范例_空间曲柄滑块机构推动小球使之与球瓶发生碰撞_机械系统动力学分析及ADAMS应用

1、5.6 ADAMS/View应用实例下面是一个应用ADAMS/View进行动力学建摸和仿真的实例。在本实例中，将采用ADAMS/View的交互式建摸方式，依次进行几何建摸、添加约束和施加受力，最后对建立好的模型进行动力学仿真。5.6.1 几何建摸本例是一个空间曲柄滑块机构推动小球使之与球瓶发生碰撞的例子，所包含的物体包括平台、曲柄、连杆、滑块、小球和球瓶，如图5-64所示。图 5-65 物体组成1. 平台建摸在本例中，用以作为机架的平台是一个立方体，其建模过程如下。（1）工作栅格间距。为了交互式建摸自动捕捉数据更准确，将ADAMS工作栅格的x和y方向间距从默认值50mm改为10mm，如图5-6

2、5所示。图5-65 修改工作栅格间距图5-66立方体参数（2）在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮（默认值是连杆工具）展开所有的几何建模工具（Rigid Body）图标，点击立方体（Box）建摸工具按钮，则在主工具箱的下半部分会出现是否指定立方体长宽高的三个数据编辑框，选中宽度（Depth）选项，填入数值40.0cm，将立方体的宽度定为40cm，如图5-66所示。（图5-67 立方体左角点坐标和右角点坐标3）通过以下菜单路径打开坐标窗口：View>Coordinates Window，然后在主窗口栅格上的坐标（650，0，0（mm）附近按下鼠标右键，出现坐标输入窗口，如图5-67所示，

3、在其中输入坐标（650.0, 0.0, 200.0），点击“Apply”按钮确定立方体左角点；继续在主窗口栅格上坐标（300，0，0（mm）附近按下鼠标右键，输入坐标（300.0, 20, 200.0），点击“Apply”按钮确定立方体右角点并建立立方体模型，如图5-68。在本例中，此立方体模型作为机构支撑平台使用。图5-68 平台模型2. 小球建摸图5-69 小球建摸（1） 在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮，展开所有的几何建模工具（Rigid Body）图标，点击球体（Sphere）建摸工具按钮，然后在主窗口栅格上的坐标（70，30，0（mm）处按下鼠标左键，拖动鼠标至坐标（70，0，

4、0（mm）处松开左键，建立完成小球模型，如图5-69。（2）调整小球的质量。在ADAMS/View中，默认情况下物体的质量是根据物体几何实体的体积计算出来的，物质密度在默认情况下采用的是钢材的密度，但有时为了仿真计算的需要，也可以人为指定物体的质量。在本例中，人为调整小球质量到5.0Kg，具体操作如下：首先，将鼠标移至小球位置，点击鼠标右键，在弹出的浮动菜单中选择菜单命令Part：PART_2>Modify，于是弹出修改物体参数Modify Body对话框，在Define Mass By 栏中选择“User Input”选项，然后将Mass栏中的数字改为5.0，点击对话框的OK按钮，完成

5、对小球的质量修改。3. 滑块建摸在本例中，用以作为滑块是一个拉伸体，其建模过程如下。（1）在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮，展开所有的几何建模工具（Rigid Body）图标，点击球体（Extrusion）建摸工具按钮；注意工具箱中的“Closed”选项被选中；在“Path”选项中选择“About Center”项，以确保所完成的拉伸体位置是关于工作栅格平面对称的；在“Length”编辑框中填入(10.0cm)，用来确定拉伸体的厚度。（2）确保完成以上设置后，在主窗体栅格上依次点击以下坐标点：表 5-7 滑块坐标点X、Y、Z值编号坐 标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）图5-70 滑块建摸当点击完成最后一个点后，点击鼠标右键，ADAMS/View将自动完成拉伸体的建摸，如图5-70所示。4. 球瓶建摸在本例中，球瓶是由曲边多边形旋转而成的复杂实体，其相应的曲边多边形是由一段样条曲线（Spline）和一段折线（Polyline）组成的封闭多边形，其建模过程如下。（1）首先建立样条曲线。在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮，展开所有的几何建模工具（Rigid Body）图标，点击样条曲线建摸工具按钮，工具箱中的“Closed”选项不被选中，然后依次点取如下坐标点，点取

7、最后一个坐标点后点击右键以结束创建样条曲线，ADAMS/View将建立样条曲线，如图5-71。这时ADAMS会弹出消息窗口给出警告，提示所创建的物体不具有质量，关闭消息窗口忽略警告。表 5-8 样条线坐标点X、Y、Z值编号坐 标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）图571 创建样条曲线（2）建立折线段。在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮，展开所有的几何建模工具（Rigid Body）图标，点击折线段建摸工具按钮，工具箱中的“Closed

