跟我一起学Adams虚拟样机: 基础篇(二) 动力学仿真基操，以曲柄滑块压力机为例

这篇博文是Adams虚拟样机系列的第二篇。上篇内容 基础篇(一) 运动学仿真基操，以一个简单的曲柄摇杆机构为例 中，我们通过一个曲柄摇杆机构，学习了用Adams建立虚拟样机，进行运动学仿真，以及对仿真结果做后处理的基本流程。

但运动学仿真并不是Adams的特长。实际上，包括Catia、SolidWorks、Creo在内的大部分三维建模软件都能直接完成运动学仿真的工作，还不需要额外进行建模，比使用Adams更方便。而Adams的特长在动力学分析领域，而本节我们就将以一个曲柄滑块机构为例，介绍用Adams进行动力学仿真的基本操作。

其中将涉及：Adams View工作环境的设置、连杆的绘制、滑块的绘制、不规则构件的绘制、构件位姿的调整、特征的重命名、转动副的创建、移动副的创建、弹簧的创建、驱动力的施加、仿真器的设置、运动参数的测量、反作用力的测量、仿真数据的处理和输出、仿真视频的输出等。

曲柄滑块压力机动力学仿真

本教程基于 Adams 2020 下载地址及安装教程

双击打开 Adams View 2020 [Welcome to Adams 窗口] 点击 New Model 左侧图标新建模型

[Create New Model 窗口] ⓐ 在 Model Name 栏中输入模型名称 example_3_press ⓑ 在 Working Directory 栏中输入工作路径 E:_KEEP FOOLISH\Adams\Example\Temp (也可点击右侧文件夹在资源管理器中选择，后续工程文件、临时文件和输出的文件都将默认保存在工作路径下) ⓒ OK，完成模型创建

[主菜单] ⓐ 点击 Settings ⓑ 点击 Units

[Units Settings 窗口] ⓒ 点击 MMKS 按钮 ⓓ OK

[主菜单] ⓐ 点击 Settings ⓑ 点击 Working Grid

[Working Grid Settings 窗口] ⓒ 修改合适的尺寸 (X方向 500mm，Y方向 400mm) 、间隔大小 (X、Y方向均为 20mm) 和栅格方向 ⓓ OK (Apply 按钮也能执行相同的命令，但对话框不会关闭)

[主菜单] ⓐ 点击 Settings ⓑ 点击 Icons

[Icon Settings 窗口] ⓒ 在 New Size 栏中修改图标 (坐标系、运动副等的标识图标) 大小为 40 ⓓ OK

[主菜单] ⓐ 点击 View ⓑ 点击 Coordinate Window (也可使用快捷键F4)，即在右下方出现实时显示光标位置的坐标窗口

曲柄滑块压力机模型如图所示，驱动力始终与曲柄AD保持垂直。弹簧刚度系数K=5N/mm，阻尼系数C=0。

对于曲柄这种异形杆件，我们的策略是把它分成几截规则杆件（即AB和AD），分别创建。

[功能区] ⓐ 选择 Bodies 选项卡 ⓑ 点击Solids中的 RigidBody: Link 图标

[左侧 Geometry: Link 栏] ⓒ 选择 New Part ⓓ 勾选需要控制的所有量 ⓔ 在 Length 栏输入杆长数值100，在 Width 栏输入宽度数值20，在 Depth 栏输入厚度数值10

[工作区] ⓕ 单击杆件的一端，即 (0,0,0) 位置 ⓖ 水平右移光标，当出现连杆的几何形体后单击，完成曲柄第一截的创建

[功能区] ⓐ 选择 Bodies 选项卡 ⓑ 点击Solids中的 RigidBody: Link 图标

[左侧 Geometry: Link 栏] ⓒ 选择 Add to Part ⓓ 勾选需要控制的所有量 ⓔ 在 Length 栏输入杆长数值200，在 Width 栏输入宽度数值20，在 Depth 栏输入厚度数值10

[工作区] ⓕ 单击曲柄第一截 PART_2 ⓖ 单击杆件的一端，即 (0,0,0) 位置 ⓗ 竖直上移光标，当出现连杆的几何形体后单击，完成曲柄的创建

[工作区] ⓐ 右击曲柄 ⓑ 点击或鼠标滑向 part:PART_2 (也可在 Browse 栏中右击) ⓒ 点击 Rename

[Rename 窗口] ⓓ 在 New Name 栏中输入新名称 CRANK ⓔ OK

[功能区] ⓐ 选择 Bodies 选项卡 ⓑ 点击 Solids 中的 RigidBody: Link 图标

[左侧 Geometry: Link 栏] ⓒ 选择 New Part ⓓ 勾选需要控制的所有量 ⓔ 在 Length 栏输入杆长数值200，在 Width 栏输入宽度数值20，在 Depth 栏输入厚度数值10

[工作区] ⓕ 单击杆件的一端，即 CRANK: MARKER_2 位置 ⓖ 竖直下移光标，当出现连杆的几何形体后单击，完成连杆的创建 ⓗ 按照 2.1.1.2. 曲柄的重命名 中的步骤，将连杆重命名为 LINK

[工作区] ⓐ 点击选中连杆

[上方工具栏] ⓑ 点击 Position 位置变换按钮

[左侧 Rotate 栏] ⓒ 点击中间空白按钮

[工作区] ⓓ 点击位姿调整的旋转中心点 (连杆上端，CRANK: MARKER_2)

[左侧 Rotate 栏] ⓔ 在 Angle 文本框中输入旋转角度30 (单位: °) ⓕ 点击顺时针方向按钮，连杆即绕上端顺时针转动30°

创建滑块时，定义滑块位置的点位于滑块左下后顶点，即三个坐标均为最小的位置。因此，已知滑块中心点时，我们思路是根据滑块的尺寸，即80x40x40，计算出这个定义点的位置，即 中心点坐标-(40,20,20)，在此处建立一个标记点，作为创建滑块的位置定义点。

[功能区] ⓐ 选择 Bodies 选项卡 ⓑ 点击Constructions中的 Marker 图标

[左侧 Geometry: Marker 栏] ⓒ 选择 Add to Ground

[工作区] ⓓ 点击滑块中心点，即连杆下端点 LINK: MARKER_6，创建标记点 MARKER_7

[左侧 Browse 栏] ⓐ 双击 ground: MARKER_7

[Marker Modify 窗口] ⓑ 修改 Location 栏中各坐标值为 原值-40、原值-20 和 原值-20，即 -40.0, -193.2050807569, -20.0 ⓒ OK，即调整MARKER_7到正确位置

[功能区] ⓐ 选择 Bodies 选项卡 ⓑ 点击 Solids 中的 RigidBody: Box 图标

[左侧 Geometry: Box 栏] ⓒ 选择 New Part ⓓ 勾选需要控制的所有量 ⓔ 在 Length 栏输入 x 方向宽度数值 80，在 Height 栏输入 y 方向高度数值 40，在 Depth 栏输入 z 方向厚度数值 40

[工作区] ⓕ 单击刚刚建立的标记点 MARKER_7 ，完成滑块的创建 ⓖ 按照 2.1.1.2. 曲柄的重命名 中的步骤，将滑块重命名为 SLIDER

[功能区] ⓐ 选择 Connectors 选项卡

ⓗ 按照 2.1.1.1.2. 曲柄的重命名 中的步骤，重命名约束为 JOINT_A / JOINT_B / JOINT_C1

[功能区] ⓐ 选择 Connectors 选项卡 ⓑ 点击 Joints 中的 Create a Translational joint 图标

[左侧 Translational Joint 栏] ⓒ 选择 2 Bodies - 1 Locations (选择两个物体和一个连接位置) ⓓ 选择 Pick Geometry Feature (约束方向自选)

[工作区] ⓔ 点击滑块 SLIDER ⓕ 点击工作区空白处选择 ground ⓖ 点击 MARKER_6 ⓗ 竖直上移光标，当出现向上的箭头时单击，完成创建移动副 (注意通过坐标/旋转视图检查一下箭头是否竖直向上) ⓘ 按照 2.1.1.1.2. 曲柄的重命名 中的步骤，重命名约束为 JOINT_C2

[功能区] ⓐ 选择 Forces 选项卡 ⓑ 点击 Flexible Connections 中的 Create a Translational Spring-Damper 图标

[左侧 Spring 栏] ⓒ 勾选需要控制的量 ⓓ 在 K 栏中输入刚度 5，在 C 栏中输入阻尼 0

[工作区] ⓔ 右击滑块 SLIDER 的中心

[Select 窗口] ⓕ 选择 SLIDER.cm 作为弹簧的一端 ⓖ OK

[工作区] ⓗ 点击 (0,-300,0) 作为弹簧的另一端，完成弹簧的创建

[功能区] ⓐ 选择 Forces 选项卡 ⓑ 点击 Applied Force 中的 Create a Force (Single-Component) 图标

[左侧 Force 栏] ⓒ 勾选 Force 左侧方框 ⓓ 在 Force 栏中输入作用力大小 140

[工作区] ⓔ 点击原动件，即曲柄 CRANK ⓕ 点击力的作用点，即曲柄的上端点 MARKER_4 ⓖ 水平右移光标，直到光标后面出现一个箭头单击，驱动力即被施加到曲柄上

[右下角设置栏] ⓐ 点击 Wireframe / shaded toggle 按钮，由线框显示切换为着色显示

[上方工具栏] ⓑ 点击 Set the View to Isometric 按钮，将视角切换为轴测图

[功能区] ⓐ 选择 Simulation 选项卡 ⓑ 点击 Simulate 中的 Run an Interactive Simulation

[Simulation Control 对话框] ⓒ 设置 End Time (结束时间) 为 0.05 ⓓ 设置 Steps (总步数) 为 500 ⓔ 点击 Start Simulation 按钮，开始仿真 ⓕ 点击 Reset to Input Configuration 可恢复初始构型

[功能区] ⓐ 选择 Results 选项卡 ⓑ 点击 Review 中的 Displays the Animation Control dialog 图标

[Animation Controls 窗口] ⓒ 动画播放按钮全家给您拜年

[功能区] ⓐ 选择 Bodies 选项卡 ⓑ 点击 Construction 中的 Marker 图标

[左侧 Geometry: Marker 栏] ⓒ 选择 Add to Ground (仿真过程中这个标记点就会固定在大地上) ⓓ 点击 MARKER_4 处，创建 MARKER_24 (为什么已经有 MARKER_4 还要原地新建一个: MARKER_4 是固结在 CRANK 上的，仿真时会随着曲柄运动)

[功能区] ⓐ 选择 Design Exploration 选项卡 ⓑ 点击 Measures 中的 Create a new Angle Measure 图标 ⓒ 点击 Advanced

[Angle Measure 窗口] ⓓ 更改 Measure Name 即测量名称为 MEA_ANGLE_1

ⓚ OK，完成曲柄角度测量的创建

[工作区] ⓐ 右击弹簧 SPRING_1 ⓑ 点击或鼠标滑向 Spring: SPRING_1 ⓒ 点击 Measure

[Assembly Measure 窗口] ⓓ 更改 Measure Name 即测量名称为 SPRING_1_MEA_FORCE ⓔ 在 Characteristic 栏中选择 force ⓕ OK，完成弹簧力测量的创建

[主菜单] ⓐ 点击 View ⓑ 点击 Measures

[Database Navigator 窗口] ⓒ 选中所要显示的测量名称 ⓓ OK

[功能区] ⓐ 选择 Result 选项卡 ⓑ 点击 Postprocessor 图标

[Adams PostProcessor: 下方功能区 Data 标签页] ⓒ 在 Independent Axis 栏中，选择 Data 为横轴数据源

[Adams PostProcessor: Independent Axis Browser 窗口] ⓓ 在 Measure 列表中选择 MEA_ANGLE_1，即曲柄的角度，作为横轴的数据源 ⓔ OK

[Adams PostProcessor: 下方 Data 标签页] ⓕ 选择 Source 栏为 Measures ⓖ 在 Measure 列表框中选择 SPRING_1_MEA_FORCE，即弹簧力，作为纵轴的数据源 ⓗ 点击 Add Curve，即显示测量曲线

[Adams PostProcessor: 左侧导航窗格] ⓐ 双击 page_1 或单击左侧加号展开列表 ⓑ 双击 plot_1 或单击左侧加号展开列表 ⓒ 点击 curve_1，即曲线

[Adams PostProcessor: 左下属性窗口] ⓓ 在 Line Color 栏选择曲线颜色为 Black ⓔ 在 Line Weight 栏选择线宽为 1.0 ⓕ 在 Symbol 栏选择标记点为 o ⓖ 在 Symbol Inc 栏选择标记点间隔步数为 50 类似的，也可以修改其他图形属性：

[Adams PostProcessor: 主菜单] ⓐ 点击 File ⓑ 点击或鼠标滑向 Export ⓒ 点击 Numerical Data

[Adams PostProcessor: Export 窗口] ⓓ 输入 File Name 为 crankangle_F ⓔ 右击 Results Data 栏 ⓕ 点击或鼠标滑向 Result_Set_Component ⓖ点击或鼠标滑向 Browse

[Adams PostProcessor: Database Navigator 窗口] ⓗ 双击 plot_1 或单击左侧加号展开列表 ⓘ 双击 curve_1 或单击左侧加号展开列表 ⓙ 选择要输出的数据 x_data 和 y_data (按住Ctrl或Shift多选) ⓚ OK

[Adams PostProcessor: Export 窗口] ⓛ OK，完成数据文件的输出 数据文件以 crankangle_F.dat 的名称被保存在之前指定的工作路径 E:_KEEP FOOLISH\Adams\Example\Temp 下，可以用记事本打开。

[Adams PostProcessor: 右上角设置栏] ⓐ 右击 Page Layout 按钮 ⓑ 选择 2 Views, side by side，将窗口显示切换为左右两个视窗

[Adams PostProcessor: 工作区] ⓒ 单击选中右边的视窗

[Adams PostProcessor: 主菜单] ⓓ 点击 View ⓔ 点击 Load Animation，在右视窗中加载仿真动画

[Adams PostProcessor: 上方工具栏] ⓕ 右击 view 视角按钮 ⓖ 点击 ISO view 选择轴测图视角 ⓗ 右击 Zoom 按钮 ⓘ 点击 Dynamic Zoom (也可使用快捷键Z)，拖动缩放画面 ⓙ 点击 Dynamic Translate (也可使用快捷键T)，拖动平移画面

[Adams PostProcessor: 下方功能区] ⓚ 点击下方Record选项卡 ⓛ 在File Name栏中输入视频文件名press ⓜ 点击 Record Ready 按钮 ⓝ 点击 Play Animation 按钮，动画开始录制，当滑动条首次滑动到末端时即完成录制 (当未点击Record Ready按钮时，可以播放动画，但不会录制，可用于预览) 视频以 press.avi 的名称被保存在之前指定的工作路径 E:_KEEP FOOLISH\Adams\Example\Temp 下

[1] 郭卫东,李守忠.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2018:42~55.