多星分离的ADAMS仿真_张兵
AMESim与ADAMS联合仿真操作说明
AMESim与ADAMS联合仿真操作说明摘要：物理系统可能由各种元件组成，例如气动的，机械的，液压的，电子的以及控制系统等，所有的元件协同工作。
多学科领域系统和复杂多体系统之间的相互作用很难在单一的软件平台中来仿真。
解决的方案就是通过AMESim和专用的多体动力学软件ADAMS之间的接口，使得两者在仿真中协同工作。
本文结合天线的简单实例介绍AMESim与ADAMS联合仿真的操作过程。
关键词：AMESim ADAMS 联合仿真1.引言AMESim（Advanced Modeling Environment for Simulation of engineering systems）软件是由法国IMAGINE公司于1995年推出的多学科复杂领域系统工程高级建模和仿真平台，该软件不要求用户具备完备的仿真专业知识，采用面向系统原理图建模的方法，便于工程技术人员掌握和使用。
机构动力学分析软件ADAMS (automatic dynamic of mechanical system)集建模、求解和可视化技术于一体,能有效分析和比较多种参数方案。
运用AMESim与ADAMS的联合仿真，可以有效的对设备的动态过程进行分析，根据交互分析产生的结果来评价设备的性能，为了更加真实的符合实际情况，理论分析用来完成检验产生的数值结果。
这种虚拟产品开发方法与得出的结论将对设计人员提供一定帮助。
通过AMESim/ADAMS之间的接口，有两种方式实现联合仿真：（1）将模型从一个平台中输入到另一个平台中，采用单一的积分器进行计算。
（2）各个平台分别利用自己的积分器计算自己的模型，通过预先统一的通讯间隔进行信息交换。
2.软件环境要求首先AMESim软件需要4.2级以上版本； ADAMS需要2003级以上版本（含A/Control模块）。
其次必须要有Microsoft Visual C++ 编译器。
如果需要从ADAMS环境中使用接口，那么还强烈推荐Fortran编译器，这样可以将AMESim的模型编译成为ADAMS的子函数（Subroutine）。
基于ADAMS仿真技术的挖掘机铰点受力分析
2009年 6月郑州大学学报(工学版)Jun 1 2009第30卷 第2期Journal of Zhengzhou University (Engineering Science )Vol 130 No 12 收稿日期:2008-09-27;修订日期:2008-12-11 作者简介:周宏兵(1967-),女,湖南湘阴人,中南大学副教授,博士,主要从事工程机械机电液一体化技术方面的研究,E -mail:zhbjcr@yahoo . 文章编号:1671-6833(2009)02-0071-04基于ADA MS 仿真技术的挖掘机铰点受力分析周宏兵1,2,胡雄伟1,孙永刚1,王惠科1(1.中南大学机电工程学院,湖南长沙410083;2.湖南山河智能机械股份有限公司,湖南长沙410100)摘 要:为了获得挖掘机工作时主要铰接点处的连续受力变化值,利用Pr o /E 4.0和ADAMS 2005两种软件,建立了S W E90U 液压反铲挖掘机的虚拟样机.在虚拟环境中,分别模拟了该挖掘机的铲斗挖掘、斗杆挖掘和平整操作3种典型工作状态,并针对该挖掘机的4个主要铰接点的受力情况进行了分析研究,得到了一系列相应的铰接点受力变化曲线.结果表明,动臂与斗杆铰接点的受力情况变化最为剧烈,而摇杆与斗杆铰接点的受力情况变化最为平缓.关键词:ADAM S;液压挖掘机;仿真;铰点中图分类号:T U 621 文献标识码:A0 引言由于液压挖掘机工作状况的复杂性,其工作装置的受力情况也相当复杂.过去,人们往往只能按照由经验所确定的工作位置来研究挖掘机各铰接点的受力情况,得到仅是一些离散的、特定位置的受力值,难以完整地反映实际情况,且其正确性尚值得商榷[1-2].随着计算机辅助设计技术的发展,虚拟样机技术已广泛应用于各个领域[3].但目前针对挖掘机铰点受力的仿真研究还比较少,且还停留在单一工况研究上.笔者采用ADAMS的多刚体动力学模型[4],其数学形式为一系列以各刚体运动位置、姿态、速度和加速度为变量的非线性微分动力学方程,以及由各个约束所形成的非线性代数方程.对这些方程进行联立数值积分求解即可获得各离散时刻各刚体运动的位移、速度和加速度等运动物理量以及各铰接点处的约束反力等信息.1 虚拟样机的建立1.1 Pr o /E 三维实体模型的建立挖掘机的主要结构包括机身、动臂装置、斗杆装置、铲斗装置,其机构拓扑图如图1所示.根据S W E90U 挖掘机的设计图纸,采用三维实体造型软件Pr o /E,逐一建立上述构件的实体模型,并使用自底向上的装配方法完成整个挖掘机的实体模型.为了提高在ADAMS 中的计算效率,在建立模型时对实物进行了必要的简化,如省略了与研究无关的推土板和销钉、卡环等细小构件.图1 挖掘机机构拓扑图F i g .1 Topolog i ca l graph of the excava tor m echan is m1.2 ADAMS 虚拟样机的建立在Pr o /E 环境中,将建立的挖掘机整机模型保存为Paras olid 格式的文件,然后进入ADAMS 环境,在File 菜单选择I m port 命令将之导入.导入到ADAMS 中的模型很好地继承了原来Pr o /E 模型的各种属性,包括位置关系、质心位置、转动惯量和质量信息,但是模型中原有的装配关系已不复存在,各零件只是按原来的位置关系独立地存在于ADAMS 环境中[6],因此必须通过添加约束来将它们重新装配起来.所添加的具体约束情况如下:在机身与Gr ound 之间添加固定副,在各连接铰点处添加转动副,在各油缸和其活塞杆之间添加移动副.在各72 郑州大学学报(工学版)2009年移动副上添加驱动,并将动臂油缸移动副驱动、斗杆油缸移动副驱动、铲斗油缸移动副驱动分别重命名为dongbiqudong 、douganqudong 和chandouqu 2dong .设置长度单位为m,力的单位为N;设置重力的方向为-Y 向,即竖直向下的方向,大小为-9.80665m /s 2.完成后的虚拟样机模型如图2所示.图2 虚拟样机模型F i g .2 V i rtua l Prototype2 工作状况仿真与分析液压反铲挖掘机用途广泛,不仅可以进行基坑挖掘,还可以进行针对施工面的平整、压实等操作.下面将针对挖掘机的3种工作状况进行仿真与分析.2.1 铲斗挖掘工况仿真由文献[1]知,当挖掘机采用铲斗挖掘方式工作时,铲斗挖掘阻力的最大切向分力可用下式表示:F t m ax =C [R (1-cos <max )]1.35BA ZX +D (1)式中:C 为土壤的硬度系数;R 为铲斗切削半径,c m ;<max 为挖掘过程中铲斗总转角的一半;B 为切削刃宽度影响系数,B =1+2.6b ;b 为铲斗平均宽度,m ;A 为切削角变化影响系数,一般取A =1.3;Z 为斗齿影响系数,有齿时,Z =0.75;X 为斗侧壁厚度影响系数,X =1+0.03s,其中s 为侧壁厚度,c m ;D 为切削刃挤压土壤的力,根据斗容量的大小在D =10000～17000N 的范围内选取.对于S W E90U 挖掘机,取<max =55°,R =105c m ,b =0.68m ,Z =0.75,s =2c m ,D =10100N ,由式(1)可得,F t max =48866.3N .铲斗挖掘阻力的法向分力F n 数值较小,一般F n =0～0.2F t ,土质越均匀,F n 数值越小.在此,取F nmax =0.2F t max =9733.26N .这种工作方式下,铲斗对土壤的切削方式为大曲率切削,挖掘阻力与挖掘深度基本上成正比.由于挖掘的前半过程的切削角不利,会产生较大的阻力,因此挖掘阻力的最大值将出现在挖掘过程中间偏前的位置.根据S W E90U 挖掘机的工作情况按位移方式设置各液压缸的驱动函数如表1所示,它们将使虚拟样机完成从图2所示姿态开始采用铲斗挖掘方式进行基坑挖掘,满斗后提升至装车高度的一系列动作.