《机电系统与仿真技术》课件-5Adams几何建模与运动约束2课时

四、虚拟样机几何建模4.1几何建模预备知识4.1.1几何体类型ADAMS/View可产生4种类型的几何体：刚性形体、柔性形体、点质量和地基形体。刚性形体—在任何时候都不发生变形，有质量和惯性矩；柔性形体—会发生变形，有质量和惯矩；点质量—体积为零，仅有质量没有惯矩；地基形体—没有质量和速度，自由度为零，始终保持静止。4.1.2几何体坐标系每一个新产生的几何体都设有一个参考坐标---构件机架坐标系。几何体参考坐标在地面坐标系中的位置和方向，确定了几何体所在的位置和方向。4.1.3几何体的命名产生几何体时，

ADAMS/View自动地为几何体取一个名称，取名规则：根据几何体的类型和序号。根据需要，通过弹出式菜单可以对构件和几何形体重新命名。4.1.4几何建模的准备1）显示工作栅格平面—有利于绘图；2）显示坐标窗口—了解点的坐标值；3）确认当前的单位设置是否符合要求；4）确定当前所绘几何形体的属性：新构件、向现有构件中添加的构件，还是添加到地基上的几何形体。4.1.5几何建模工具调用几何建模工具通常有两种方法：使用主工具箱上的建模工具集选择工具图标，或通过菜单选择几何建模工具命令。1：使用主工具箱建模方法：

1）在主工具箱中，用鼠标右键选择上部的结合建模按钮，屏幕弹出如图4-1所示的几何建模工具集；

几何建模工具几何建模工具集表格编辑器浮动对话框设置栏几何建模工具集

基本参数设置对话框图4-1几何建模工具集2）用鼠标选择相应的建模工具集的图标；3）在参数设置对话框，修改参数值。4）按照屏幕下方状态栏的提示，绘制几何图形。2：使用命令菜单几何建模在Build菜单中，选择Bodies/Geometry项，显示浮动建模工具对话框，从中选择绘制几何体工具，在选择输入建模参数并绘制模型。

4.3绘制基本几何形状基本几何形状包括：点、直线、曲线和标记坐标等，它们没有质量，主要用于定义其他的几何形状和形体。标记坐标具有位置和方向，可用于定义力的作用位置，定义构件的几何形状和方向、形心的位置，定义构件的约束位置和方向，定义运动的方向等等。绘制基本几何形体的步骤：

1）在几何建模工具集中选取有关基本结合形体工具图标；2）选择有关绘图参数，如表4—1所示；

3）按照屏幕下方状态栏的提示，绘制几何图形。表4-1基本几何形体工具用途参数快捷图标设置说明定义点Point

a:点加到地基上，还是另一个构件上

b:是否要将附近的对象同点关联按鼠标右键，可以弹出鼠标附近所有对象的列表，供选择关联定义标记坐标Marker

a:标记加到地基上或另一个构件上

b:标记坐标的方向绘制直线和多义线Polylinea:产生新构件还是添加到构件或地基上b:线型：直线、开口多义线、封闭多义线c:线段的长度

用鼠标点击上一步定义的端点，可以删除最后一步绘制的线段绘制圆弧和园Arca:产生新构件还是添加到构件或地基上b:圆或圆弧的半径C:选择圆，或圆弧夹角绘制光滑曲线Splinea:产生新构件还是添加到构件或地基上b:是开口曲线还是封闭曲线用鼠标点击上一步定义的曲线位置可以后退一步

4.4几何形体建模简单几何形体建模的一般步骤：

1）在几何建模工具集中选取所要建的三维实体建模工具图标；

2）在参数设置栏，设置所建立的几何体是新构件(NewPart)、添加到现有构件(AddtoPart)还是添加到地基上(OnGround);3）在参数设置栏，选择输入有个尺寸参数，如表4-2所示的定义；

4）按照屏幕下方状态栏的提示，用鼠标确定起始绘图点；

5）按住鼠标左键，拖动鼠标，屏幕出现所绘图形。可以在参数设置栏设置形体的尺寸；

6）释放鼠标，完成简单形体建模，绘图结束点定义了几何体的方向和部分形体。

表4－2基本形体图库

4.5复杂形体建模4.5.1连接线段运用连接线段功能，把一些简单的线段连接起来，形成复杂形状的面，利用拔出和回转建模功能形成形状复杂的形体。连接线段的方法：

1）根据需要绘制简单的线段，将被连接的线段两端接触，而且不是封闭图形；

2）在几何建模工具集中选取连接工具图标

3）用鼠标左键依次选取连接的线段，此时，被连接的线段将变亮；

4）选取所有线段以后，按鼠标右键完成连接工作。4.5.2组合形体可以将若干个基本形体通过一定的方式组合，组合成形状复杂的几何形体，ADAMS/View提供的几种组合功能如表4－3所示，组合形体的步骤：

