4.2　实例一：仿真类型与传感器

下面建立一个弹簧挂锁模型，介绍如何使用机械系统动力学分析仿真软件ADAMS/View，熟悉仿真类型与创建传感器，并解决一个实际工程问题。

4.2.1　设计要求

• 能产生至少700N的夹紧力。
• 手动夹紧，用力不大于55N。
• 手动松开时做功最少。
• 必须在给定的空间内工作。
• 有震动时仍能保持可靠夹紧。

4.2.2　建模

建立和连接挂锁的各个部件，并同时验证各个部件的建立和连接是否正确。有了正确的模型后，即可在仿真环境下对其进行测试。

建造挂锁模型可分为两个基本部分：建造曲柄（pivot）和手柄（handle）、建造钩子（hook）和连杆（slider）。

1. 建造曲柄和手柄

Step01　启动ADAMS/View并建立一个新的数据文件.Model_block。

Step02　选择ADAMS/View，出现运行ADAMS/View的对话框。

Step03　单击确定（OK）按钮，弹出欢迎用户使用的对话框。

2. 设置工作环境

Step01　在设置（Settings）菜单中选择单位（Units），将长度单位设置为厘米（cm）。

Step02　单击确定（OK）按钮。

Step03　在设置（Settings）菜单中选择工作格栅（Working Grid），就会弹出工作格栅设置对话框。

Step04　将工作格栅尺寸设置为25、格距设置为1。

Step05　单击确定（OK）按钮。

Step06　在设置（Setting）菜单中选择图标（Icons）命令，弹出图标（Icons）设置对话框，将模型图标（Model Icons）的所有默认尺寸改为2。

Step07　单击确定（OK）按钮，完成工作环境的设置。

3. 建立设计点

Step01　单击图标并将工作格栅放大至整个工作平面。

Step02　选择物体（Bodies），单击点（Point）图标。

Step03　按照表4-1所列的数据放置设计参考点。使用点的默认设置，即添加到地面（Add to Ground）和不能附着（Don't Attach），创建的设计点如图4-9所示。

4. 建立曲柄

Step01　单击物体（Bodies）打开工具包，选择工具按钮，把厚度和半径设为1cm。

Step02　选择POINT_1、POINT_2和POINT_3，右击使曲柄闭合，如图4-10所示。

5. 重命名曲柄

Step01　将光标放在曲柄上。

Step02　右击，在弹出的快捷菜单中选择Part:Part2，在级联菜单中选择重命名（Rename）。弹出Rename（重命名）对话框，如图4-11所示。

Step03　模型名不变，修改物体（Modify Body）名称，将Part2改为PivotD，如图4-12所示。

6. 建立手柄

Step01　选择Link工具。

Step02　在POINT_3和POINT_4之间建立连杆。依次选择POINT_3和POINT_4，如图4-13所示。

Step03　为连杆改名，将光标放在连杆上，右击，在弹出的快捷菜单中选择Part:Part3，在级联菜单中选择重命名（Rename），弹出Rename（重命名）对话框，模型名保持不变，修改物体（Modify Body）名称，将Part3改为handle。

7. 用转动铰链连接各构件

Step01　单击旋转副（Revolute Joint）按钮，在主对话框中将建造模式设置为2个物体-1个位置（2 Bodies-1 Locations）和垂直格栅（Normal To Grid）。

Step02　在POINT_1处放置一个铰链。

Step03　再次选择旋转副（Revolute Joint），在主对话框中将建造模式设置为2个物体-1个位置（2 Bodies-1 Locations），选取曲柄、手柄和POINT_3。

8. 模拟模型的运动

Step01　选择仿真（Simulation），系统弹出仿真工具栏。单击仿真工具按钮，系统弹出仿真设置对话框。

Step02　设置模拟结束时间为0.2秒、输出步数为100步，单击开始仿真（Simulate Start）。

Step03　模拟完毕，模型停留在模拟状态，单击重置（Reset）按钮回到模型初始状态。

9. 观察参数化的作用

Step01　单击按钮放大Point_1周围区域。

Step02　选择Point_1，向左拖动，曲柄和铰链随Point_1移动。

Step03　单击撤销（Undo），回到初始布局。

10. 建造钩子

Step01　单击创建点（Point）图标，按照表4-2创建POINT_5~ POINT_15点。

Step02　单击物体（Bodies），系统打开模型工具包。单击按钮，选择设置长度为1cm，再按表4-2所列的值选取位置，最后右击使之闭合，如图4-14所示。

Step03　当将鼠标指针放在物体上时会出现对话窗口，利用鼠标右键选取几何外形。这时在拉伸体的各顶点处出现“热点”小方块，可使用这些热点修改拉伸体侧面外形的形状。

Step04　为拉伸体改名，将光标放在拉伸体上，右击，在弹出的快捷菜单中选择Part:Part4，在级联菜单中选择重命名（Rename），弹出Rename（重命名）对话框，模型名保持不变，修改物体（Modify Body）名称，将Part4改为hook，单击确定（OK）按钮。

11. 建造连杆

Step01　创建两个设计点POINT _16和POINT _17，位置如表4-3所示。

Step02　在两个新设计点之间建立连杆。首先单击连杆按钮，然后依次选择点POINT _16和POINT _17。

Step03　为连杆改名，将光标放在连杆上。右击，在弹出的快捷菜单中选择Part:Part5，在级联菜单中选择重命名（Rename），弹出Rename（重命名）对话框，模型名保持不变，修改物体（Modify Body）名称，将Part5改为slider。