表1 铲斗挖掘的驱动及阻力函数Tab .1 Functi ons of moti ons and resist ances i n bucket di gg i n g项目函数表达式Dongbiqudong step (ti m e,0.8,0,1.6,-0.19)+step (ti m e,6.3,0,9,0.4207)Douganqudong step (ti m e,0,0,0.5,-0.118)+step (ti m e,6.3,0,9,0.429)Chandouqudongstep (ti m e,0,0,1.6,-0.31)+step (ti m e,1.6,0,6.3,0.68)F t step (ti m e,1.6,0,3.25,48866.3)+step (ti m e,3.25,0.5,-48866.3)F n step (ti m e,1.6,0,3.25,9733.26)+step (ti m e,3.25,0,5,-9733.26)G wstep (ti m e,2.3,0,6.3,4802) 根据前述原因和油缸驱动过程,相应地设置铲斗挖掘阻力的切向分力F t 的函数、法向分力F n 的函数和挖掘过程中铲入铲斗的物料重力G w的函数如表1所示.其中,切向分力的方向始终垂直于铲斗切削半径R,法向分力始终沿着铲斗切削半径R,它们的具体方向将随铲斗位置的变化而变化,而物料重力的方向则总是竖直向下的.采用以上设置进行仿真,得到各铰接点受力的变化曲线如图3(a )所示.1.6s 时,铲斗活塞杆由原来的回缩状态开始转向外伸状态,推动铲斗进行挖掘,速度变化较大,因此各铰点受力曲线都出现了一个较小的峰值;3.25s 左右,挖掘阻力达到峰值,各铰点也基本处于最大受力状态,其中动臂与斗杆铰接点的受力高达290150N;5.6s 后,铲斗挖掘基本结束,机构运动仅受挖入铲斗的物料重力的影响,各铰点受力都维持在一个较小值.2.2 斗杆挖掘工况仿真由文献[1]知,当挖掘机采用斗杆挖掘方式工作时,斗杆挖掘的切向阻力可按下式计算:W t =K 0q0.01745r φK s(2)式中:K 0为挖掘比阻力;q 为铲斗容量;r 为斗杆挖掘时的切削半径,即动臂与斗杆铰点至斗齿尖的距离;K s 为土壤松散系数;φ为斗杆在挖掘过程中的总转角. 第2期周宏兵等 基于ADAMS 仿真技术的挖掘机铰点受力分析73 这种工况下,斗齿对土壤的切削行程比较长,切土厚度在挖掘过程中可以看作常数,因此斗杆挖掘阻力也可以当作常数处理.一般,切削厚度较小,所以斗杆挖掘阻力比铲斗挖掘阻力小得多.对于S W E90U 挖掘机,q =0.28m 3,当r =2.5719m 时,取K 0=13×104N /m 2,K s =1.14,φ=73°,由式(2)可得,W t =9747N .根据经验公式W n =ψW t ,ψ为常系数,在此取ψ=0.62,得W n=6043.15N .与铲斗挖掘时类似,设置各液压缸的驱动函数如表2所示,它们将使虚拟样机完成从图2所示姿态开始采用斗杆挖掘方式进行基坑挖掘,满斗后提升至装车高度的一系列动作.相应设置斗杆挖掘阻力的切向分力W t 的函数、法向分力W n 的函数和挖掘过程中铲入铲斗的物料重力G ′w 的函数如表2所示.仿真后得到各铰接点受力的变化曲线如图3(b )所示.表2 斗杆挖掘的驱动及阻力函数Tab .2 Functi on s of m oti on s and resist ances i n ar m d i gg i n g项目函数表达式Dongbiqudong step (ti m e,0.5,0,1.3,-0.19)+step (ti m e,4.8,0,7.5,0.4207)Douganqudongstep (ti m e,0,0,0.5,-0.1117)+step (ti m e,1.3,0,4.0,0.5704)Chandouqudongstep (ti m e,0,0,0.3,-0.0517)+step (ti m e,4.0,0,4.8,0.1168)+step (ti m e,4.8,0,7.5,0.2542)W t step (ti m e,1.2,0,1.3,9747)+step (ti m e,4,0,4.3,-9747)W nstep (ti m e,1.2,0,1.3,6043.1)+step (ti m e,4,0,4.3,-6043.1)G ′wstep (ti m e,1.5,0,4.8,4802) 1.3s 至4.0s,斗杆活塞杆外伸推动斗杆进行挖掘,由于挖掘阻力的作用,各铰点受力都处于较大值,其中动臂与斗杆铰接点受力最为复杂,最大值达到134180N;4.8s 时,为防止铲入斗内的物料撒出,铲斗液压缸进行了速度的调整,因此各铰点受力都出现了一个较小的波动.2.3 平整操作工况仿真当挖掘机进行施工面平整操作时,一般要求挖掘角恒定,铲斗在平整面上做平动,铲斗末端速度保持匀速,但为防止冲击,一般在起始阶段匀加速,而终止阶段匀减速[7].此时铲斗的斗齿所受到的阻力主要是切向的碎土旁移阻力,其数值很小.当遇到小石块等障碍物时,阻力值可能会瞬时增大.因此,设置阻力函数为:step (ti m e,0,0,0.7,600)+step (ti m e,2.1,0,2.15,1200)+step (ti m e,2.15,0,2.2,-1200)+step (ti m e,3.2,0,3.6,800)+step (ti m e,3.6,0,3.8,-800)+step (ti m e,4.5,0,4.55,600)+step (ti m e,4.55,0,4.6,-600)平整操作属于精细作业,我们无法估计其各驱动油缸的具体运动,但铲斗的运动却非常简单,因此可以通过在铲斗尖施加点驱动带动各驱动油缸运动,利用ADA MS 强大的测量功能得到它们的运动曲线,然后在后处理模块中将得到的运动曲线转化为驱动油缸运动的样条函数,用这些函数定义各油缸的驱动函数.本次仿真中用到的点驱动函数和转换后得到的各油缸驱动函数如表3所示.表3 平整操作的驱动函数Tab .3 Functi on s of m oti on s i n s m ooth opera ti on项目函数表达式点驱动(速度方式)TraX:step (ti m e,0,0,0.7,-0.2)+step (ti m e,6.3,0,7,0.2)TraY:03ti m e RotZ ″:03ti m eDongbiqudong AKI SP L (ti m e,0,SP L I N E_1,0)DouganqudongAKI SP L (ti m e,0,SP L I N E_2,0)Chandouqudong AKI SP L (ti m e,0,SP L I N E_3,0)74 郑州大学学报(工学版)2009年 仿真后得到各铰接点受力的变化曲线如图3(c )所示.在2.15s 、3.6s 、4.55s 时,由于阻力的突变,各铰点受力曲线也表现出了相应的突变,受力最大的铰点依然是动臂与斗杆铰接点,但其最大值也仅18825N.总的来说,这种工况下各铰点受力比较平稳,动臂与斗杆铰接点的受力和摇杆与斗杆铰接点的受力有减小的趋势,而斗杆与铲斗铰接点的受力和连杆与铲斗铰接点的受力有增大的趋势.由图3可知,发现液压挖掘机在上述3种工况下工作时主要铰点的受力具有如下共同规律:(1)各铰点的受力情况跟随挖掘阻力的变化而变化,其峰值也几乎与阻力的峰值出现在同一时刻.(2)动臂与斗杆铰接点受力情况变化最为剧烈,且峰值最大.因此,设计时可考虑采取相应加固措施,如适当增加此处连接销的直径、增厚连接处的钢板等.(3)摇杆与斗杆铰接点的受力曲线较平缓,其峰值也仅超出主要阻力一个较小值.3 结束语将三维造型软件Pr o /E 和系统运动学/动力学分析软件ADAMS 相结合,建立了液压挖掘机的虚拟样机模型,弥补了ADAMS 在实体建模能力上的不足,使系统模型的修改更加方便和直观.利用虚拟样机技术对挖掘机的工作状况进行仿真分析,能够得到各铰接点处连续的受力变化情况,更接近实际,克服了传统计算方法的不足.参考文献:[1] 同济大学.单斗液压挖掘机[M ].第二版.北京:中国建筑工业出版社,1986.[2] 朱志辉,周志革,王金刚,等.液压挖掘机工作装置的建模及动力学仿真[J ].机械设计与制造,2006,(8):158-159.[3] 石明全,薛运锋,陈维义,等.某发动机的参数化动态仿真分析[J ].郑州大学学报:工学版,2005,26(3):79-82.[4] 王国强,张进平.虚拟样机技术及其在ADAM S 上的实践[M ].