8、”选项不被选中，一定注意选中“Add to Part”选项以确保折线段和样条曲线是属于同一个物体。完成以上设置后，将鼠标移到主窗口上，这时窗口下的提示栏会提示你选择一个“body”，将鼠标移动到样条曲线上，点击鼠标选择与样条曲线相同的“body”（PART_6），然后依次点取如下坐标点，点取完成最后一个坐标点后，点击右键以结束创建样条曲线，ADAMS/View将建立折线段，如图5-72。这时ADAMS也会弹出消息窗口给出警告，提示所创建的物体不具有质量，关闭消息窗口忽略警告。表 5-9 折线段点X、Y、Z坐标值编号坐 标1250，250，0（mm）2260，250，0（mm）3260，0，0（

9、mm）4230，0，0（mm）图 5-72 建立折线段（3）建立旋转坐标。球瓶是一个旋转体，必须为其创建一个旋转坐标。为此，在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮，展开所有的几何建模工具（Rigid Body）图标，点击创建坐标系工具按钮，在主工具箱中选中“Add to Part”选项和“Z_Axis”，即创建坐标系时指定Z轴方向。完成以上设置之后，在主窗口中选择曲边多边形所在物体（PART_6），在坐标点（260，250，0（mm）处创建旋转坐标，坐标Z轴方向竖直向上，如图5-73所示。图5-73 创建旋转坐标（4）生成旋转体。球瓶是由曲边多边形绕以上坐标的Z轴旋转而成，具体创建过程为：首先

10、，通过如下菜单路径Tools>Command Navigator调出Command Navigator窗体，如图5-74；展开命令集geometry>creat>shape，双击命令revolution，打开如图5-75所示的创建旋转体对话框。在对话框的Reference Marker栏中点击鼠标右键，点击弹出的浮动菜单命令Marker>Pick，在主窗口中点击旋转坐标；在Profile Curve栏中点击鼠标右键，点击弹出的浮动菜单命令Wire_Geometry>Pick，在主窗口中点击样条曲线，继续右击鼠标，再次通过菜单命令Wire_Geometry>P

11、ick在主窗口中点击折线段；在Relative To栏中点击鼠标右键，点击弹出的浮动菜单命令Reference Frame>Pick，在主窗口中点击旋转坐标。完成以上操作后，对话框中应显示图5-76所示的信息。点击OK按钮，ADAMS自动生成球瓶旋转体，如图5-77所示。图5-74 Command Navigator窗体图5-75 创建旋转体对话框图5-76 生成球瓶实体（5）调整球瓶位置。在本例中，打算使小球和球瓶之间发生斜碰，为此将球瓶位置沿Z轴正向移动2cm。为此，在主窗口空白区域点击鼠标右键，在弹出的浮动菜单上选择“Right<R>”将视图转换为右视图。在球瓶上点击鼠

12、标左键选中它，然后在主工具箱中点击移动按钮，在Distance栏中填入（2cm），点击向左的移动按钮，将球瓶向左（Z轴正向）移动2cm，如图5-77所示。5. 曲柄建摸（1）调整工作栅格方位。本例的曲柄滑块机构是一个空间机构，曲柄转动平面与滑块滑动方向垂直，也与当前工作栅格平面垂直。为了交互式建摸方便，必须先改变工作栅格方位。为此，首先将视图还原为前视图（Front<F>），通过菜单路径：SettingsWorking Grid打开Working Grid Settings对话框，在对话框下部有两个选项栏，分别用于设定工作栅格原点位置和栅格平面方位，分别调整栅格原点到坐标（300，

13、0，200（mm）及方向到全局坐标的YZ平面，如图5-78所示。5-77 球瓶移动后的位置（2）创建曲柄。将视图转换为右视图（Right<R>），点击主工具箱的创建连杆工具按钮，然后在主窗口的栅格原点按下鼠标左键不放，拖动鼠标至坐标点（0，200，0（mm）处松开左键，创建曲柄如图5-79所示。图5-78 调整过后的工作栅格位置图5-79 创建曲柄6. 连杆建摸适当调整视图方位到图5-80所示的位置，在主工具箱中用鼠标右键点击几何建模按钮，展开所有的几何建模工具（Rigid Body）图标，点击圆柱体建摸工具按钮，选中主工具箱中的“Radius”选项，并填入半径值（1.0cm），然

