系統(tǒng)及其各構(gòu)件在任意時刻的位置、速度和加速度，同時，通過求解代數(shù)方程組確定引起系統(tǒng)及其各構(gòu)件運動所需的作用力及其反作用力。</p><p>　

72、　2.2 機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)的相關(guān)技術(shù)</p><p>　　機械系統(tǒng)的種類繁多，虛擬樣機分析軟件在進行機械系統(tǒng)運動學和動力學分析時，還需要融合其他相關(guān)技術(shù)，為了能夠充分發(fā)揮不同分析軟件圖2.2給出了虛擬樣機及相關(guān)技術(shù)的特長，有時可能希望虛擬樣機軟件可以支持其他機械系統(tǒng)計算機輔助工程(MCAE)軟件，或者反過來，虛擬樣機:軟件的輸入數(shù)據(jù)可以由其他的專用軟件產(chǎn)生。</p><p>　　圖2.

73、2給出了機械系統(tǒng)動態(tài)仿真技術(shù)的相關(guān)技術(shù)。</p><p>　　一個優(yōu)秀的機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析軟件除了可以進行機械系統(tǒng)運動學和動力學分析外，還應(yīng)該包含以下技術(shù)：</p><p>　　1)幾何形體的計算機輔助設(shè)計(CAD)軟件和技術(shù)。用于機械系統(tǒng)的幾何建模，或者用來展現(xiàn)機械系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。</p><p>　　2)有限元分析((FEA)軟件和技術(shù)?？梢岳脵C械系統(tǒng)的

74、運動學和動力學分析結(jié)果，確定進行機械系統(tǒng)有限元分析((FEA)所需的外力和邊界條件?；蛘呃糜邢拊治鰧?gòu)件應(yīng)力、應(yīng)變和強度進行進一步的分析。</p><p>　　3)模擬各種各樣作用力的軟件編程技術(shù)。虛擬樣機軟件運用開放式的軟件編程技術(shù)來模擬各種力和動力，例如：電動力、液壓氣動力、風力等等，以適應(yīng)各種機械系統(tǒng)的要求。</p><p>　　4)利用實驗裝置的實驗結(jié)果進行某些構(gòu)件的建模。實驗

75、結(jié)果經(jīng)過線性化處理輸入機械系統(tǒng)，成為機械系統(tǒng)模型的一個組成部分。</p><p>　　5)控制系統(tǒng)設(shè)計與分析軟件和技術(shù)。虛擬樣機軟件可以運用傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的控制理論，進行機械系統(tǒng)的運動仿真分析?；蛘撸梢詰?yīng)用其他專用的控制系統(tǒng)分析軟件，進行機械系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的聯(lián)合分析。</p><p>　　6)優(yōu)化分析軟件和技術(shù)。運用虛擬樣機分析技術(shù)進行機械系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計和分析，是一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，通過優(yōu)化

76、分析，確定最佳設(shè)計結(jié)構(gòu)和參數(shù)值，使機械系統(tǒng)獲得最佳的綜合性能。</p><p>　　2.3 ADAMS軟件的動態(tài)仿真分析理論基礎(chǔ)</p><p><b>　　2.3.1 自由度</b></p><p>　　機械系統(tǒng)的自由度表示機械系統(tǒng)中各構(gòu)件相對于地面機架所具有的獨立運動數(shù)量。</p><p>　　機械系統(tǒng)的自由度與構(gòu)成

77、機械的構(gòu)件數(shù)量、運動副的類型和數(shù)量、原動機的類型和數(shù)量、以及其他約束條件有關(guān)。例如:一個在3維空間自由浮動的剛體有6個自由度;一個圓柱副約束了兩個移動和兩個轉(zhuǎn)動，共提供了4個約束條件。表2.1為ADAMS常用的運動副及自由度約束數(shù)。</p><p>　　表2.1 ADAMS常用的運動副及自由度約束數(shù)</p><p>　　機械系統(tǒng)的自由度DOF可以用下式計算:</p><

78、p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　式中：n——活動構(gòu)件總數(shù);</p><p>　　,m一第1個運動副的約束條件數(shù)，運動副總數(shù)；</p><p>　　，x——第j個原動機的驅(qū)動約束條件數(shù)，原動機總數(shù)；</p><p>　　——其他的約束條件數(shù)。</p><p>　　機械系

79、統(tǒng)的自由度DOF和原動機的數(shù)量與機械系統(tǒng)的運動特性有著密切的關(guān)系，在ADAMS軟件中，機構(gòu)的自由度決定了該機構(gòu)的分析類型:</p><p>　　運動學分析或動力學分析。</p><p>　　當DOF=0時，對機構(gòu)進行運動學分析，即僅考慮系統(tǒng)的運動規(guī)律，而不考慮產(chǎn)生運動的外力。在運動學分析中，當某些構(gòu)件的運動狀態(tài)確定后，其余構(gòu)件的位移、速度和加速度隨時間變化的規(guī)律，不是根據(jù)牛頓定律來確定的，

80、而是完全由機構(gòu)內(nèi)構(gòu)件間的約束關(guān)系來確定，是通過位移的非線性代數(shù)方程與速度、加速度的線性代數(shù)方程迭代運算解出。</p><p>　　當DOF>0時，對機構(gòu)進行動力學分析，即分析其運動是由于保守力和非保守力的作用而引起的，并要求構(gòu)件運動不僅滿足約束要求，而且要滿足給定的運動規(guī)律。它又包括靜力學分析、準靜力學分析和瞬態(tài)動力學分析。動力學的運動方程就是機構(gòu)中運動的拉格朗日乘子微分方程和約束方程組成的方程組。<

81、/p><p>　　當DOF<0時，屬于超靜定問題，ADAMS無法解決。</p><p>　　在計算機械系統(tǒng)自由度時應(yīng)注意以一「一些特殊問題:</p><p>　　(1)復(fù)合鉸鏈兩個以上的構(gòu)件同在一處以轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接，構(gòu)成了所謂復(fù)合鉸鏈。當有m個構(gòu)件(包括固定構(gòu)件)以復(fù)合鉸鏈相聯(lián)接時，其轉(zhuǎn)動副的數(shù)目應(yīng)為(m-1)個。</p><p>　　(2)

82、局部自由度與機械系統(tǒng)中需要分析的構(gòu)件運動無關(guān)的自由度稱為局部自由度。在計算機械系統(tǒng)自由度時，局部自由度可以除去不計。</p><p>　　(3)虛約束起重復(fù)限制作用的約束稱為虛約束，因此，虛約束又稱為多余約束。虛約束常出現(xiàn)于下列情況中:</p><p>　　1)軌跡重合。如果機構(gòu)上有兩構(gòu)件用轉(zhuǎn)動副相聯(lián)接，而兩構(gòu)件上聯(lián)接點的軌跡相重合，則該聯(lián)接將帶入虛約束。在機構(gòu)運動過程中，當不同構(gòu)件上兩點

83、間的距離保持恒定時，用一個構(gòu)件和兩個轉(zhuǎn)動副將此兩點相聯(lián)，也將帶入虛約束。</p><p>　　2)轉(zhuǎn)動副軸線重合。當兩構(gòu)件構(gòu)成多個轉(zhuǎn)動副且其軸線互相重合，這時只有一個轉(zhuǎn)動副起約束作用，其余轉(zhuǎn)動副都是虛約束。</p><p>　　3)移動副導路平行。兩構(gòu)件構(gòu)成多個移動副且其導路互相平行，這時只有一個移動副起約束作用，其余轉(zhuǎn)動副都是虛約束。</p><p>　　4)機構(gòu)

84、存在對運動重復(fù)約束作用的對稱部分。在機械系統(tǒng)中，某些不影響機構(gòu)運動傳遞的重復(fù)部分所帶入的約束也為虛約束。虛約束的存在雖然對機械系統(tǒng)的運動沒有影響，但引入虛約束后不僅可以改善機構(gòu)的受力情況，還可以增加系統(tǒng)的剛性，因此在機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中得到較多使用。</p><p>　　但是，計算機在求解運動方程組時，不應(yīng)有虛約束(即:相關(guān)方程)的存在。因此，計算機進行機械系統(tǒng)運動分析時，程序?qū)⒆詣拥夭檎姨摷s束，如果機械模型中有虛約

85、束存在，計算機會隨機地將多余的虛約束刪除。這種處理方法使得計算結(jié)果同實際情況有所不同，而且可能出現(xiàn)多組解。例如，一個用兩個轉(zhuǎn)動副(鉸鏈)連接的房門，其中一個轉(zhuǎn)動副的約束為虛約束，計算機程序隨機地刪除其中一個轉(zhuǎn)動副的約束，其計算結(jié)果是一個轉(zhuǎn)動副承受所有的連接力，而另一個轉(zhuǎn)動副的連接力為零。因為是隨機地刪除其中一個轉(zhuǎn)動副，計算結(jié)果將可能有兩種情況。</p><p><b>　　2.3.2 坐標系</b

86、></p><p>　　ADAMS采用了兩種直角坐標系:總體坐標系和局部坐標系，它們之間通過關(guān)聯(lián)矩陣相互轉(zhuǎn)換。總體坐標系是固定坐標系，它不隨任何機構(gòu)的運動而運動。它是用來確定構(gòu)件的位移、速度、加速度等的參考系。局部坐標系因定在構(gòu)件上，隨構(gòu)件一起運動。構(gòu)件在空間內(nèi)運動時，其運動的線物理量(如線位移、線速度、線加速度等)和角物理量(如角速度、角位移、角加速度)都可由局部坐標系相對于總體坐標系移動、轉(zhuǎn)動時的相應(yīng)物

87、理量確定。而約束方程表達式均由相連接的兩構(gòu)件的局部坐標系的坐標描述。</p><p>　　2.3.3 速度、加速度和角加速度</p><p>　　研究固定于構(gòu)件參考機架坐標系中的點P，如圖2.3所示。點P在地面坐標系X-Y-Z中的位置的矢量可以由式((2.2)確定。</p><p>　　圖2.3速度、加速度和角加速度</p><p><

88、b>　　（2.2）</b></p><p>　　式中：——坐標系中點P的坐標的常矢量；</p><p>　　A——坐標系相對與地面坐標X-Y-Z的方向余弦矩陣。</p><p>　　將對時間求導，可獲得速度計算公式，見式(2.3), (2.4), (2.5)。</p><p><b>　?。?.3）</b&g

89、t;</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p><b>　　（2.5）</b></p><p>　　式中：——坐標系的角速度矢量。</p><p>　　將式((2.3)對時間求導，可以獲得加速度計算公式，見式((2.6)</p><p><b>

90、;　?。?.6）</b></p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　以上計算速度/速度和角速度的公式是空間構(gòu)件運動學分析的基礎(chǔ)。</p><p>　　2.3.4 剛體運動方程</p><p>　　考慮圖2.4中的剛體，該剛體由矢量r和一組廣義坐標確定其在空間的位置，該組廣義坐標定義了

91、固定于剛體的構(gòu)件機架坐標系相對于地面坐標系X-Y-Z的方向。</p><p>　　假定坐標系的原點O是剛體的質(zhì)心，則該剛體的牛頓一歐拉變分運動方程為：</p><p><b>　　（2.8）</b></p><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　式中：，——約束相容的虛位移和虛

92、轉(zhuǎn)動：</p><p>　　m——剛體(構(gòu)件)的總質(zhì)量；</p><p>　　f,——作用于剛體上的總外力，外力相對于坐標系原點的總力矩；</p><p>　　——相對于質(zhì)心坐標系的常慣性矩陣；</p><p>　　——剛體(構(gòu)件)的慣性矩。</p><p>　　——剛體(構(gòu)件)的慣性積。</p><

93、;p>　　2.3.5 系統(tǒng)動力學方程的建立</p><p>　　ADAMS用剛體i的質(zhì)心笛卡爾坐標和反映剛體方位的歐拉角(或廣義歐拉角)作為廣義坐標，即。采用拉格朗日乘子法建立系統(tǒng)運動方程：</p><p><b>　　（2.10）</b></p><p>　　完整約束方程時：

94、 （2.11）</p><p>　　非完整約束方程時： （2.12）</p><p>　　其中：T為系統(tǒng)動能， q為系統(tǒng)廣義坐標列陣 Q為廣義力列陣， 為對應(yīng)于完整約束的拉氏乘子列陣， 為對應(yīng)于非完整約束的拉氏乘子列陣， 為系統(tǒng)廣義速度列陣。</p><p>　　定義1系

95、統(tǒng)動力學方程:對于有N個自由度的力學系統(tǒng)，確定N個廣義速率以后，即可計算出系統(tǒng)內(nèi)各質(zhì)點及各剛體相應(yīng)的偏速度及偏角速度，以及相應(yīng)的N個廣義主動力及廣義慣性力。令每個廣義速率所對應(yīng)的廣義主動力與廣義慣性力之和為零，所得到的N個標量方程即稱為系統(tǒng)的動力學方程，也稱為凱恩方程：</p><p><b>　?。?.13）</b></p><p><b>　　寫成矩陣形

96、式為：</b></p><p><b>　?。?.14）</b></p><p>　　其中：F，為N階列陣，定義為：</p><p>　　在系統(tǒng)運動方程((2.10)中令：</p><p>　　則系統(tǒng)運動方程可化成動力學方程為：</p><p>　　式中：u為廣義速度列陣，為約束反力及