西安:西北工业大学出版社,2002.[5] 张卧波,杨俊峰.挖掘机工作及运动状态的仿真与应用研究[J ].农业工程学报,2008,24(2):149-151.[6] 秦 成,史淑玲.挖掘机摇臂机构的虚拟样机研究[J ].机械工程师,2008,(3):133-134.[7] 张大庆.液压挖掘机工作装置运动控制研究[D ].长沙:中南大学机电工程学院,2007:38-41.Ca lcul a ti on of the Force Acted on H i n ged Jo i n ts of the Hydrauli cExcava tor Ba sed on ADAM SZHOU Hong -bing 1,2,HU Xi ong -wei 1,S UN Yong -gang 1,WANG Hui -ke1(1.School of Mechanical &Electrical Engineering,Central South University,Changsha 410083,China;2.Hunan I ntellectualFacultiesM echanical Co .L td .,Changsha 410100,China )Abstract:I n order t o obtain the continuous value of the f orce acted on key hinged j oints in a working excava 2t or,this paper uses Pr o /E4.0and ADAMS 2005t o build up the virtual p r ot otype of the hydraulic backhoe ex 2cavat or S W E90U.I n the virtual envir on ment,the si m ulati on of three typ ical working (bucket digging,ar m digging and s mooth operati on )and the study of the force acted on f our key hinged j oints of this excavat or are accomp lished,then,a series of corres ponding curves of the f orce acted on the hinged j oints is got .The results show that the change of the force acted on the j oint bet w een boom and ar m is the most vi olent,but the change of the f orce acted on the j oint bet w een r ocker and ar m is the flattest .Key words:ADAMS;hydraulic excavat or;si m ulati on;hinged j oints。
多体系统运动模拟_ADAMS
ADAMS软件介绍（续）
ADAMS 软件使用交互式图形环境和零件库、约 束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型， 其求解器采用多刚体系统动力学理论中的拉格郎日 方程方法，建立系统动力学方程，对虚拟机械系统 进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速 度、加速度和反作用力曲线。 ADAMS 软件的仿真可用于预测机械系统的性能、 运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的 输入载荷等。
Mechanism /Pro
/Driver
/Hydraulics
/Animation
/Driveline
/Car
ADAMS 基本模块
/Control
/Rail
/Flex
/Exchange /Tire
/Linear
1.4 ADAMS基本概念
1 自由度 机械系统的自由度是指机械系统中各零件相对于地面所具有的独立运动的 数量。欲使机构具有确定的运动，则其原动件的数目必须等于该机构的自由 度。 ADAMS中自由度(DOF)的计算方法
ADAMS/Solver 求解器
ADAMS/Postprocessor 后处理
1. 显示ADAMS仿真结 果的可视化图形界面 。 2. 提供了一个统一化的 界面，以不同的方式回放 仿真的结果。页面设置以 及数据曲线格式都能保存 以便重复使用，既有利于 节省时间也有利于整理标 准化的报告格式。 3. 可以方便地同时显示 多次仿真的结果以便比较。
2.3.1 打开、存储几何模型
ADAMS/View 模型最常用的方式的两种格式： ADAMS/View 数据库文件(.bin) 包含整个数据库，其中存储模型、仿真结 果、输出曲线、用户化界面等等。通常文 件比较大。 除了MSC.ADAMS 11.0 外，都 是与仿真平台相关，即不同的操作系统所 存储的文件不能互相读取。可以包含多个 model。 ADAMS/View 命令文件(.cmd) 只包含一个模型对象及其特征，如质量、 惯量、质心、约束、驱动等，相对来说， 比较小，并且可以编辑的文本格式文件。 与仿真平台无关。 输出文档 ADAMS/Solver 输入文件 (.adm) 几何模型交换文档 (STEP, IGES, DXF, DWG,Wavefront, stereolithography,Parasolid, etc) 仿真结果文档 (.msg, .req, .out, .gra, .res).
基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析
基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析1. 引言1.1 背景介绍机械四连杆机构是一种常见的机械系统，由四个连杆组成，通过铰链连接在一起。
该机构具有简单结构、运动灵活等特点，广泛应用于工程领域中的机械传动系统、转动机械装置等。
随着现代工程技术的发展，人们对机械四连杆机构的运动性能和工作特性提出了更高的要求。
利用ADAMS软件进行机械四连杆机构的运动仿真分析已成为一种常用的研究方法。
通过仿真分析，可以全面地了解机构在不同工况下的运动规律和性能特点，为设计优化和故障分析提供重要依据。
1.2 研究目的本文旨在利用ADAMS软件对机械四连杆机构进行运动仿真分析，探讨其运动规律及特性。
通过建立机构的数学模型，模拟机构在不同工况下的运动状态，分析机构的运动学性能和动力学特性，为设计优化提供理论支持。
借助ADAMS软件的功能，对机构进行参数优化，使机构的性能达到最佳状态。
本文研究的目的包括：1. 分析机械四连杆机构的运动规律，揭示其运动特性；2. 探讨机构在不同工况下的运动状态和特点，评估机构的性能；3. 基于仿真结果，进行参数优化，提高机构的工作效率和稳定性；4. 对机构可能出现的故障进行分析，为机构的维护和保养提供参考。
通过对机械四连杆机构的运动仿真分析，旨在为机械工程师提供设计和优化机构的参考，促进机械系统的创新和发展。
1.3 研究方法研究方法是本文的关键部分，主要包括以下几个步骤：（1）了解ADAMS软件的基本原理和使用方法，包括建模、设置参数、运动仿真等操作。
（2）建立四连杆机构的三维模型，并根据实际情况设置各个连杆的长度、质量、摩擦系数等参数。
（3）设定机构的初始条件和约束条件，如应用驱动力、初始速度、固定关节等，以模拟机构的运动过程。
（4）进行仿真分析，观察四连杆机构在不同驱动力、摩擦系数下的运动情况，包括角速度、位移、加速度等参数的变化。
（5）分析和比较仿真结果，探讨四连杆机构运动特性的影响因素，如摩擦力、驱动力大小、连杆长度等，并对结果进行合理解释。
基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析
基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析1.引言机械四连杆机构是一种常见的机械结构，它由四个连杆组成，通过转动连接在一起，能够实现复杂的运动。
