机械系统动力学分析及ADAMS应用
图5-31 单点驱动修改对话框 图5-32 一般点驱动对话框
5.3.4 约束建模时需要注意的几点
在约束建模的时候，注意以下几点会对模型建立及设置有不少帮助：
（1）建模时，尽量使用一个运动副来完成两部件之间的连接，如果有多个约束添加到两个部件上，每个约束的自由度有可能会重复，这样会导致意外结果。模型中多余的约束不影响仿真运行，但建议还是去除掉多余约束。此外还有约束的方向问题。因此在建模时，可以在添加一个约束之后进行仿真一次，以检查是否有约束错误。
（2）在没有作用力的状态下，通过运动学分析来检验样机。如果可能的话，建议在进行样机的动力学分析之前，先进行运动学分析，通过进行运动学分析，可以确定样机在施加作用力之前，各种约束是否正确。有时，为了进行运动学分析，需要添加一些临时约束。
（3）通过ADAMS/View提供的模型检查功能（在Tools菜单，选择Model Verify命令）对模型的自由度进行检查。
（4）设置驱动时，选择部件的时候一定要注意部件选择的顺序。
（5）如果要将两个部件固定在一起，可以定义一个不随时间变化的零值速度。
（6）如果在初始状态，所定义的速度产生非零的加速度，这对动力学仿真没有影响，但是，如果此时对有关加速度和速度设置了传感器，则在开始的2~3步的内部迭代运算过程中，传感器就会检测到错误的结果，而产生误动作。
（7）如果样机系统的自由度为零，而且含有用速度或加速度表达式定义的速度，则该系统不能进行运动学分析，只能进行动力学分析。
5.4施加外力
5.4.1 基本概念
在ADAMS/View中有四种类型的力，它们不会增加或者减少系统的自由度。这四类力分别如下：
作用力：是定义在部件上的外载荷。定义作用力时，必须用常值、ADAMS/View的函数表达式或者连接到ADAMS/View中用户写的参数化子程序来说明作用力；
柔性连接力：可以抵消驱动的作用。柔性连接力比应用力使用起来更简单，因为定义该类力时只需指定常量系数。弹簧阻尼器、梁、衬套、场力等可以产生这类力；
特殊力：这类力有我们常见的重力和轮胎力等；
接触力：当模型系统运动的时候，部件在接触的时候，他们之间的相互作用力。
不论哪种类型的力，在定义力时，需要说明是力还是力矩、力作用的构件和作用点、力的大小和方向。
1. 定义力
力的三要素是作用点、大小、方向。在ADAMS/View中可以很方便的选择力的作用点，而力的大小和方向的定义相对来说要复杂些。
第5章 ADAMS/View
(1) 定义力的大小
定义力的大小有三种方式： a、 直接输入数值：对应用力来说，直接输入力或者力矩的大小；对柔性连接力来说，可 直接输入刚度系数K、阻尼系数C、扭转刚度系数KT、扭转阻尼系数CT等。
b、输入ADAMS/View提供的函数表达式：如位移、速度和加速度函数，用以建立力和各种运动之间的函数关系；力函数，用以建立各种不同的力之间的关系，如：正压力和摩擦力的关系；数学运算函数，如：正弦、余弦、指数、对数、多项式等函数；样条函数，利用样条函数，可以由数据表插值的方法获得力值。
c、输入子程序的传递参数：用户可以用FORTRAN、C或C++语言编写子程序，定义力和力矩。用户只需输入子程序的传递参数，通过传递参数同用户自编子程序进行数据交流。
（2）定义力的方向
有两种方式定义力的方向： a、沿两点连线方向定义；
b、沿标架一个或多个轴的方向。 2. 创建施加力
在ADAMS/View中有两种方式可以进入创建施加力工具箱： 一种方式是从主菜单Build菜单中，选择Forces命令，显示创建力对话框，如图5-33所示。在对话框中选择施加力命令，然后在对话框的参数设置栏输入有关参数。
另一种方式是从主工具箱中右击快捷图标
，在弹出子工具箱中选择需要创建的力。力子
，进入创建力对话框。
工具箱列出了常用的力（图5-34）。或者点击子工具箱中图标
机械系统动力学分析及ADAMS应用
图 5-33 创建力对话框 图 5-34 创建力子工具箱
5.4.2作用力
1. ADAMS/View中作用力类型
在ADAMS/View中有三种类型的作用力：
（1）单分量力或力矩：只能定义一个方向的力或力矩； （2）3分量力或力矩：可以定义三个方向的分量力或力矩； （3）6分量力或力矩：可以定义三个方向的分量力和力矩。
在定义力时，必须指明是力还是力矩。可以定义力作用在一对部件上，构成作用力和反作用力。也可以定义一个力作用在部件和地基之间，此时反作用力作用在地基上，对样机没有影响。
2. 创建单分量力或力矩
（1）在主工具箱弹出创建力子工具箱，或者进入创建力对话框，选择单作用力图标者单个力矩图标
。在主工具箱和创建力对话框底部弹出设置力对话框（图5-35）。
，或
（2）在Run-time Direction设置仿真运行时力的方向特征，下拉菜单中有三个选项：
? Space Fixed：指在部件运动的时候，力的方向不随部件的运动而改变，力的反作用力作用在地面框架上，在分析时将不考虑和输出反作用力。
? Body fixed：表示力的方向随部件的运动而改变，但是，相对于指定的构件参考坐标始终没有变化。
? Two bodies：表示力的方向为部件上两作用点连线方向，随两部件的运动而变化。 （3） 如果以上选择了采用Space fixed 或Body fixed方式定义力的方向，需要在Construction栏，选择力方向的定义方法：
? Normal to Grid：定义力在工作栅格平面内，如果工作栅格没有打开，则垂直于屏幕； ? Pick Feature： 利用方向矢量定义力的方向。
（4）在Characteristic栏，选择定义力值的方法，在这个下拉菜单中有三种方式： ? Constant：选择该项，则下方会出现力值输入框，可以为力输入一个常值；
? K and C：此时，对话框下方会出现K和C两个编辑框，可以选择输入刚度系数和阻尼系数；
? Custom：采用用户定义的函数来表示力大小。这个选项只有选择了Two bodies的力作用方式后才会出现。
（5）用鼠标在图形区根据状态栏提示选择对象。注意，如果选择了Two bodies的力作用方式，首先选择的构件是产生作用力的构件，其次选择的构件是产生反作用力的构件。
（6） 假如用户在Characteristic栏选择了Custom这种方式，在选择好作用对象和作用点后，会弹出修改力对话框,如图5-36所示。可以利用修改力对话框，输入自定义函数或自定义子程序的传递参数。各个选项说明如下：
Direction：这个下拉菜单是不可选的；
Action Body和Reaction Body：可以修改相互作用部件； Define Using：选择是用户子程序还是利用系统提供的函数；
第5章 ADAMS/View
Function：输入函数；
Force Display：选择力是否显示，在哪个部件上显示。
图5-35 力设置对话框 图5-36 定义力函数表达式
3. 创建3分量（或6分量）力或力矩
创建3分量力或力矩同创建6分量力或力矩过程基本一样。大致有以下步骤：
（1） 在主工具箱弹出创建力子工具箱，或者进入创建力对话框，选择3分量力图标建力矩选择图标
），或者6分量力图标
（创
。在主工具箱和创建力对话框底部弹出设置力对
话框（图5-37）
（2）Construction栏中两个下拉菜单选项含义见5.3节表5-5，Characteristic栏下拉菜单有三个选项，含义分别如下：
Constant：选择该项，则下方会出现力值输入框，可以为力输入一个常值；
Bushing-Like：此时，对话框下方会出现K和C两个编辑框，可以选择输入刚度系数和阻尼系数；
Custom：采用用户定义的函数来表示力大小。这个选项只有选择了Two bodies的力作用方式后才会出现。
（3）用鼠标在图形区根据状态栏提示选择对象。注意，如果选择了Two bodies的力作用方式，首先选择的构件是产生作用力的构件，其次选择的构件是产生反作用力的构件。
（4）假如用户在Characteristic栏选择了Custom这种方式，在选择好作用对象和作用点后，会弹出修改力对话框,如图5-38所示。可以利用修改力对话框，输入自定义函数或自定义子程序的传递参数。
机械系统动力学分析及ADAMS应用
图 5-37 力设置对话框 图5-38分量力修改对话框
5.4.3 柔性连接
柔性连接考虑了变形的因素，柔性连接元素可以使两个部件按柔性的方式连接起来，而铰对两个部件的约束是刚性的。在ADAMS/View中，有以下几类连接元素：线性弹簧阻尼器、扭转弹簧阻尼器、衬套、无质量梁、场力。限于篇幅，本节主要介绍线性弹簧和衬套两类柔性连接。
1. 线性弹簧阻尼器 （1）线性弹簧简介
线性弹簧阻尼器作用在有一定距离的两部件上，选择第一个部件为作用部件，第二个部件为反作用部件，施加在两个部件上的力分别为作用力和反作用力，两者大小相等，方向相反。
线性弹簧阻尼器的力学模型如图5-39所示， ADAMS/Solver通过下式计算弹簧力F：
图5-39 线性弹簧阻尼器力学模型
F??C?dR?K(R?R0)?F0 （5-1） dt式中，C粘滞阻尼系数；
K为弹簧刚性系数；
注：K和C为线性弹簧阻尼器最重要的两个参数；
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