14、后在主窗口中点取曲柄上端的坐标点，拖动鼠标至滑块的角点处第二次点击鼠标，完成连杆（圆柱体）的建摸。如图5-80。图5-80 连杆建摸至此，本例所包含的物体全部创建完成，每个物体各自的几何和物理信息都已经被储存到数据库中，但物体之间是彼此分离的，还必须建立相互的约束关系，才能构成一个完整的机构。5.6.2 添加约束本例所包含的约束有：曲柄与平台之间的转动副，连杆和曲柄及滑块之间的球铰，滑块与平台之间的移动副，以及平台和大地之间的锁止约束。1. 创建曲柄转动副创建曲柄转动副的过程如下：（1）将视图还原为右视图（Right<R>），在主工具箱中用鼠标右键点击创建约束按钮，展开所有的约束工

15、具（Joint）图标，点击创建转动副（Revelute）工具按钮。（2）点取平台为“first body”，点取曲柄为“second body”，点取曲柄的下端坐标点为铰接点，完成曲柄与平台之间的转动副的创建，如图5-80所示。2创建连杆球铰创建连杆球铰的过程如下：（1）在主工具箱中用鼠标右键点击创建约束按钮，展开所有的约束工具（Joint）图标，点击创建球铰（Spherical）工具按钮。图 5-81 创建转动副（2）点取曲柄为“first body”，点取连杆为“second body”，点取曲柄的上端坐标点为铰接点，完成曲柄与连杆之间的球铰的创建；再次点击创建球铰（Spherical）工

16、具按钮，点取连杆为“first body”，点取滑块为“second body”，点取连杆的下端坐标点为铰接点，完成连杆与滑块之间的球铰的创建；创建结果如图5-82所示。图5-82 创建球铰3. 创建滑块移动副创建滑块移动副的过程如下：（1）在主工具箱中用鼠标右键点击创建约束按钮，展开所有的约束工具（Joint）图标，点击创建移动副（Translational）工具按钮。（2）点取滑块为“first body”，点取平台为“second body”，点取滑块底面上的靠近小球一侧的角点为铰接点，点取指向滑块底面上的背离小球一侧的角点为移动副方向，从而完成滑块与平台之间的移动副的创建，如图5-83

17、所示。图5-83 创建移动副4. 创建锁止约束平台作为机架，应该相对于大地是固定的，因此应该在平台和大地之间建立锁止约束。创建过程为：在主工具箱中用鼠标右键点击创建约束按钮，展开所有的约束工具（Joint）图标，点击创建锁止约束（Fixed）工具按钮，点取大地为“first body”，点取平台为“second body”，点取平台的一个角点为铰接点，从而完成对平台锁止约束，如图5-84所示。图5-84 创建锁止约束5.6.3 添加运动和力作为一个完整的动力学模型，运动约束和构件受力往往是不可少的。在本例中，存在曲柄摆动这一运动约束，以及小球分别与滑块、平台和球瓶之间的碰撞力，球瓶与平台之间的

18、碰撞力。1. 创建曲柄的摆动（1）将视图调整为右视图（Right<R>），在主工具箱中用鼠标右键点击创建运动约束按钮，展开所有的运动驱动（Motion Driver）图标，点击创建转动（Rotational Jiont Motion）工具按钮。然后点取曲柄转动副，从而创建一个运动约束，如图5-85所示。图5-85 添加曲柄转动约束（2）修改转动约束的运动函数在默认情况下，上面创建的转动约束中的运动函数为转角函数，其表达式为30.0d * time，在大多数情况下需要修改这个函数才能符合用户的意图。修改方法为：在转动约束上右击鼠标，通过浮动菜单命令Motion：Motion_1Mod

19、ify弹出Joint Motion对话框，如图5-86所示，将Function （time）栏中的函数表达式改写为“15.0d * sin( 150 * time)”，点击OK按钮就完成了修改。图5-86 Joint Motion对话框2. 创建碰撞力本例中的碰撞力分两种情况，和小球相关的三对碰撞不考虑摩擦力，球瓶和平台的碰撞考虑摩擦力，分别创建如下。（1）定义小球和滑块等物体的碰撞。将视图还原为前视图（Front<F>），在主工具箱中用鼠标右键点击创建Connector按钮，展开所有的Connector图标，点击创建碰撞力（Contect）工具按钮，弹出创建碰撞力对话框，如图5-87（a）所示。在对话框“first solid”一栏中点击鼠标右键，点击浮动菜单命令Contect_Solid>Pick，然后在窗口中点取小球；在对话框“Secondt solid”一栏中点击鼠标右键，点击浮动菜单命令Contect_Solid>Pick，然后在窗口中点取滑块；最后点击对话框的OK按钮，这样就建立了小球与滑块