1）根据需要在几何建模工具集中选取有关组合形体工具的快捷图标；

2）按照屏幕下方状态栏的提示，用鼠标选取实体1；

3）按照屏幕下方的状态栏的提示，用鼠标选取实体2。实体1和2组合后生成的形体取实体1的名称。

表4－3ADAMS/View组合功能4.5.3添加几何体细节结构常见的几何细节结构包括：边缘倒角、边缘圆角、开孔、添加凸台、挖空或在外围添加材料等，如表4－4所示。添加几何体细节结构的步骤如下：

1）根据需要在几何建模工具集总选取有关细节结构处理工具的快捷图标；

2）在参数设置栏，根据需要设置有关参数；

3）做以下工作之一：对倒角和圆角，选择需处理的边或顶角，然后按鼠标右键；对开孔和凸圆，选择需要处理的几何体，然后选择开孔或凸圆的圆心位置；对挖空或在外围添加材料，选择需处理的几何体，然后选择开孔或产生凸圆的面，再按鼠标右键。

表4－4几何细节结构处理

4.6修改几何图形修改建立好的几何形体有3种方法：拖动热点、利用对话框和编辑位置表。

1）拖动热点。用鼠标拖动几何图形上的热点（亮点）修改几何体的形状。如图4-2所示：

图4-2利用热点修改几何体形状2）利用对话框。用鼠标右键激发对象的弹出式菜单，选择需修改的几何体对象，在下一层的弹出式菜单中，选择Modify命令，显示对象的修改对话框。根据修改对话框的内容和提示，修改和输入有关参数。

图4-3利用对话框修改几何体形状3）编辑位置表。通过编辑位置可以方便地修改直线、多义线、拔出形体、回转体的形状。在弹出式修改对话框中，选择More利用编辑位置表的有关工具修改关键点的坐标。图4-4利用编辑位置表修改几何体形状4.7修改构件特性4.7.1构件特性修改对话框两种进入构件特性修改对话框的方法：1）用鼠标右键激发弹出式菜单，选择需修改的构件，再选择Modify命令。

2）在Edit菜单中选择Modify命令。修改构件特性对话框见图4-4所示：注释移动和旋转测量设置初始位置设置初始速度设置材料设置惯性和惯性矩图4-4构件特性修改对话框五、约束机构

5.1约束类型建模时，通过各种约束限制构件之间的某些运动，并以此将不同构件连接起来组成一个机械系统。ADANMS/View可以处理4种类型的约束：

1）运动副约束，例如：转动副，棱柱副等；

2）指定约束方向：限制某个运动方向；

3）接触约束：定义两构件在运动中发生接触时，是怎样相互约束的；4）约束运动：规定一个构件遵循某个时间函数按指定的轨迹规律运动。5.2约束工具启动约束工具有两种方法：1）在主工具箱中，选择连接工具集图标或运动工具集图标，如图5-1a，5-1b所示，然后选择约束工具；

2）在Build菜单中选择Joints项，可显示连接对话框，如图5-2所示。主工具箱的连接和运动工具集中包含大部分常用的约束命令，而由Build菜单获得的连接对话框中包含所有约束工具命令。连接工具运动工具图5-1a连接工具集图5-2b运动工具集图5-2约束对话框5.3常用运动副5.3.1常用运动副ADANMS/View提供了12种常用的运动副工具。作用：可以将两个构件连接起来。条件：被连接的构件可以是刚体构件、柔性构件或者是点质量。常用运动副如表5-1所示。表5-1常用的运动副续表5-1常用的运动副运动副施加的方法：1）在连接工具集或者在连接对话框，选择连接工具图标。2）在设置栏选择连接构件的方法，有以下3种：1个位置（1location)：选择一个连接的位置

，由ADANMS/View确定连接的构件。2个构件1个位置（2Bodies-1Location)：选择需连接的两个构件和一个连接位置。连接件固定在构件1（先选择的构件）上，构件1相对构件2而运动。2个构件2个位置（2Bodies-1Location）：选择需连接的两个构件，以及这两个构件的连接点。

3）选择连接方向，有两种方法：栅格方向（NormaltoGrid)：当显示工作栅格时，连接方向垂直于栅格平面，否则，连接方向垂直于屏幕。选取方向（PickFeature）：通过一个在栅格或屏幕平面内的方向矢量确定连接方向。4）根据屏幕底部状态栏的提示，以此选择相互连接的构件1、构件2、连接位置和方向等。

