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第四章运动仿真技术

学习重点

了解机械系统运动仿真技术的特点及一般过程；

熟悉机械系统动力学分析软件（ADMAS2005）的基本功能；

总体方案设计零部件及运动仿真模型建立运动环境设置运动仿真分析分析结果输出系统方案的构思、原理设计、评价与决策

总体方案设计

零部件及运动仿真模型建立

运动环境设置

运动仿真分析

分析结果输出

系统方案的构思、原理设计、评价与决策

零部件的建模、装配关系的确定和运动副的定义

力（包括重力、弹簧力和阻尼力）或扭矩的施加、初始条件定义等

分析类型（如运动学、动力学、静力分析等）的定义

运动模拟的实现、运动特性曲线

（如位移、速度、加速度等）的可视化、干涉检验及参数跟踪测量

图4-1机械运动仿真步骤示意图

4.1概述

在机械设计领域，其设计工程主要可分为原理方案设计、运动学分析、静力学或动力学分析、方案及系统优化、强度分析计算和结构设计等几个阶段。传统的设计方法可以通过理论分析计算实现，但在大多数情况下，为了避免复杂的理论分析计算，在机械设计过程中经常采用“经验法”、“类比法“或”试凑法”等方法，这样不但会延长设计周期和降低工作效率，而且容易导致设计结果不准确，很难得到满意的结果，也缺乏科学的理论根据。

科学技术的飞速发展和学科的相互交叉极大地促进了机械设计行业的发展和进步，设计的高效化和自动化已经成为今后发展的必然趋势。随着机械产品性能要求的不断提高和计算机技术的广泛使用，作为机械设计强大支撑技术之一的运动仿真技术越来越受到机械设计人员的重视和亲睐。

机械运动仿真技术是一种建立在机械系统运动学、动力学理论和计算机实用技术基础山的新技术，涉及建模、运动控制、机构学、运动学和动力学等方面的内容，主要是利用计算机来模拟机械系统在真实环境下的运动和动力特性，并根据机械设计要求和仿真结果，修改设计参数直至满足机械性能指标要求或对整个机械系统进行优化的过程。机械运动仿真的一般步骤如图4-1所示。

通过机械系统的运动仿真，不但可以对整个机械系统进行运动模拟，以验证设计方案是否正确合理，运动和力学性能参数是否满足设计要求，运动机构是否发生干涉等还可以及时发现设计中可能存在的问题，并通过不断改进和完善，严格保证设计阶段的质量，缩短了机械产品的研制周期，提高了设计成功率，从而不断提高产品在市场中的竞争力。因此，机械运动仿真当前已经成为机械系统运动学和动力学等方面研究的一种重要手段和方法，并在交通、国防、航空航天以及教学等领域都得到了非常广泛的应用。

机械系统的运动仿真可以采用VB、OpenGL、3Dmax、VC等语言编程实现，也可以使用具有运动仿真功能的机械设计软件（如ADMAS、Pro/E、EUCLID、UG、Solidworks、SolidEdge等）实现，而且，随着计算机软件功能的不断强大和完善，用软件进行运动仿真是一种省时、省力而用高效的方法，也是机械运动仿真发展趋势。

其中，由美国MDI公司开发的ADAMS(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystem)是当前应用最广泛且最具权威性的机械系统力学仿真分析软件之一。利用ADAMS软件中的用户界面模块(ADAMS/View)，通过简单的菜单、按钮及鼠标点击等交互式操作，可以很方便地对机械系统进行运动学、动力学或静力学等分析，主要包括建立零部件模型、施加运动副和载荷、仿真计算以及结果显示内容。

因此，本章主要介绍ADMAS12.0软件常用模块（如View和PostProcessor等）的使用方法和基本操作。希望通过两个实训模块的练习，能使学生了解动态仿真的基本过程，并学会正确使用和熟练操作ADAMS软件，为进一步的更深入的研究打基础。

4.2实训1平面六杆机构的运动仿真

平面六杆机构是常用的典型机构之一，它具有承载能力强、耐磨损、可实现多种运动规律和运动轨迹等优点，因此广泛应用于机械、仪表、交通以及航空航天等领域，如车辆转弯机构、车门启闭机构、压力表指示机构等等。平面连杆机构的运动分析是已知原动件的运动规律，求解各构件上某些点的位置、位移、速度和加速度等运动参数，通常可采用图解法、解析法和实验法等来进行分析，但相对实用软件分析来讲比较麻烦。下面就平面六杆机构的运动分析为例，来体验ADAMS软件的强大功能。

图4-2平面六杆机构运动简图4.2.1

图4-2平面六杆机构运动简图

图4-2所示为一平面六杆机构，现已知：主动曲柄OA作匀速逆时针转动，且角度度w=10rad/s，各铰链点的坐标为O(0,0,0)，A(-60,80,0)，B(180,180,0)，C(180,0,0)，D(430,0,0)。试对该平面六杆机构进行运动分析，并计算在图示位置时滑块D点的位置、速度和加速