对于这种机构的运动行为进行仿真分析，可以帮助工程师们更好地理解其工作原理和性能特点，为设计优化和控制提供可靠的理论基础。
本文将介绍基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析的方法和结果，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
2.问题描述机械四连杆机构的运动仿真分析主要涉及以下几个问题：首先是机构的运动学特性，包括连杆的运动轨迹、角度、速度和加速度等；其次是机构的力学特性，包括连杆的受力情况、驱动力和阻力等；最后是机构的动力学特性，包括连杆的动力学模型、运动过程中的能量转换和损耗等。
通过分析这些问题，可以全面了解机械四连杆机构的运动规律和工作性能，为相关工程设计和控制优化提供重要参考。
3.基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析方法ADAMS（Adams Dynamics）是一款专业的多体动力学仿真软件，可以对多体机械系统的运动行为进行模拟和分析。
基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析主要包括以下几个步骤：建立模型、设定运动和约束条件、进行仿真计算、分析结果并优化设计。
3.1 建立模型首先需要在ADAMS软件中建立机械四连杆机构的三维模型，包括连杆、连接点、驱动装置等。
通过软件提供的建模工具，可以简单快速地绘制出机构的几何结构，并添加材料、质量、惯性等物理属性，为后续的仿真计算做好准备。
3.2 设定运动和约束条件在建立好模型后，需要设定机械四连杆机构的运动和约束条件。
通过ADAMS软件提供的运动学分析工具，可以简单地定义连杆的转动角度、线速度和角速度等运动参数，同时添加约束条件，限制机构的运动范围和姿态，以保证仿真计算的准确性和可靠性。
3.3 进行仿真计算设定好运动和约束条件后，即可进行仿真计算。
ADAMS软件提供了理想化模拟和实验数据验证两种仿真方式，可以根据需求选择合适的方法进行计算。
ADAMS实例仿真解析
参考文献
【1】《虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程》-----北京航空航天大学出版社。
【2】《MD ADAMS虚拟样机从入门到精通》---------机械工业出版社。
模型建立··························································3
约束添加··························································9
运动添加··························································11
模型仿真··························································14
小结······························································17
参考文献··························································17
小 结
通过利用ADAMS对旋转机的虚拟建模以及仿真分析，我们可以对选钻机的工作情况有一个较为真实的了解，对我们以后设计选钻机有很大的帮助，可以大幅度上减少我们的作业时间，极大地提高了我们的工作效率，而且很大程度上减少了设计错误。
ADAMS是一款虚拟仿真软件，一直受到各行各业的广泛青睐，对设计及分析有很大帮助，是工程上不可缺少的一款软件，而且在市场上，一直备受欢迎。ADAMS本身也在随着社会科技的发展不断更新，不断地为社会服务。
基于ADAMS的曲柄滑块机构运动仿真研究
［ 关 键 词 ］曲柄 滑 块 ；运 动 仿 真 ； ＡＤ ＡＭＳ ［ 中 图 分 类 号 ］ＴＰ ３ ９ １ ［ 文 献标 识码 ］ ：Ａ
曲柄滑 块 机构 是 曲 柄摇 杆 机 构 的 演 化形 式 ， 由
曲柄 的 回转 运 动可 以实 现滑块 的往 复运 动 。 由于 曲
第２ ９卷 第 ４ 期
何毅斌 ， 等 基 于 ＡＤ ＡＭＳ的 曲柄 滑 块 机 构 运 动 仿 真研 究
３ ０
４ １
２５０ １５ Ｏ ５０
一
２ 曲柄 滑 块 机 构 的运 动 学 仿 真
利用 ＡＤＡＭＳ建 立 图 １所示 的 曲柄 滑 块 机 构
—
２ ０ １ ０
竺 ∞１
２
￡２ＣＯＳ
１ 曲柄 滑 块 机 构 运 动 方 程建 立
如图 １ 所 示 是 一对 心 曲柄 滑 块 机 构 ， 以 Ａ＿ Ｂ 为 主动件 ， 即作 回转 运动 ， 带 动 滑块 往 复直 线运 动 。ｚ 。
是 ＡＢ 杆 的 长 度 ， ｚ 。 为 Ｂ Ｃ 杆 的长 度 ， Ａ＿ Ｂ 杆 以 匀 速
ｚ ＝ ａ ｒ ｃ ｓ ｉ ｎ （ 一 ｌ ｌ ｓ ｉ ｎ ｚ ）
将式（ ３ ） 对时间 ｔ 求 导得
Ｃ Ｏ ２ 一 ：———— ——一 （ Ｕ
— —
（ ３ ）
（ ４ ） ／
体构 件 ， 所 以研究 曲柄 滑块 机 构 对 内燃 机 的设 计 有
重要 意 义 。
［ 文 章 编 号 ］１ Ｏ ０ ３ ～４ ６ ８ ４ （ ２ ０ １ ４ ｌ ０ ４ — ０ ０ ４ ０ — ０ ３
基 于 ＡＤＡＭＳ的 曲柄 滑 块 机 构运 动仿 真研 究
多体动力学仿真软件 ADAMS 理论及应用研讨
∑a y
i i= 1
n - i+ 1
]
( 6)
将式 ( 2) 在 t= tn+ 1 时刻展开, 得:
© 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
第5期
张越今等: 多体动力学仿真软件 ADAM S 理论及应用研讨
{q i } c , c 表示校正值。 ( 4) 确立相关坐标。 确定独立坐标的校5) 积分误差控制。 与上面预估2校正算法积分误差控制过程相同。
© 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
第16卷 第5期 1997年 9月
机械科学与技术 M ECHAN ICAL SC IEN CE AND T ECHNOLO GY
Vol . 16 N o. 5 Sep 1997
Ξ
理论研究
多体动力学仿真软件 ADAM S 理论 及应用研讨3
张越今
张越今 宋 健
( 清华大学 北京 100084)
摘 要 系统地阐述了机械系统自动动力仿真软件 ADAM S 的理论基础和求解 方法。 并结合建模工作, 探讨了其应用方法和规律。 关键词 多体动力学 机械系统仿真 ADAM S 软件 中图号 T P391. 9
( 3)
在进行动力学分析时, ADAM S 采用下列两种算法: ( 1) 提供三种功能强大的变阶、 变步长积分求解程序: GST IFF 积分器, D ST IFF 积分器 和 BD F 积分器来求解稀疏耦合的非线性微分代数方程, 这种方法适于模拟刚性系统 ( 特征值 变化范围大的系统) 。 ( 2) 提供 ABAM (A dam s2 B a shfo rth and A dam s2 M ou lton ) 积分求解程序, 采用坐标分离 算法, 来求解独立坐标的微分方程。 这种方法适于模拟特征值经历突变的系统或高频系统。 1. 3. 1 微分2代数方程的求解算法 用 Gea r 预估2校正算法可以有效地求解式 ( 2) 所示的微分2代数方程。 首先, 根据当前时刻 的系统状态矢量值, 用 T ay lo r 级数预估下一个时刻系统的状态矢量值。 2 2 2 y n + 1 = y n + ( 5y n 5t) h + ( 1 2! ) ( 5 y n 5t ) h + …
基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析
基于ADAMS的机械四连杆机构运动仿真分析ADAMS（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems）是一种常用的机械系统模型动力学仿真软件，通过ADAMS可以对机械系统的运动进行仿真分析。
机械四连杆机构是一种常用的运动转换机构，在机械工程领域中应用广泛。
本文将基于ADAMS对机械四连杆机构进行运动仿真分析，以探究其运动特性。
需要建立机械四连杆机构的模型。
在ADAMS软件中，可以通过建模工具箱进行模型建立。
选择合适的零件进行建模，并定义零件之间的连接关系和运动约束。
根据机械四连杆机构的特点，需要定义四个铰链关节来连接相邻的零件，同时需要设置运动约束以模拟四连杆的运动。
接下来，需要给机械四连杆机构添加驱动器。
驱动器可以模拟对机构施加的力或运动，用以驱动整个系统的运动。
在ADAMS中，可以选择合适的驱动器类型，并设置合适的输入参数。
在机械四连杆机构中，可以选择驱动轮或驱动杆等进行驱动。
然后，进行仿真参数设置。
在ADAMS中，可以设置仿真的时间范围、步长和求解器等参数。
根据需要，可以设置合适的仿真参数，以保证仿真的精度和效率。
完成仿真参数设置后，就可以进行运动仿真分析了。
点击仿真按钮，ADAMS将自动进行仿真计算，并以图形和数值的形式显示仿真结果。
可以通过仿真结果来分析机械四连杆机构的运动特性，包括角位移、角速度和角加速度等。
在分析机械四连杆机构的运动特性时，可以通过改变机构参数或驱动器参数来进行参数分析。
通过调整参数，可以得到不同情况下的运动特性，并进行比较分析，以评估机构的性能和优化设计。
通过ADAMS进行机械四连杆机构的运动仿真分析可以帮助工程师深入了解机构的运动特性，优化设计，提高机构的性能和效率。
ADAMS提供了丰富的建模工具箱和仿真参数设置，使得仿真分析更加方便和准确。
通过仿真分析，可以为机械四连杆机构的设计和优化提供有效的参考和指导。
ADAMS_机械系统仿真教学实践
28AUTO TIMEAUTOMOBILE EDUCATION | 汽车教育ADAMS 机械系统仿真教学实践——以四连杆机构设计为例姜波 孙德志 张颖 胡晶长春光华学院机械工程学院 吉林省长春市 130033摘 要： A DAMS 机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。
四足机器人Adams与Matlab联合仿真设置
Matlab与adams联合仿真设置1 模型设置 (2)2 运动副设置 (3)3 驱动与力设置 (4)4 检验设置是否正确 (7)5 Adams中与Matlab联合仿真的设置 (8)6 Matlab中与Adams联合仿真的设置 (12)7 联合仿真结果显示 (14)1 模型设置在soildworks建好四足整体模型，开始时做一个简化版的模型就可以了，另存为.x_t格式。
打开adams,点击文件->导入,在文件类型中选择“Parasoild”,双击“读取文件”空白处，打开选取文件界面，找到保存的四足模型，选择。
在模型名称的空白栏处右击，选择模型->创建，命名为“ghost”。
点击确定（图1.1）。
读取的文件目录中不要出现中文，否则会出现错误。
（图1.1）（图1.2）导入后的模型显示如图1.2。
点击界面右下角的球形图标，将模型转化为实体。
（图1.3。
倒数第四个）点击界面左上的设置->单位，将长度量纲改为毫米。
点击设置->重力，将重力设置为Y轴方向-9806.65。
点击界面左侧框图浏览->物体的左侧加号，出现模型各个部件的名称（图1.4）。
由于将模型从soildworks导入adams中时会损失质量信息，接下来将设置每个部件的质量。
双击某一部件，弹出设置界面（图1.5），在“定义质量方式”中选择“几何形状和密度”，随后设置密度。
由于实际中四足的腿的质量很小，大部分质量都集中在身体的铝架上，所以将腿部结构的的密度设为(200.0(kg/meter**3))，将身体部分的密度设为(1200.0(kg/meter**3))（图1.5）（图1.4）逐个双击部件设置密度信息。
完成后可在某个部件上右击，选择信息，查看该部件的信息（图1.6）。
（图1.6）统计质量信息如下：小腿长：0.0435kg*4 、小腿短：0.0252kg*4、大腿0.0132kg*8身体：5.79kg.总质量：6.18kg。
Adams动力学仿真分析的详细步骤
1、将三维模型导出成parasolid格式,在adams中导入parasolid格式的模型，并进行保存。
2、检查并修改系统的设置，主要检查单位制和重力加速度。
3、修改零件名称（能极大地方便后续操作）、材料和颜色.首先在模型界面，使用线框图来修改零件名称和材料。
然后，使用view part only来修改零件的颜色。
4、添加运动副和驱动.注意：1）添加运动副时，要留意构件的选择顺序,是第一个构件相对于第二个构件运动。
2）对于要添加驱动的运动副,当使用垂直于网格来确定运动副的方向时,一定要注意视图定向是否对，使用右手法则进行判断。
若视图定向错了，运动方向就错了，驱动函数要取负。
3）添加运动副时，应尽量使用零件的质心点，此时也应检查零件的质心点是否在其中心。
4）因为在仿真中经常要修改驱动函数，所以应为驱动取一个有意义的名称，一般旋转驱动取为:零件名称_MR1，平移驱动取为：零件名称_MT1。
5）运动副数目很多，且后面用的比较少，所以运动副的名称可以不做修改。
对于要添加驱动的运动副，在添加运动副后,应马上添加驱动,以免搞错.6）添加完运动副和驱动后，应对其进行检查。
使用数据库导航器检查运动副和驱动的名称、类型和数量，使用verify model检查自由度的数目，此时要逐个零件进行自由度的检查和计算。
7）进行初步仿真,再次对之前的工作进行验证。
因为添加了材料，有重力，但没有定义接触,此时模型会在重力的作用下下掉。
若没问题,则进行保存。
5、添加载荷.6、修改驱动函数.一般使用速度进行定义，旋转驱动记得加d。
7、仿真。
先进行静平衡计算,再进行动力学计算。
8、后处理。
具体步骤如下:1）新建图纸，选择data，添加曲线,修改legend。
一般需要线位移，线速度,垂直轮压和水平侧向力的曲线。
2）分析验证，判断仿真结果的正确性（变化规律是否对，关键数值是否对）。
3）截图保存，得出仿真分析结论.。
工程案例—机器人Adams虚拟实验详细步骤
增强积分器的鲁棒性，提高复杂系统的解算速度；采用适用于柔性单元（梁，衬 套，力场，弹簧-阻尼器）的新算法，可提高 S12 型积分器的求解精度和鲁棒性；
样条数据文件，样条数据文件子程序还支持用户定义的数据格式； 具有丰富的约 束摩擦特性功能，在 Translational， Revolute， Hooks， Cylindrical， Spherical， Universal 等约束中可定义各种摩擦特性。 1.4 后处理模块（ADAMS/PostProcessor） MDI 公司开发的后处理模块 ADAMS/Postprocessor，用来处理仿真结果数 据，显示仿真动画等。既可以在 ADAMS/View 环境中运行，也可脱离该环境独 立运行。后处理的操作界面如图 1.2 所示。 ADAMS/PostProcessor 的主要特点是:采用快速高质量的动画显示， 便于从可 视化角度深入理解设计方案的有效性；使用树状搜索结构，层次清晰，并可快速 检索对象；具有丰富的数据作图，数据处理及文件输出功能；具有灵活多变的窗
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KU
用它可以建立复杂机械系统的运动学和动力学模型，其模型可以是刚体的， 也可
ST
Kust 内部资料
吴老师
输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。ADAMS 软件的仿真可用于预测机械 系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等。 ADAMS 一方面是虚拟样机分析的应用软件， 用户可以运用该软件非常方便 地对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析。另一方面，又是虚拟样机 分析开发工具，其开放性的程序结构和多种接口， 可以成为特殊行业用户进行特 殊类型虚拟样机分析的二次开发工具平台。ADAMS 软件有两种操作系统的版 本：UNIX 版和 Windows NT/2000 版。 1.2 用户界面模块（ADAMS/View） ADAMS/View 是 ADAMS 系列产品的核心模块之一，采用以用户为中心的 交互式图形环境，将图标操作，菜单操作，鼠标点击操作与交互式图形建模，仿 真计算，动画显示，优化设计，X-Y 曲线图处理，结果分析和数据打印等功能集 成在一起。 ADAMS/View 采用简单的分层方式完成建模工作。采用 Parasolid 内核进行