5.3.2施加齿轮副齿轮副由两个齿轮，一个连接支架和两个连接组成。施加齿轮副的方法：

1）设置齿轮副的两个连接。设置时，首先选择的构件为齿轮，其次为连接支架；

2）在几何建模工具集，选择标记工具图标，设置速度标记。速度标记Z轴的方向，应该指向齿轮副啮合点的运动方向。3）在连接工具集选择齿轮工具图标，显示齿轮连接对话框；4）在GearName栏，输入或修改齿轮副名称；

5）在AdamsId栏，输入齿轮副的整数标号；

6）在Comments栏，可以输入有助于管理的任何注释内容；7）在JointName栏，输入齿轮副的两个连接的名称；8）在CommonVelocityMarker栏，输入齿轮副的速度标记名称。

如果以前没有产生过齿轮副的速度标记，从鼠标右键弹出的菜单中选择Create命令创建一个新的标记坐标；9）选择OK按钮。

5.3.3施加关联副使用多个关联副可以将许多运动副相互联系起来，组成一个复杂的带轮系统，如图5-4所示。图5-4带轮系统施加关联副的方法：

1）在连接工具集选择带轮工具图标；2）先选择主动运动副，然后选择从动运动副，完成第一步设置；3）启动修改关联副对话框，进一步完成有关设置，关联副修改对话框如图5-5所示。图5-5关联副修改对话框5.3.4修改运动副修改运动副的方法：1）利用弹出式菜单，选择有关运动副，再选择Modify命令，显示修改连接对话框。2）在Edit菜单，选择Modify命令，显示数据库浏览器，然后选择有关运动副。修改连接对话框如图5-6所示。设置基本参数定义运动设置初始条件图5-6修改连接对话框可以修改和设置已建立的运动副的有关参数包括：1）运动副名称、连接的构件1和构件2、连接类型、仿真分析时是否显示连接力；2）设置初始条件：构件1的连接点相对于构件2的初始位移和初始速度；3）指定连接的运动：强行指定运动副中可以活动的轴的运动规律；4）对铰接副、棱柱副、圆柱副、万向副和球形副，可以施加动态和静态摩擦力以及预紧力，方法如下：在修改连接对话框选择摩擦力图标，显示连接摩擦力对话框；根据要求输入有关参数。5.4指定约束

ADANMS/View提供了5种常用的指定约束，如表5-2所示。可以应用这些约束工具，组成不同的约束。约束工具用途说明约束自由度数

点线约束构件1的连接点，只能沿构件2连接点标记的Z轴运动2个移动点面一个点只能沿着指定面运动3个旋转方向约束2个构件之间的相对转动3个旋转平行轴约束构件1的z轴始终平行于构件2的z轴，即：构件1只能绕构件2的一个轴旋转2个旋转垂直轴约束构件1的z轴始终垂直于构件2的z轴，即：构件1只能绕构件2的两个轴旋转1个旋转表5-2常用的指定约束工具指定约束的方法：1）在Build菜单中选择Joints项，显示连接对话框，在选择有关约束工具；2）设置栏选择连接构件的方法有以下3种：1个位置（1location)：选择一个连接的位置

，由ADANMS/View确定连接的构件。2个构件1个位置（2Bodies-1Location)：选择需连接的两个构件和一个连接位置。连接件固定在构件1（先选择的构件）上，构件1相对构件2而运动。2个构件2个位置（2Bodies-1Location）：选择需连接的两个构件，以及这两个构件的连接点。3）选择连接方向，有两种方法：栅格方向（NormaltoGrid)：当显示工作栅格时，连接方向垂直于栅格平面，否则，连接方向垂直于屏幕。选取方向（PickFeature）：通过一个在栅格或屏幕平面内的方向矢量确定连接方向。。4）根据屏幕底部状态栏的提示，以此选择相互连接的构件1、构件2、连接位置和方向等5）确定连接点的位置；6）如果以上选择了选取连接方向，可以用鼠标环绕对象移动，此时显示表示连接方向的箭头。在合适的位置按鼠标左键，完成指定约束设置。5.5凸轮机构ADAMS/View可以处理尖底凸轮和曲底凸轮两种机构。尖底凸轮机构，如图5-7所示。

移除两个DOF构成元件：两个物件。第一个物件—接触点；

第二个物件—曲线

一般应用于点对边缘接触或销对槽接触的凸轮设计。图5-7尖底凸轮机构凸底凸轮机构：物体的接触碰撞固定于曲线之间，因此，碰撞点不会离开曲线。移除两个DOF构成元件：

两个物件；两条曲线。一般应用于凸轮对凸轮的系统。如图5-8所示。图5-8凸底凸轮机构5.6定义机构的运动5.6.1运动的类型和定义值ADAMS/View提供了两种类型的运动: