ADAMS机械系统仿真教学实践.pdf

ADAMS 机械系统仿真教学实践 作者：姜波 孙德志 张颖 胡晶 来源：《时代汽车》2022年第06期 摘要：ADAMS 機械系统仿真技术已成为机械、汽车相关专业领域进行产品设计与开发的 重要技术手段，结合四连杆机构设计，从机构结构分析、模型创建、仿真分析到参数化分析与 优化设计，开展ADAMS 软件仿真技术应用的教学，以帮助学生构建ADAMS 机械系统仿真框 架，强化实践应用能力。 关键词：ADAMS 机械系统仿真教学四连杆机构仿真分析与设计 1 引言 随着ADAMS 机械系统仿真技术在工业产品设计领域中的广泛应用，ADAMS 软件仿真技 术已逐步成为机械工程师的必备技术[1]。由于该技术与工程力学、机械原理、机械系统运动 学与动力学、优化设计等基础理论课程联系紧密，并不易于掌握[2-4]。为更好地开展该课程的 教学，现结合四连杆机构的设计，采用ADAMS 软件进行四杆机构的模型创建、运动特性仿 真、参数化分析与优化设计，就ADAMS/View 、ADAMS/Postprocessor 两大功能模块的应用， 帮助学生构建ADAMS 机械系统仿真框架，提高实践应用能力。 2 教学内容与思路 四杆机构设计的ADAMS 仿真教学主要包括以下几部分内容：一，以帮助学生将理论知识 与ADAMS 软件仿真应用有机结合，在分析机构结构与运动特点的基础上确定结构参数、约束 关系、构建仿真模型;二，开展仿真分析，获取运动特性曲线图，并进行运动特性与传动性能 分析，找出机构运动中存在的问题;三，针对问题进行参数化分析查找原因，确定主要影响因 素;四，以主要影响因素为设计变量、性能优化为目标进行优化设计，取得最优结果。 3 四连杆机构的ADAMS 仿真分析与设计 3.1 四连杆机构介绍 四杆机构作为最简单的连杆机构，因其为低副面接触，可以承受较大的载荷，便于加工， 能实现将主动件的运动和力传递给执行构件，通过改变构件的相对长度即可实现不同的运动， 且具有丰富的连杆曲线可以满足各种运动需求，在汽车刮雨器、搅拌机、仪器仪表、机器人、 农业机械等机械产品的设计中被广泛采用。平面四杆机构是由四个杆件通过低副连接组成的低 副机构。其中的固定构件为机架，与机架相连的杆件为连架杆，连接两个连架杆的杆件为连 杆。若一个连架杆能够实现整周转动，另一个连架杆只能在一定角度范围内摆动的平面四杆机 构称为曲柄摇杆机构[5]。曲柄摇杆机构是最简单的四杆机构，从曲柄摇杆机构的模型图（图 1）和示意图（图2）中可以看出该机构由四个杆件通过转动副连接，其中曲柄为主动件，摇 杆为从动件。 3.2 ADAMS 仿真模型的创建 ADAMS 多体动力学仿真软件主要由ADAMS/View 、ADAMS/Solver 、ADAMS/Post- processor 等功能模块组成。在ADAMS/View 模块可通过机构关键点（铰接中心点）位置坐标 的确定、构件的创建、运动副和驱动的施加及仿真验证来完成仿真模型的创建。 在给定四个杆件运动尺寸的条件下，进行曲柄摇杆机构的创建。AB=30mm，BC=40mm， CD=90mm，AD=96mm。首先根据杆长条件判断机构是否成立， AB+AD=126mmBC+CD=130mm 满足杆长条件，同时选择最短杆AB 为曲柄，AD 杆为机 架，可得到曲柄摇杆机构。采用ADAMS 软件进行此机构模型的创建，需先确定机构在某一瞬 时时刻各铰接点的位置坐标。为简化计算过程，选定曲柄与机架共线的瞬时时刻，此时机构示 意图如图3 所示。ADAMS/View 点与构建创建功能界面如图4 所示，点击Point 点图标，调出 Table Editor 对话框，在该对话框中输入A 、B 、C 、D 四个关键点的坐标（图5），即可创建 四个转动副中心点的Point 。以此为基准创建三个Link 构件，机架与Ground 为同一构件，可 以不用创建，添加JOINT 约束（见表1），并在AB 杆件上施加MOTION 驱动，仿真模型如 图6 所示，仿真验证后即完成模型的创建。 3.3 运动特性分析 在Simulation Control 界面设置仿真时间为24S ，仿真步数为720 进行仿真分析。同时创建 测量角变量MEASURE_1 来获得摇杆摆角的变化，通过ADAMS/Postprocessor 后处理模块 [6]，得到曲柄摇杆机构摇杆的运动特性如下图7-9 所示。 从摇杆的摆角、角速度和角加速度特性曲线可