基于ADAMS的火箭分离机构动力学分析及仿真
DOI:10.3969/j.issn.2095-509X.2020.07.002基于ADAMS 的火箭分离机构动力学分析及仿真陈 力,张 明,颜驿濛,朱冠宁(南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点科学实验室,江苏南京 210016)摘要:以多体系统动力学为理论基础,在动力学分析软件ADAMS 中建立了火箭整流罩分离模型,对该分离机构模型进行动力学仿真计算与分析,得到了分离机构的动力学仿真计算结果。
对整流罩和箭体分离过程中的速度和角速度进行分析,比较各个载荷随时间的变化情况,结果表明分离火箭推力对分离机构在分离过程中速度和姿态的变化影响最大。
关键词:火箭;整流罩;分离机构;动力学仿真;ADAMS中图分类号:V226 文献标识码:A 文章编号:2095-509X (2020)07-0007-05 火箭分离系统是火箭顺利执行分离任务的重要保证,它将直接影响分离体分开后的轨迹[1]。
在分离过程中,分离体的姿态角和姿态角速度的改变要尽量小,两个分离体之间不能发生碰撞。
如果达不到这些要求,就会导致姿态不可控制、结构损坏等,最终致使任务失败。
因此,分离的时机和对分离机构的控制就显得尤为重要。
分离系统集成了机械结构、电气控制和液压传动等多个分系统,各个分系统的研制、全系统的整合调试都会对分离任务的实现产生决定性的影响。
火箭在飞行过程中的分离主要包括整流罩分离、星箭分离、级间分离和助推器分离等[2]。
分离机构是火箭分离系统中非常重要的部分,分离机构的功能是将火箭飞行过程中已完成预定工作的部分抛掉,这些部分如果不抛弃,就会影响火箭的继续飞行,降低火箭的有效载荷,影响火箭的质量特性。
因此,研究火箭分离机构在分离过程中的动力学特性就显得非常重要。
1 火箭分离机构动力学模型1.1 分离机构动力学分析以火箭分离机构为研究对象,利用拉格朗日乘子法[3]建立基于ADAMS 的系统运动微分方程:d d t (∂T ∂̇q)T -(∂T ∂q )T +φT q ρ+θṪqμ=Q (1)式中:t 为时间;T 为系统动能;q 为系统广义坐标列阵,q =[x ,y ,z ,ψ,θ,ϕ]T ,其中x ,y ,z 为本体坐标系相对于惯性参考系的位置坐标,ψ,θ,ϕ为本体坐标系相对于惯性参考系的姿态角度;̇q为广义速度列阵;φT q 为完整约束方程;ρ为对应于完整约束的拉氏乘子列阵;θT ̇q 为非完整约束方程;μ为对应于非完整约束的拉氏乘子列阵;Q 为广义力列阵。
多星分离的ADAMS仿真_张兵
2004年第2期总第269期导弹与航天运载技术MISSILES AND SPACE VEHICLE SNo.22004Su m No.269文章编号:1004-7182(2004)02-0001-06多星分离的ADAMS仿真①张 兵 岑 拯(北京宇航系统工程设计部,北京,100076)摘要:以长征火箭发射伽利略星为应用背景,运用ADAMS软件对三星分离的近场情况进行了仿真分析。
详细介绍了分离分析中建立星箭模型的ADAMS描述、仿真过程控制以及各偏差因素对分离过程影响的分析方法。
同时,运用ADAMS仿真可以方便地对多星分离的故障模式进行分析,对数值仿真难以实现的碰撞问题进行直观的检测。
关键词:伽利略星;多星分离;ADAMS仿真中图分类号:A11 文献标识码:AThe ADAMS Simulation of Multi-satellite Separation SystemZhang Bing Cen Zheng(Beijin g Institute of Astronautical Systems Engineering,Beijing,100076)Abstract:In this paper,ADAMS simulation is applied to the separating motion of the several-satellite system in the background of Galileo satellite launched by Long March launch vehicle,in which,the detailed separating model of both satellites and launch vehicle and the procedure c ontr ol of simulation ar e described, and the method of affect analysis about all kinds of elements is introduced.At the same time,malfunction mode analysis and collision detection that is difficult to perform by digital simulation can be accomplished by ADAMS simulation c onveniently.Key Words:Galileo satellite;Multi-satellite separation;ADAMS simulation1 引 言小卫星的开发与应用直接推动了一箭多星发射技术的发展,而多星分离技术则是多星发射的关键技术。
第三周 Adams操作
(有限元/模态缩减技术） (多体动力学的传递矩阵法）
理想约束与非理想约束 摩擦 接触 间隙 柔性绳索 非线性弹簧
s
m
u
0
v kv
摩擦系数与接触参数
0 赫兹碰撞模型 Fn k q c step( ,0,0, ,1) max max
d d0 d d0
1、建模(3)
创建体4
复制体2（在edit菜单下，copy命令），使复制体绕坐标点 rotate_center 的Z轴旋转-120度 重命名body4
1、建模(3)
创建体5
创建体5上的关键点
输入坐标(-25,125,0)和(0,175,0) 选择点POINT10_2(即点(0,175,0)),绕坐标点 rotate_center 的Z轴旋转-60度
菜 单
后处理程序窗口
工具条
对象 结构 关系
页
参数 特性 编辑
控制区
状态栏
练习1—飞器建模分析
1、建模(1)
创建体1
选择，并单击点(0,0,0)和 点(0,100,0),则圆柱体A创 建
选择，单击圆柱体A，并单击点 (0,100,0)和点(0,125,0),则体1创建， 重命名body1
1、建模(1)
1、建模(2)
创建体3
创建体3上的关键点
输入坐标(25,125,0) 和(0,175,0) 选择点POINT5_2( 即点(0,175,0)),绕坐 标点rotate_center 的Z轴旋转60度
1、建模(2)
创建体3：选择，并单
基于MATLAB与ADAMS的机械臂联合仿真研究
图 4 机械臂的运动控制
Matlab 之间的数据传递。为了实现机械系统与控制系统之间的参
设计的机械臂有四个关节，每个关节都由一个永磁同步电机 数传递，需在 Adams 中建立联合仿真系统所需要的 12 个变量，
中图分类号：TH16，TP242 文献标识码：A
1 引言
机械臂是一个复杂的机电系统，如果按照传统的设计模式， 通过加工样机后对其进行反复测试改进，不仅很难有效地提高机
用永磁交流伺服电机加精密行星轮减速机的传动系统，而肩、肘两 个关节则采用永磁交流伺服电机加谐波减速器的传动方式，末端 的腕关节则直接由伺服电机驱动。机械臂三维模型，如图 1 所示。
臂系统化简为单输入单输出的伺服控制系统。对于交流伺服系
统，不考虑电感时的拖动系统是一个稳定的二阶系统。为了加快
系统的响应，可以考虑加入比例环节，同时为了增大系统的阻尼，
抑制系统超调，需要引入微分环节，从而构成了 PD 位置控制，其
结构，如图 6 所示。
θref Kpi
Ti 驱动器
θ觶
Kvi
传感器
θ
图 6 机械臂关节位置控制结构
子系统。
3 虚拟样机控制系统
3.1 控制系统结构
机械臂是一个多输入多输出、强耦合的复杂机电系统，要对
其实现精确的控制比较困难。为此，先不考虑机械臂的动态控制，
只对其进行运动控制，使其能够准确的跟踪给定的轨迹曲线。其
基本的控制结构，如图 4 所示。
预定轨迹
控制器
实际轨迹 机械臂
了减少外部干扰对系统的影响，在保证控制系统稳定的前提下，尽 量采用较大的增益值。
MSC Adams多体动力学仿真基础与实例解析
图 23 状态提示信息
（1）创建设计点。以设计点为基准定义空间位置来创建构件，是 Adams/View 中的常用 方法。可以通过对设计点的参数化处理，实现模型的参数化建模，在试验设计、研究和优化分 析中非常有用。
单击 Construction 中的 按钮，在模型树上方出现设计点的属性栏，如图 24 所示。
图 212 MSC Nastran Translate 设置
2.1.5 添加特征 创建了几何实体后，用户可以对其进行修饰处理，包括倒直角（Chamfer）、倒圆角（Fillet）、 钻孔（Hole）、凸圆（Boss）、抽壳（Hollow）等特征，如图 213 和表 21 所示。
图标
图 213 创建特征工具栏
构件建模
第2章
2.1.2 创建构造元素
构造元素包括设计点、标记点、圆、圆弧、直线、质量点、多段线和样条曲线。单击主工 具栏 Bodies>Construction，构造元素工具栏如图 22 所示。
图 22 构造元素工具栏
这些构造元素建模工具的使用方法大同小异，单击不同的按钮，工具界面状态栏会有相应 的提示信息，如图 23 所示，可根据状态栏的提示信息进行操作，下面介绍部分要素的使用方法。
2．创建拉伸体（Extrusion） 对于一些复杂的不规则的几何形体，可以使用此工具来创建。单击 Solids 工具栏中的 按钮，在模型树上方出现长方体属性栏，如图 29 所示。
23
MSC Adams 多体动力学仿真基础与实例解析
图 29 创建拉伸体对话框
在下拉列表框中有 New Part、Add to Part、On Ground 选项，分别表示所创建的拉伸体是 新创建、添加到已有的构件上或者属于地面。在 Profile 栏右侧可选择 Points、Curve 选项，分 别表示拉伸体截面可由点或曲线生成。
基于ADAMS与MATLAB的加工中心进给驱动系统联合仿真
基于ADAMS与MATLAB的加工中心进给驱动系统联合仿
真
孙军;张祥
【期刊名称】《制造技术与机床》
【年(卷),期】2017(000)009
【摘要】以TX1600G镗铣加工中心进给驱动系统为例,建立基于ADAMS与MATLAB的机电联合仿真平台.通过ADAMS完成机械传动系统建模,通过MATLAB/Simulink完成控制系统建模,利用两种软件之间的接口技术实现机电联合仿真的目的.同时针对进给驱动系统提出两种不同的速度控制策略,理论分析其优劣,并利用已建立的机电联合仿真平台得出仿真结果.验证了S型加减速控制比直线型加减速控制在进给系统的控制方式中更加优越.反过来也说明所搭建的机电联合仿真平台是合理的,其仿真结果是可信的.
【总页数】4页(P66-69)
【作者】孙军;张祥
【作者单位】沈阳建筑大学,辽宁沈阳110168;沈阳建筑大学,辽宁沈阳110168【正文语种】中文
【中图分类】TH132
【相关文献】
1.加工中心刀具自动进给驱动系统的仿真设计 [J], 李忠波;霍其峰
2.基于ADAMS和MATLAB的数控机床进给驱动系统的机电联合仿真 [J], 赵大
兴;杨勇;许万;丁国龙;彭玲
3.基于ADAMS与MATLAB的数控机床伺服进给驱动系统联合仿真 [J], 叶献彬;张东升;冯斌
4.数控机床进给驱动系统联合仿真——基于刚柔耦合 [J], 刘兵;许万;杨勇
5.基于Adams和Matlab的轮毂电机建模与联合仿真 [J], 张瑞军
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基于Adams的Delta并联分拣机械手运动仿真
基于Adams的Delta并联分拣机械手运动仿真Adams是一种高级的多体模拟软件，可以模拟任何机械系统的运动。
Delta并联分拣机械手是一种高精度、高效率的机械手，广泛应用于各行各业。
本文将基于Adams的Delta并联分拣机械手运动仿真，详细介绍Delta并联分拣机械手的工作原理和仿真结果。
首先，Delta并联分拣机械手有三个运动平台，每个平台由三个驱动杆组成。
这三个驱动杆通过一个联轴器连接到一个导轨上，导轨上挂有一个操作台。
当其中一个运动平台被电动机驱动时，它会同时在三个驱动杆上移动，通过联轴器连接的导轨也会移动，导致整个操作台的位移和末端执行器上工具的移动。
具体而言，Delta并联分拣机械手的工作流程如下：1. 从料仓中提取部件2. 对部件进行识别和分类3. 根据部件的分类将其放置到适当的储存区在Adams中，通过建立三个运动平台的运动学模型和动力学模型，将Delta并联分拣机械手的运动过程模拟出来。
在模拟过程中，模型的输入是每个电机的转速和转矩，模型的输出是机械手的运动轨迹。
通过对模型进行仿真分析，可以得出Delta并联分拣机械手的运行状态和性能指标。
例如，可以分析机械手的工作效率、定位精度、负载能力等指标。
总之，基于Adams的Delta并联分拣机械手运动仿真可以有效地验证机械手的设计，提高其性能，并为其优化提供方向。
Delta并联分拣机械手是一种高精度、高效率的机械手，其性能指标包括工作效率、定位精度、负载能力等方面。
以下是对Delta并联分拣机械手的相关数据进行分析。
一、工作效率Delta并联分拣机械手工作效率的重要指标是产能，即每小时能够完成的部件数量。
以某型号Delta并联分拣机械手为例，其最大产能可达到400件/小时，对比传统机械手的生产效率可以提高2倍以上。
而产能的高效率在于Delta并联机械手在拣选过程中由三个并行的运动平台同时协同工作，大大减少了部件的拣选时间和不必要的运动。
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2004年第2期总第269期导弹与航天运载技术MISSILES AND SPACE VEHICLE SNo.22004Su m No.269文章编号:1004-7182(2004)02-0001-06多星分离的ADAMS仿真①张 兵 岑 拯(北京宇航系统工程设计部,北京,100076)摘要:以长征火箭发射伽利略星为应用背景,运用ADAMS软件对三星分离的近场情况进行了仿真分析。
详细介绍了分离分析中建立星箭模型的ADAMS描述、仿真过程控制以及各偏差因素对分离过程影响的分析方法。
同时,运用ADAMS仿真可以方便地对多星分离的故障模式进行分析,对数值仿真难以实现的碰撞问题进行直观的检测。
关键词:伽利略星;多星分离;ADAMS仿真中图分类号:A11 文献标识码:AThe ADAMS Simulation of Multi-satellite Separation SystemZhang Bing Cen Zheng(Beijin g Institute of Astronautical Systems Engineering,Beijing,100076)Abstract:In this paper,ADAMS simulation is applied to the separating motion of the several-satellite system in the background of Galileo satellite launched by Long March launch vehicle,in which,the detailed separating model of both satellites and launch vehicle and the procedure c ontr ol of simulation ar e described, and the method of affect analysis about all kinds of elements is introduced.At the same time,malfunction mode analysis and collision detection that is difficult to perform by digital simulation can be accomplished by ADAMS simulation c onveniently.Key Words:Galileo satellite;Multi-satellite separation;ADAMS simulation1 引 言小卫星的开发与应用直接推动了一箭多星发射技术的发展,而多星分离技术则是多星发射的关键技术。
