范例_空間曲柄滑塊機(jī)構(gòu)推動(dòng)小球使之及球瓶發(fā)生碰撞_機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)分析及ADAMS應(yīng)用

1、5.6 ADAMS/View應(yīng)用實(shí)例下面是一個(gè)應(yīng)用ADAMS/View進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建摸和仿真的實(shí)例。在本實(shí)例中，將采用ADAMS/View的交互式建摸方式，依次進(jìn)行幾何建摸、添加約束和施加受力，最后對(duì)建立好的模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)仿真。5.6.1 幾何建摸本例是一個(gè)空間曲柄滑塊機(jī)構(gòu)推動(dòng)小球使之與球瓶發(fā)生碰撞的例子，所包含的物體包括平臺(tái)、曲柄、連桿、滑塊、小球和球瓶，如圖5-64所示。圖 5-65 物體組成1. 平臺(tái)建摸在本例中，用以作為機(jī)架的平臺(tái)是一個(gè)立方體，其建模過(guò)程如下。（1）工作柵格間距。為了交互式建摸自動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)更準(zhǔn)確，將ADAMS工作柵格的x和y方向間距從默認(rèn)值50mm改為10mm，如圖5-6

2、5所示。圖5-65 修改工作柵格間距圖5-66立方體參數(shù)（2）在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊幾何建模按鈕（默認(rèn)值是連桿工具）展開(kāi)所有的幾何建模工具（Rigid Body）圖標(biāo)，點(diǎn)擊立方體（Box）建摸工具按鈕，則在主工具箱的下半部分會(huì)出現(xiàn)是否指定立方體長(zhǎng)寬高的三個(gè)數(shù)據(jù)編輯框，選中寬度（Depth）選項(xiàng)，填入數(shù)值40.0cm，將立方體的寬度定為40cm，如圖5-66所示。（圖5-67 立方體左角點(diǎn)坐標(biāo)和右角點(diǎn)坐標(biāo)3）通過(guò)以下菜單路徑打開(kāi)坐標(biāo)窗口：View>Coordinates Window，然后在主窗口柵格上的坐標(biāo)（650，0，0（mm）附近按下鼠標(biāo)右鍵，出現(xiàn)坐標(biāo)輸入窗口，如圖5-67所示，

3、在其中輸入坐標(biāo)（650.0, 0.0, 200.0），點(diǎn)擊“Apply”按鈕確定立方體左角點(diǎn)；繼續(xù)在主窗口柵格上坐標(biāo)（300，0，0（mm）附近按下鼠標(biāo)右鍵，輸入坐標(biāo)（300.0, 20, 200.0），點(diǎn)擊“Apply”按鈕確定立方體右角點(diǎn)并建立立方體模型，如圖5-68。在本例中，此立方體模型作為機(jī)構(gòu)支撐平臺(tái)使用。圖5-68 平臺(tái)模型2. 小球建摸圖5-69 小球建摸（1） 在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊幾何建模按鈕，展開(kāi)所有的幾何建模工具（Rigid Body）圖標(biāo)，點(diǎn)擊球體（Sphere）建摸工具按鈕，然后在主窗口柵格上的坐標(biāo)（70，30，0（mm）處按下鼠標(biāo)左鍵，拖動(dòng)鼠標(biāo)至坐標(biāo)（70，0，

4、0（mm）處松開(kāi)左鍵，建立完成小球模型，如圖5-69。（2）調(diào)整小球的質(zhì)量。在ADAMS/View中，默認(rèn)情況下物體的質(zhì)量是根據(jù)物體幾何實(shí)體的體積計(jì)算出來(lái)的，物質(zhì)密度在默認(rèn)情況下采用的是鋼材的密度，但有時(shí)為了仿真計(jì)算的需要，也可以人為指定物體的質(zhì)量。在本例中，人為調(diào)整小球質(zhì)量到5.0Kg，具體操作如下：首先，將鼠標(biāo)移至小球位置，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的浮動(dòng)菜單中選擇菜單命令Part：PART_2>Modify，于是彈出修改物體參數(shù)Modify Body對(duì)話(huà)框，在Define Mass By 欄中選擇“User Input”選項(xiàng)，然后將Mass欄中的數(shù)字改為5.0，點(diǎn)擊對(duì)話(huà)框的OK按鈕，完成

5、對(duì)小球的質(zhì)量修改。3. 滑塊建摸在本例中，用以作為滑塊是一個(gè)拉伸體，其建模過(guò)程如下。（1）在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊幾何建模按鈕，展開(kāi)所有的幾何建模工具（Rigid Body）圖標(biāo)，點(diǎn)擊球體（Extrusion）建摸工具按鈕；注意工具箱中的“Closed”選項(xiàng)被選中；在“Path”選項(xiàng)中選擇“About Center”項(xiàng)，以確保所完成的拉伸體位置是關(guān)于工作柵格平面對(duì)稱(chēng)的；在“Length”編輯框中填入(10.0cm)，用來(lái)確定拉伸體的厚度。（2）確保完成以上設(shè)置后，在主窗體柵格上依次點(diǎn)擊以下坐標(biāo)點(diǎn)：表 5-7 滑塊坐標(biāo)點(diǎn)X、Y、Z值編號(hào)坐 標(biāo)10，150，0（mm）230，150，0（mm）3

6、30，30，0（mm）4150，30，0（mm）5150， 0，0（mm）60，0，0（mm）圖5-70 滑塊建摸當(dāng)點(diǎn)擊完成最后一個(gè)點(diǎn)后，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，ADAMS/View將自動(dòng)完成拉伸體的建摸，如圖5-70所示。4. 球瓶建摸在本例中，球瓶是由曲邊多邊形旋轉(zhuǎn)而成的復(fù)雜實(shí)體，其相應(yīng)的曲邊多邊形是由一段樣條曲線(xiàn)（Spline）和一段折線(xiàn)（Polyline）組成的封閉多邊形，其建模過(guò)程如下。（1）首先建立樣條曲線(xiàn)。在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊幾何建模按鈕，展開(kāi)所有的幾何建模工具（Rigid Body）圖標(biāo)，點(diǎn)擊樣條曲線(xiàn)建摸工具按鈕，工具箱中的“Closed”選項(xiàng)不被選中，然后依次點(diǎn)取如下坐標(biāo)點(diǎn)，點(diǎn)取

7、最后一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)后點(diǎn)擊右鍵以結(jié)束創(chuàng)建樣條曲線(xiàn)，ADAMS/View將建立樣條曲線(xiàn)，如圖5-71。這時(shí)ADAMS會(huì)彈出消息窗口給出警告，提示所創(chuàng)建的物體不具有質(zhì)量，關(guān)閉消息窗口忽略警告。表 5-8 樣條線(xiàn)坐標(biāo)點(diǎn)X、Y、Z值編號(hào)坐 標(biāo)1250，250，0（mm）2240，250，0（mm）3230，240，0（mm）4240，200，0（mm）5230，100，0（mm）6200，50，0（mm）7230， 0，0（mm）圖571 創(chuàng)建樣條曲線(xiàn)（2）建立折線(xiàn)段。在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊幾何建模按鈕，展開(kāi)所有的幾何建模工具（Rigid Body）圖標(biāo)，點(diǎn)擊折線(xiàn)段建摸工具按鈕，工具箱中的“Closed

8、”選項(xiàng)不被選中，一定注意選中“Add to Part”選項(xiàng)以確保折線(xiàn)段和樣條曲線(xiàn)是屬于同一個(gè)物體。完成以上設(shè)置后，將鼠標(biāo)移到主窗口上，這時(shí)窗口下的提示欄會(huì)提示你選擇一個(gè)“body”，將鼠標(biāo)移動(dòng)到樣條曲線(xiàn)上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)選擇與樣條曲線(xiàn)相同的“body”（PART_6），然后依次點(diǎn)取如下坐標(biāo)點(diǎn)，點(diǎn)取完成最后一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)后，點(diǎn)擊右鍵以結(jié)束創(chuàng)建樣條曲線(xiàn)，ADAMS/View將建立折線(xiàn)段，如圖5-72。這時(shí)ADAMS也會(huì)彈出消息窗口給出警告，提示所創(chuàng)建的物體不具有質(zhì)量，關(guān)閉消息窗口忽略警告。表 5-9 折線(xiàn)段點(diǎn)X、Y、Z坐標(biāo)值編號(hào)坐 標(biāo)1250，250，0（mm）2260，250，0（mm）3260，0，0（

9、mm）4230，0，0（mm）圖 5-72 建立折線(xiàn)段（3）建立旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。球瓶是一個(gè)旋轉(zhuǎn)體，必須為其創(chuàng)建一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。為此，在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊幾何建模按鈕，展開(kāi)所有的幾何建模工具（Rigid Body）圖標(biāo)，點(diǎn)擊創(chuàng)建坐標(biāo)系工具按鈕，在主工具箱中選中“Add to Part”選項(xiàng)和“Z_Axis”，即創(chuàng)建坐標(biāo)系時(shí)指定Z軸方向。完成以上設(shè)置之后，在主窗口中選擇曲邊多邊形所在物體（PART_6），在坐標(biāo)點(diǎn)（260，250，0（mm）處創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)，坐標(biāo)Z軸方向豎直向上，如圖5-73所示。圖5-73 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)（4）生成旋轉(zhuǎn)體。球瓶是由曲邊多邊形繞以上坐標(biāo)的Z軸旋轉(zhuǎn)而成，具體創(chuàng)建過(guò)程為：首先

10、，通過(guò)如下菜單路徑Tools>Command Navigator調(diào)出Command Navigator窗體，如圖5-74；展開(kāi)命令集geometry>creat>shape，雙擊命令revolution，打開(kāi)如圖5-75所示的創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)體對(duì)話(huà)框。在對(duì)話(huà)框的Reference Marker欄中點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，點(diǎn)擊彈出的浮動(dòng)菜單命令Marker>Pick，在主窗口中點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)；在Profile Curve欄中點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，點(diǎn)擊彈出的浮動(dòng)菜單命令Wire_Geometry>Pick，在主窗口中點(diǎn)擊樣條曲線(xiàn)，繼續(xù)右擊鼠標(biāo)，再次通過(guò)菜單命令Wire_Geometry>P

11、ick在主窗口中點(diǎn)擊折線(xiàn)段；在Relative To欄中點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，點(diǎn)擊彈出的浮動(dòng)菜單命令Reference Frame>Pick，在主窗口中點(diǎn)擊旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)。完成以上操作后，對(duì)話(huà)框中應(yīng)顯示圖5-76所示的信息。點(diǎn)擊OK按鈕，ADAMS自動(dòng)生成球瓶旋轉(zhuǎn)體，如圖5-77所示。圖5-74 Command Navigator窗體圖5-75 創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)體對(duì)話(huà)框圖5-76 生成球瓶實(shí)體（5）調(diào)整球瓶位置。在本例中，打算使小球和球瓶之間發(fā)生斜碰，為此將球瓶位置沿Z軸正向移動(dòng)2cm。為此，在主窗口空白區(qū)域點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的浮動(dòng)菜單上選擇“Right<R>”將視圖轉(zhuǎn)換為右視圖。在球瓶上點(diǎn)擊鼠

12、標(biāo)左鍵選中它，然后在主工具箱中點(diǎn)擊移動(dòng)按鈕，在Distance欄中填入（2cm），點(diǎn)擊向左的移動(dòng)按鈕，將球瓶向左（Z軸正向）移動(dòng)2cm，如圖5-77所示。5. 曲柄建摸（1）調(diào)整工作柵格方位。本例的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)是一個(gè)空間機(jī)構(gòu)，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)平面與滑塊滑動(dòng)方向垂直，也與當(dāng)前工作柵格平面垂直。為了交互式建摸方便，必須先改變工作柵格方位。為此，首先將視圖還原為前視圖（Front<F>），通過(guò)菜單路徑：SettingsWorking Grid打開(kāi)Working Grid Settings對(duì)話(huà)框，在對(duì)話(huà)框下部有兩個(gè)選項(xiàng)欄，分別用于設(shè)定工作柵格原點(diǎn)位置和柵格平面方位，分別調(diào)整柵格原點(diǎn)到坐標(biāo)（300，

13、0，200（mm）及方向到全局坐標(biāo)的YZ平面，如圖5-78所示。5-77 球瓶移動(dòng)后的位置（2）創(chuàng)建曲柄。將視圖轉(zhuǎn)換為右視圖（Right<R>），點(diǎn)擊主工具箱的創(chuàng)建連桿工具按鈕，然后在主窗口的柵格原點(diǎn)按下鼠標(biāo)左鍵不放，拖動(dòng)鼠標(biāo)至坐標(biāo)點(diǎn)（0，200，0（mm）處松開(kāi)左鍵，創(chuàng)建曲柄如圖5-79所示。圖5-78 調(diào)整過(guò)后的工作柵格位置圖5-79 創(chuàng)建曲柄6. 連桿建摸適當(dāng)調(diào)整視圖方位到圖5-80所示的位置，在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊幾何建模按鈕，展開(kāi)所有的幾何建模工具（Rigid Body）圖標(biāo)，點(diǎn)擊圓柱體建摸工具按鈕，選中主工具箱中的“Radius”選項(xiàng)，并填入半徑值（1.0cm），然

14、后在主窗口中點(diǎn)取曲柄上端的坐標(biāo)點(diǎn)，拖動(dòng)鼠標(biāo)至滑塊的角點(diǎn)處第二次點(diǎn)擊鼠標(biāo)，完成連桿（圓柱體）的建摸。如圖5-80。圖5-80 連桿建摸至此，本例所包含的物體全部創(chuàng)建完成，每個(gè)物體各自的幾何和物理信息都已經(jīng)被儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，但物體之間是彼此分離的，還必須建立相互的約束關(guān)系，才能構(gòu)成一個(gè)完整的機(jī)構(gòu)。5.6.2 添加約束本例所包含的約束有：曲柄與平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副，連桿和曲柄及滑塊之間的球鉸，滑塊與平臺(tái)之間的移動(dòng)副，以及平臺(tái)和大地之間的鎖止約束。1. 創(chuàng)建曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)副創(chuàng)建曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)副的過(guò)程如下：（1）將視圖還原為右視圖（Right<R>），在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊創(chuàng)建約束按鈕，展開(kāi)所有的約束工

15、具（Joint）圖標(biāo)，點(diǎn)擊創(chuàng)建轉(zhuǎn)動(dòng)副（Revelute）工具按鈕。（2）點(diǎn)取平臺(tái)為“first body”，點(diǎn)取曲柄為“second body”，點(diǎn)取曲柄的下端坐標(biāo)點(diǎn)為鉸接點(diǎn)，完成曲柄與平臺(tái)之間的轉(zhuǎn)動(dòng)副的創(chuàng)建，如圖5-80所示。2創(chuàng)建連桿球鉸創(chuàng)建連桿球鉸的過(guò)程如下：（1）在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊創(chuàng)建約束按鈕，展開(kāi)所有的約束工具（Joint）圖標(biāo)，點(diǎn)擊創(chuàng)建球鉸（Spherical）工具按鈕。圖 5-81 創(chuàng)建轉(zhuǎn)動(dòng)副（2）點(diǎn)取曲柄為“first body”，點(diǎn)取連桿為“second body”，點(diǎn)取曲柄的上端坐標(biāo)點(diǎn)為鉸接點(diǎn)，完成曲柄與連桿之間的球鉸的創(chuàng)建；再次點(diǎn)擊創(chuàng)建球鉸（Spherical）工

16、具按鈕，點(diǎn)取連桿為“first body”，點(diǎn)取滑塊為“second body”，點(diǎn)取連桿的下端坐標(biāo)點(diǎn)為鉸接點(diǎn)，完成連桿與滑塊之間的球鉸的創(chuàng)建；創(chuàng)建結(jié)果如圖5-82所示。圖5-82 創(chuàng)建球鉸3. 創(chuàng)建滑塊移動(dòng)副創(chuàng)建滑塊移動(dòng)副的過(guò)程如下：（1）在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊創(chuàng)建約束按鈕，展開(kāi)所有的約束工具（Joint）圖標(biāo)，點(diǎn)擊創(chuàng)建移動(dòng)副（Translational）工具按鈕。（2）點(diǎn)取滑塊為“first body”，點(diǎn)取平臺(tái)為“second body”，點(diǎn)取滑塊底面上的靠近小球一側(cè)的角點(diǎn)為鉸接點(diǎn)，點(diǎn)取指向滑塊底面上的背離小球一側(cè)的角點(diǎn)為移動(dòng)副方向，從而完成滑塊與平臺(tái)之間的移動(dòng)副的創(chuàng)建，如圖5-83

17、所示。圖5-83 創(chuàng)建移動(dòng)副4. 創(chuàng)建鎖止約束平臺(tái)作為機(jī)架，應(yīng)該相對(duì)于大地是固定的，因此應(yīng)該在平臺(tái)和大地之間建立鎖止約束。創(chuàng)建過(guò)程為：在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊創(chuàng)建約束按鈕，展開(kāi)所有的約束工具（Joint）圖標(biāo)，點(diǎn)擊創(chuàng)建鎖止約束（Fixed）工具按鈕，點(diǎn)取大地為“first body”，點(diǎn)取平臺(tái)為“second body”，點(diǎn)取平臺(tái)的一個(gè)角點(diǎn)為鉸接點(diǎn)，從而完成對(duì)平臺(tái)鎖止約束，如圖5-84所示。圖5-84 創(chuàng)建鎖止約束5.6.3 添加運(yùn)動(dòng)和力作為一個(gè)完整的動(dòng)力學(xué)模型，運(yùn)動(dòng)約束和構(gòu)件受力往往是不可少的。在本例中，存在曲柄擺動(dòng)這一運(yùn)動(dòng)約束，以及小球分別與滑塊、平臺(tái)和球瓶之間的碰撞力，球瓶與平臺(tái)之間的

18、碰撞力。1. 創(chuàng)建曲柄的擺動(dòng)（1）將視圖調(diào)整為右視圖（Right<R>），在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊創(chuàng)建運(yùn)動(dòng)約束按鈕，展開(kāi)所有的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)（Motion Driver）圖標(biāo)，點(diǎn)擊創(chuàng)建轉(zhuǎn)動(dòng)（Rotational Jiont Motion）工具按鈕。然后點(diǎn)取曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)副，從而創(chuàng)建一個(gè)運(yùn)動(dòng)約束，如圖5-85所示。圖5-85 添加曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)約束（2）修改轉(zhuǎn)動(dòng)約束的運(yùn)動(dòng)函數(shù)在默認(rèn)情況下，上面創(chuàng)建的轉(zhuǎn)動(dòng)約束中的運(yùn)動(dòng)函數(shù)為轉(zhuǎn)角函數(shù)，其表達(dá)式為30.0d * time，在大多數(shù)情況下需要修改這個(gè)函數(shù)才能符合用戶(hù)的意圖。修改方法為：在轉(zhuǎn)動(dòng)約束上右擊鼠標(biāo)，通過(guò)浮動(dòng)菜單命令Motion：Motion_1Mod

19、ify彈出Joint Motion對(duì)話(huà)框，如圖5-86所示，將Function （time）欄中的函數(shù)表達(dá)式改寫(xiě)為“15.0d * sin( 150 * time)”，點(diǎn)擊OK按鈕就完成了修改。圖5-86 Joint Motion對(duì)話(huà)框2. 創(chuàng)建碰撞力本例中的碰撞力分兩種情況，和小球相關(guān)的三對(duì)碰撞不考慮摩擦力，球瓶和平臺(tái)的碰撞考慮摩擦力，分別創(chuàng)建如下。（1）定義小球和滑塊等物體的碰撞。將視圖還原為前視圖（Front<F>），在主工具箱中用鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊創(chuàng)建Connector按鈕，展開(kāi)所有的Connector圖標(biāo)，點(diǎn)擊創(chuàng)建碰撞力（Contect）工具按鈕，彈出創(chuàng)建碰撞力對(duì)話(huà)框，如圖5-87（a）所示。在對(duì)話(huà)框“first solid”一欄中點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，點(diǎn)擊浮動(dòng)菜單命令Contect_Solid>Pick，然后在窗口中點(diǎn)取小球；在對(duì)話(huà)框“Secondt solid”一欄中點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，點(diǎn)擊浮動(dòng)菜單命令Contect_Solid>Pick，然后在窗口中點(diǎn)取滑塊；最后點(diǎn)擊對(duì)話(huà)框的OK按鈕，這樣就建立了小球與滑塊