97、作用力列陣，G為描述廣義速度的代數(shù)方程列陣，</p><p>　　中為描述約束的代數(shù)方程列陣。</p><p>　　定義2 Gear預(yù)估一校正多步算法，繼承Adams四階預(yù)估一校正變階算法。</p><p>　　采用變步長法，其步驟如下：</p><p>　　(1) f(x,t)的Jacobi矩陣的一計算；</p><p&

98、gt;　　(2)校正的迭代運算，第二步運行時要適當給出迭代精度與單步積分精度，否則會出現(xiàn)迭代收斂所要求的步長小于單步積分精度要求的步長，造成計算步長反復(fù)放大縮小。</p><p>　　定義系統(tǒng)的狀態(tài)矢量用Gear算法求解系統(tǒng)運動方程，首先，根據(jù)當前時刻的系統(tǒng)狀態(tài)矢量值，用Taylor級數(shù)預(yù)估下一個時刻系統(tǒng)的狀態(tài)矢量值：</p><p><b>　?。?.18）</b>

99、</p><p>　　其中時間步長： </p><p>　　這種預(yù)估算法得到的新的時刻的系統(tǒng)狀態(tài)矢量值通常不準確，可由Gear法K+1階積分進行校正：</p><p><b>　?。?.19）</b></p><p>　　其中：是y(t)在時的近似值，，為Gear積分系數(shù)值，也可寫成：<

100、/p><p><b>　　（2.20）</b></p><p>　　則系統(tǒng)動力學方程在時刻展開，得：</p><p><b>　　（2.21）</b></p><p><b>　?。?.22）</b></p><p><b>　?。?.23）<

101、;/b></p><p>　　定義 3 Newton-Raphson算法：</p><p>　　求解非線性方程組中其中共有n個方程，即變量x陣為n階列陣。N-R算法的關(guān)鍵是如何選取適當?shù)某踔担绻仃嚍榉瞧娈?，則解是唯一的。使用修正的N-R算法求解上述非線性方程，其迭代校正公式為：</p><p><b>　　（2.24）</b><

102、/p><p><b>　?。?.25）</b></p><p><b>　?。?.26）</b></p><p>　　式中J表示第J次迭代，</p><p><b>　　，，</b></p><p>　　由(2.20)式知：</p><p

103、><b>　?。?.27）</b></p><p>　　由(2.22)式知：</p><p>　　， （2.28）</p><p><b>　　則寫成矩陣形式為：</b></p><p><b>　?。?.29）</b>

104、</p><p>　　式中左邊的系數(shù)矩陣稱為系統(tǒng)的Ja.cobi矩陣，</p><p><b>　　是系統(tǒng)的剛度矩陣，</b></p><p><b>　　是系統(tǒng)阻尼矩陣，</b></p><p><b>　　是系統(tǒng)質(zhì)量矩陣。</b></p><p>　

105、　通過分解系統(tǒng)Jacobi矩陣求解，，，計算出，，，，，重復(fù)上述步驟，直到滿足收斂條件，誤差限，確定是否接受該解。</p><p>　　2.3.6 ADAMS計算流程</p><p>　　ADAMS的整個計算過程(指從數(shù)據(jù)的輸入到結(jié)果的輸出，后處理功能模塊。)可以分成以下幾個部分：</p><p><b>　　(1)數(shù)據(jù)的輸入；</b><

106、/p><p><b>　　(2)數(shù)據(jù)的檢查；</b></p><p>　　(3)機構(gòu)的裝配及過約束的消除；</p><p>　　(4)運運方程的自動形成；</p><p>　　(5)積分迭代運算過程；</p><p>　　(6)運算過程中的錯誤檢查和信息輸出；</p><p>

107、<b>　　(7)結(jié)果的輸出。</b></p><p>　　ADAMS計算工作流程如圖2.5。</p><p>　　圖2.5 ADAMS計算工作流程</p><p>　　2.4 ADAMS軟件動態(tài)仿真分析基本步驟</p><p>　　具體到研究汽車系統(tǒng)動力學，建立車輛仿真模型時，一般遵循以下幾個典型的基本步驟：</

108、p><p>　　圖2.6機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析的步驟</p><p>　　1. 機械系統(tǒng)的物理抽象。</p><p>　　2. 獲取模型的運動學(幾何定位)參數(shù)，建立抽象系統(tǒng)的運動部件、約束，從而建立運動學模型。校驗?zāi)Ｐ偷淖杂啥燃罢_性。</p><p>　　3. 獲得模型的動力學參數(shù)，定義模型中部件、鉸鏈與彈性元件及外界條件，如道路模型、空氣阻力

109、等的特性，建立動力學模型。</p><p>　　4. 對動力學模型進行調(diào)整與仿真計算。</p><p>　　5. 對仿真計算結(jié)果進行后處理。</p><p>　　機械系統(tǒng)動態(tài)仿真分析的一般步驟如圖2.6示。</p><p>　　根據(jù)圖2.6示步驟可以完成一個復(fù)雜的機械系統(tǒng)的仿真分析，為使仿真分析能夠較順利的進行，應(yīng)采取以下的分析技巧:<

110、/p><p>　　1)應(yīng)該采取漸進的，從簡單分析逐步發(fā)展到復(fù)雜的機械系統(tǒng)分析的分析策略。</p><p>　?、僭谧畛醯姆抡娣治鼋r，不必過分追求構(gòu)件幾何形體的細節(jié)部分同實際構(gòu)件完全一致，因為這往往需要花費大量的幾何建模時間，而此時的關(guān)鍵是能夠順利地進行仿真并獲得初步結(jié)果。從程序的求解原理來看，只要仿真構(gòu)件兒何形體的質(zhì)量、質(zhì)心位置、慣性矩和慣性積同實際構(gòu)件相同，仿真結(jié)果是等價的。待獲得滿意的

111、仿真分析結(jié)果以后，再完善構(gòu)件幾何形體的細節(jié)部分和視覺效果。</p><p>　　②如果樣機模型中含有非線性的阻尼，可以先從分析線性阻尼開始，待線性阻尼分析順利完成后，再改為非線性阻尼進行分析。</p><p>　　2)在進行較復(fù)雜的機械系統(tǒng)仿真時，可以將整個系統(tǒng)分解為若干個子系統(tǒng)，先對這些子系統(tǒng)進行仿真分析和試驗，逐個排除建模等仿真過程中隱含的問題，最后進行整個系統(tǒng)的仿真分析試驗。<

112、/p><p>　　3)在設(shè)計虛擬樣機時，應(yīng)該盡量減小機械系統(tǒng)的規(guī)模，僅考慮影響樣機性能的構(gòu)件。</p><p>　　第3章 凸輪機構(gòu)ADAMS建模分析</p><p>　　3.1 凸輪參數(shù)設(shè)計</p><p>　　尖頂直動從動件盤形凸輪機構(gòu)的凸輪基圓半徑,已知:從動件行程,推程運動角為,遠休止角,回程運動角,近休止角為；從動件推程、回程分別采用余

113、弦加速度和正弦加速度運動規(guī)律。對該凸輪機構(gòu)進行模擬仿真。</p><p>　　1. 從動件推程運動方程</p><p>　　推程段采用余弦加速度運動規(guī)律,故將已知條件代入余弦加速度運動規(guī)律的推程段方程式中,推演得到</p><p>　　2. 從動件遠休程運動方程</p><p>　　在遠休程段,即時, 。</p><p&g

114、t;　　3. 從動件回程運動方程</p><p>　　因回程段采用正弦加速度運動規(guī)律,將已知條件代入正弦加速度運動規(guī)律的回程段方程式中,推演得到</p><p>　　4. 從動件近休程運動方程</p><p>　　在近休程段,即時, 。</p><p>　　3.2 凸輪實體建模</p><p>　　3.2.1 設(shè)置工作

115、環(huán)境</p><p>　　雙擊桌面上ADAMS/View的快捷圖標,打開ADAMS/View。在歡迎對話框中選擇“Create a new model”，在模型名稱（Model name）欄中輸入：tuluen ；在重力名稱（Gravity）欄中選“Earth Normal (-Global Y)”；在單位名稱（Units）欄中選擇“MMKS –mm,kg,N,s,deg”。</p><p&g

116、t;　　對于這個模型，網(wǎng)格間距需要設(shè)置成更高的精度以滿足要求。在ADAMS/View菜單欄中，選擇設(shè)置（Setting）下拉菜單中的工作網(wǎng)格（Working Grid）命令。系統(tǒng)彈出設(shè)置工作網(wǎng)格對話框，將網(wǎng)格的尺寸(Size)中的X和Y分別設(shè)置成250mm和300mm，間距（Spacing）中的X和Y都設(shè)置成10mm。然后點擊“OK”確定。用鼠標左鍵點擊選擇（Select）圖標，控制面板出現(xiàn)在工具箱中。用鼠標左鍵點擊動態(tài)放大（Dynam