星箭分离一直是火箭发射程序中重要的环节,分离的成功与失败直接关系到整个发射任务的成败,多星分离与单星分离技术方案和分离程序上有很大差别,因此多星分离问题更是对分离技术提出了严格的要求,其相关技术的研究更是显得紧迫。
伽利略项目是欧洲空间局在目前美国的GPS、俄罗斯的GLONASS系统运行后,准备发展的第3个全球导航定位星座系统,GNSS-2共含有30颗伽利略卫星,均匀部署在3个轨道平面上,卫星质量650 kg,轨道高度23616km,倾角56°,圆轨道。
伽利略星不带变轨发动机,需要运载火箭直接将卫星送入最终轨道。
根据该卫星质量及轨道要求,C Z-3B火箭增加一个上面级后可以对伽利略星进行一箭三星的发射。
本文的多星分离近场分析正是基于这一应用背景进行的。
①收稿日期:2003-07-16作者简介:张兵(1974-),男,硕士研究生,主要从事导弹、运载火箭总体设计研究工作根据现研制的C Z -3B 上面级的性能参数和结构布局、整流罩的包络空间以及伽利略星的实际情况等诸多因素,发射欧洲的伽利略导航系统的小平台卫星,比较适宜采用3颗星并列放置的方案,布局结构如图1所示。
每颗卫星与承力筒用爆炸螺栓4点连接,4个爆炸螺栓同时起爆解除连接后,每颗卫星通过4根弹簧以相同的分离速度1m /s 同时弹射分离。
图1 三星发射结构理论布局图2 分离系统的建模在星箭分离模型中,所有的实体均按刚体处理,包括3颗卫星、12套分离弹簧装置和分配器,总体简化模型如图2。
图2 分离系统简化模型2.1 分离弹簧装置图3所示为实际的弹簧分离装置。
图4为其ADAMS 简化模型,弹簧顶杆(部件1与分配器通过棱柱副约束;为满足自由度要求,在弹簧顶杆顶部增加一小球部件2),小球与顶杆通过球副连接;小球与卫星表面施加一平面副,约束小球在卫星表面运动。
这样就可以模拟实际的分离情况,保证卫星和分配器之间相对运动自由度为6个,不存在自由度约束。
图3 分离弹簧装置图4中作用力表示作用在顶杆和分配器上的弹簧力,在模型中,我们定义作用力与反作用力随顶杆2导弹与航天运载技术 2004年图4 分离弹簧装置ADAMS 简化模型与分配器之间距离变化的函数来模拟弹簧力。
为满足分离速度要求,取弹簧刚度8N /mm ,弹簧原长300mm ,则弹簧1的作用力表示为:Force1=DI M (300,DM (.M .SD .MARK _1,.M .S1.MARK _1)×8DM (.M .SD .MARK _1,.M .S1.MARK _1)实时测量弹簧两端点的距离DM ,当DM <300时,DI M (300,DM )=300-DM ;当DM ≥300时,DIM (300,DM )=0,这样就可以通过DI M 函数来施加弹簧力了。
2.2 爆炸螺栓冲击力爆炸螺栓解锁后,对卫星和分配器有瞬时的冲击力,在此简化为一脉冲函数,如图5,在ADAMS 中可以用两个STE P 函数复合而成:Forcebz =STEP (0,0,0.01,40)+STEP (0.05,0,0.06,-40)图5 爆炸螺栓冲击力2.3 初始姿态角和角速度在卫星与分配器的分离时刻,由于姿控系统的误差,分配器上还残留有一定的姿态角和角速度,根据现有上面级姿态控制精度设计要求,取3个方向姿态角偏差为±0.5°,绕箭体轴角速度偏差为±0.2(°)/s 。
为了对分离系统施加初始姿态角和角速度,首先需要将3颗卫星通过固定副与分配器固定在一起,然后在分离时刻的惯性参考系原点定义一标记(Marker _SD )并加到分配器上。
在分配器的特性修改对话框中选择Velocity ICs 项,可以显示初始角速度设置对话框,按图6进行初始角速度设置。
选择一般点运动工具,将运动施加到定义的标记上,就可以利用弹出的菜单修改运动对话框,按图7进行初始姿态角设置。
图6 初始角速度设置图7 初始姿态角设置2.4 传感器的使用应用传感器1来感知仿真时间,在指定时间让固定副失效,使卫星与分配器解锁分离。
应用传感3第2期 张 兵等 多星分离的ADAMS 仿真器2来感知弹簧顶杆与卫星表面脱离时刻,使弹簧装置的约束副全部失效,防止分离结束后卫星和分配器之间的相互作用。
经过以上的建模过程,编写了仿真分析的描述控制程序,对创建的模型进行仿真分析。
3 验证模型的正确性因为没有试验数据可供参考,为了验证模型的正确性,在此分别对同一种分离情况进行了Matlab 数值仿真和ADAMS 仿真,然后加以比较验证。
验证模型为一颗卫星分离的情况,就是将图2中卫星2,3去掉,其余所有参数均与三星分离相同。
因为单星分离为非对称分离,分配器和卫星均有较大的姿态角变化,能够更全面的检验模型。
图8,9给出了卫星1分离时的速度和角速度的变化曲线。
通过比较可以看出,两种方法的仿真曲线的变化趋势以及最终结果都相差很小,由此验证了在ADMAS 上建立的模型是合理、有效的。
两种仿真方法的相对偏差大部分来源于Matlab 数值仿真的模型近似而产生的,比如没有考虑分离过程中顶杆头部在卫星表面的微小滑动,近似认为弹簧力的方向即为卫星的受力方向等。
所以,ADAMS 仿真模型更能够模拟实际的分离过程,提高仿真精度。
图8 卫星1Matlab数值仿真结果图9 卫星1ADAMS 仿真结果4 分离过程的仿真分析分离过程的仿真分析关心的是各运动刚体在各分离参数偏差范围内的极限情况,如姿态角的最大值、相对分离速度的最大或最小值等。
ADAMS 提供了设计研究、试验设计和优化分析等3种参数化分析方法。
设计研究可以对某个设计参数在一定范围内取若干值,然后自动地进行一系列仿真分析,得到模型的有关性能的变化对设计参数变化的敏感程4导弹与航天运载技术 2004年度。
实验设计可以考虑多个设计参数同时发生变化及对模型性能的影响,从而确定是哪一个设计参数,以及所有设计参数之间在怎样的组合情况下,对所关心的性能指标有最大的影响。
优化分析是ADAMS 提供的一种复杂的高级分析工具,在优化分析过程中,可以设定设计参数的变化范围,施加一定的限制以保证最优化设计处于合理的取值范围。
其实优化分析的问题可以归结为:在满足各种设计条件和在指定的变量变化的范围内,通过自动的选择设计参数,由分析程序求取目标函数的最大值或最小值。
综合利用以上3种功能,可对多星分离过程中的卫星或运载器的分离结果进行全面分析。
现假设考虑在分离结束后卫星1俯仰角速度的最大值,首先要对所有影响因素分别参数化,如对每根弹簧参数化:名义值为8N /mm ,用百分数表示相对变化范围为-0.6%～0.6%,其它各影响因素的参数化依此类推。
以卫星1俯仰角速度最大为优化目标为例,通过上面介绍的3种分析方法,可以得到使俯仰角速度最大的一组参数组合。
图10为对卫星1质量、质心位置、转动惯量、4根分离弹簧刚度进行优化分析的结果。
图11的仿真曲线为分离系统所有的弹簧刚度、质量、转动惯量、质心位置、初始速度等各影响参数为最优化组合时的仿真结果,分离结束后俯仰角速度的最大值为1.68(°)/s 。
在此,我们只给出了俯仰角速度的优化结果。
当然,通过这种方法,可以对其它关心的分离结果各项指标进行分析,判断能否满足分离要求。
图10 俯仰角速度的变化曲线 图11 俯仰角速度最终优化结果5 故障模式分析多星分离系统应在1颗或多颗卫星分离失败的情况下,保证其他卫星的正常分离。
运用传统的数值仿真方法进行故障模式分析时,针对每一种故障模式都需要建立新的数学模型,十分繁琐复杂,而ADAMS 仿真就能很方便地解决这一问题。
如,当卫星3分离失败的情况,只需要用固定副将卫星3与分配器锁定。
同理,当卫星2,3均分离失败时,就将两颗卫星均与分配器锁定,这样就可以进行故障模式分析了。
图12为卫星2,3分离失败的情况(故障模式1),图13为卫星3分离失败的情况(故障模式2)。