12. 用转动铰链连接构件

再设立3个铰链，将构造模式设为2个物体-1个位置（2 Bodies-1 Locations）和垂直格栅（Normal To Grid）。使用这种方式建立铰链时，先要选取两个构件，再选取位置。

在下述位置设置铰链。

（1）手柄与连杆之间的POINT_16：首先单击转动铰链按钮，然后选择手柄与连杆，再选择POINT_16，创建铰链。

（2）连杆与钩子之间的POINT_17：首先单击转动铰链按钮，然后选择连杆与钩子，再选择POINT_17，创建铰链。

（3）钩子与曲柄之间的POINT_2：首先单击转动铰链按钮，然后选择钩子与曲柄，再选择POINT_2，创建铰链。

4.2.3　模型运动初步仿真

Step01　选择仿真（Simulation），系统弹出仿真工具栏。单击仿真工具按钮，系统弹出仿真设置对话框。

Step02　设置模拟结束时间为0.2秒、输出步数为100步，单击开始仿真（Simulate Start）。

Step03　模拟完毕，模型停留在模拟状态，单击重置（Reset）按钮回到模型初始状态。

4.2.4　存储数据文件

在文件（File）菜单中选择保存数据库（Save Database），将文件名设为.Model_block。

4.2.5　生成地块及添加约束

1. 生成地块（Ground Block）

Step01　打开工具包，选择，把生成方法新建部件（New Part）改为在地面上（On Ground）。

Step02　创建点POINT_18（-2，1，0）和POINT_19（-18，-1，0）。

Step03　为地块改名，将光标放在地块上。右击，在弹出的快捷菜单中选择Part:Part6，在级联菜单中选择重命名（Rename），弹出Rename（重命名）对话框，模型名保持不变，修改物体（Modify Body）名称，将Part6改为ground_block。

2. 添加一个面（Inplane）虚约束

Step01　用工具动态选取（Dynamic Pick），把钩子末端区域放大。

Step02　在菜单中选择连接（Connectors），出现运动副模板。

Step03　选择点面约束（Inplane Joint Primitive），把建立方法设为2个物体-1个位置（2 Bodies-1 Locations）和选取几何特性（Pick Geometry Feature）。

Step04　选取钩子和地块。

Step05　沿着钩子的内侧面将光标上移，直到出现向上的箭头时再单击，在（-12，1，0）处单击，面虚约束如图4-15所示。

Step06　单击适合视图（Fit）按钮，回到全局显示。

3. 添加一个拉压弹簧

Step01　单击动态平移（Dynamic Translate）按钮，将模型向右移，给出增加拉压弹簧的空间。

Step02　选择拉压弹簧阻尼器（Translational Spring-Damper），在地块与钩子之间建造弹簧。

Step03　如图4-16所示，在弹簧生成对话框中选择K和C。

Step04　设置K值为800、C值为0.5。

Step05　选取（-14，1，0）（注意：一定要取钩子的顶点EXTRUSION_ 1.V16）和（-23，1，0）位置放置弹簧。

Step06　单击适合视图（Fit），使模型满屏布置。

4. 添加一个手柄力

Step01　在主工具栏中单击力（Force）按钮，将仿真时力的方向改为物体运动（Body Moving），在特性栏中选择常数（Constant），打开力值输入开关，输入51.335。

Step02　依次选取手柄、手柄末端的标志点位置（-10，22，0）作为力的起点，会出现力的矢量，移动到（-17，16，0）位置松开鼠标，使力的方向与手柄垂直。

4.2.6　测量

1. 测量弹簧力

Step01　把光标放在弹簧上右击，在弹出的菜单中选择测量（Measure）。

Step02　在特性（Characteristic）栏中选择力（Force），如图4-17所示。

Step03　单击确定（OK）按钮，出现弹簧测量图表，如图4-18所示。

Step04　进行一次0.2秒、100步的仿真。

Step05　用重置（Reset）回到初始状态。

2. 角度测试

Step01　单击设计探索（Design Exploration），在菜单中单击测量角度按钮，单击高级（Advanced）按钮，系统弹出测量角度对话框。

Step02　在测量角度对话框中输入测量名称.model_Lock.over_center。

Step03　在开始标记点（First Marker）输入栏中右击，从弹出的菜单中选择标记点（Marker），再选择选取（Pick），选中MARKER_13；在中间标记点（Middle Marker）输入栏中选中MARKER_3；在最后标记点（Last Marker）输入栏中选中hook.cm，如图4-19所示。

Step04　单击确定（OK）按钮，完成角度测量，如图4-20所示。

4.2.7　生成传感器

Step01　单击设计探索（Design Exploration），在弹出的工具中选择，出现创建传感器的对话框。

Step02　如图4-21所示完成传感器的设置，再单击确定（OK）按钮。

4.2.8　模型仿真

Step01　单击仿真工具按钮，进行一次0.2秒、120步的模拟。仿真中得到提示：由于传感器的作用，ADAMS/View停止仿真模拟。

Step02　单击重置（Reset）回到模型初始状态。

Step03　在模拟过程中，ADAMS/View对弹簧力和角度的测量反映了传感器的作用。图4-22和图4-23显示出ADAMS/View在挂锁锁紧时停止仿真模拟。