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跟我学Adams虚拟样机：基础篇(一) 运动学仿真入门

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这篇博文是Adams虚拟样机系列的第一篇，将通过一个最简单的曲柄摇杆机构，介绍用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。

其中将涉及：Adams View工作环境的设置、已知各杆件位姿时的放置法建模、各杆件姿态未知时的装配法建模、连杆的绘制、特征的重命名、构件位姿的调整、转动副的添加、角速度驱动的施加、仿真器的设置、运动参数的测量、仿真数据的处理和输出、仿真视频的输出等。

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曲柄摇杆机构运动仿真视频

本教程基于Adams 2020 下载地址及安装教程

1. 启动Adams并设置工作环境

1.1. 启动Adams View

双击打开 Adams View 2020

[Welcome to Adams 窗口]
点击 New Model 左侧图标新建模型

New Model 新建模型
Existing Model 打开现有模型（*.bin，包含所有工程信息，包括设置和仿真结果）
Exit 退出

1.2. 新建模型

[Create New Model 窗口]
ⓐ 在 Model Name 栏中输入模型名称 example_1_crank_rocker
ⓑ 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

Model Name 模型名称：第一个字符必须是字母，其他地方可以有数字、符号等
Gravity 重力: 默认Y轴负方向
Units 单位: 默认MMKS
Working Directory 工作路径：不能有中文、空格 (如果某一栏呈黄色，代表输入的内容不合法)

1.3. 设置工作环境

1.3.1. 设置单位

[主菜单]
ⓐ 点击 Settings
ⓑ 点击 Units

[Units Settings 窗口]
ⓒ 点击 MMKS 按钮
ⓓ OK

MMKS：mm, kg, N, s, deg, Hz（一般选这个）
MKS：m, kg, N, s, deg, Hz
CGS：cm, g, dyne(达因, =10e-5N), s, deg, hz
IPS：inch, pound mass, pound force, s, deg, hz

1.3.2. 设置工作网格

[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 350mm，Y 方向 250mm) 、间隔大小 (X、Y 方向均为 10mm) 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)

1.3.3. 设置图标大小

[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 20
ⓓ OK

1.3.4. 打开光标位置显示

ⓐ 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

2. 创建机构模型

所要分析的四杆机构各杆长度分别为 120mm, 250mm, 260mm, 300mm, 曲柄1匀速转动的角速度为30°/s

2.1. 放置法建模

需要通过计算或者作图得出初始构型各杆件的位姿，进行精准的放置。当曲柄水平时，摇杆的角度可计算为大约113.62°。当这个角度被近似为整数，即114°时，会导致连杆的长度从250mm被近似为248.86mm，从而使得机构仿真结果存在较大的误差。当角度的保留位数增加，这个误差可以减小，但无法完全消除。

2.1.1. 创建构件模型

2.1.1.1. 创建曲柄

2.1.1.1.1. 创建曲柄模型

[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，比如杆长 Length
ⓔ 在 Length 栏输入杆长数值 120 (单位与模型单位一致的时候无需输入单位)
ⓕ 单击工作区中曲柄的一端，即 (0,0,0) 位置
ⓖ 水平右移光标，当出现连杆的几何形体后，单击工作区，完成曲柄的创建

Length 杆长
Width 宽度
Depth 厚度

2.1.1.1.2. 曲柄的重命名

[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

2.1.1.2. 创建摇杆

2.1.1.2.1. 创建摇杆模型

[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
ⓓ 勾选需要控制的量，比如杆长 Length
ⓔ 在 Length 栏输入杆长数值 260

[工作区]
ⓕ 单击摇杆的一端，即 (300,0,0) 位置
ⓖ 水平右移光标，当出现连杆的几何形体后，单击工作区，完成摇杆的创建
ⓗ 按照 2.1.1.1.2. 曲柄的重命名 中的步骤，将摇杆重命名为ROCKER

2.1.1.2.2. 调整摇杆位姿

[工作区]
ⓐ 点击选中摇杆

[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（摇杆左端，MARKER_3）

[左侧 Rotate 栏]
ⓔ 在 Angle 文本框中输入旋转角度 114 (单位: °)
ⓕ 点击逆时针方向按钮，摇杆即绕左端逆时针转动114°

2.1.1.3. 创建连杆

[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
ⓓ 不选 Length复选框

[工作区]
ⓔ 单击连杆的一端，即曲柄的右端 MARKER_2
ⓕ 单击连杆的另一端，即摇杆的上端 MARKER_4，完成连杆的创建
ⓖ 按照 2.1.1.1.2. 曲柄的重命名 中的步骤，将摇杆重命名为LINK

注: 机架为ground，无需专门建

2.1.2. 创建运动副

2.1.2.1. 创建与机架相连的运动副（JOINT_A和JOINT_D）

[功能区]
ⓐ 选择 Connectors 选项卡

ⓕ 1.45分别按照 2.1.1.1.2. 曲柄的重命名 中的步骤，重命名两个约束为JOINT_A / JOINT_D

2.1.2.2 创建不与机架相连的运动副（JOINT_B和JOINT_C）

[功能区]
ⓐ 选择 Connectors 选项卡

ⓗ 分别按照 2.1.1.1.2. 曲柄的重命名 中的步骤，重命名两个约束为JOINT_B / JOINT_C

2.1.3. 施加运动

[功能区]
ⓐ 选择Motions选项卡
ⓑ 点击Joint Motions中的 Rotational Joint Motion 图标

[左侧 Rotational Joint Motion 栏]
ⓒ 在Rot. Speed栏中输入角速度为30 (默认单位°/s)

[工作区]
ⓓ 单击转动副JOINT_A，运动被施加到JOINT_A上

2.2. 装配法建模

装配法建模可以解决放置法建模需要计算且结果不精准的问题。(示例模型命名为example_2_crank_rocker_asm)

2.2.1. 创建构件模型

按照 2.1.1.1 创建曲柄 中所述的方法，创建并命名曲柄(CRANK，120mm，左端在(0,0,0) 处，水平向右)、摇杆(ROCKER，260mm，下端在 (300,0,0) 处，斜向左上)、连杆(LINK，250mm，下端在 (120,0,0) 处，斜向右上)

2.2.2. 创建运动副

2.2.2.1. 创建初始位置重合的运动副 (JOINT_A、JOINT_B和JOINT_D)

按照 2.1.2.1. 创建与机架相连的运动副 (JOINT_A和JOINT_D) 中所述的方法，创建并命名运动副 JOINT_A 和 JOINT_D；按照 2.1.2.2. 创建不与机架相连的运动副(JOINT_B和JOINT_C) 中所述的方法，创建并命名运动副JOINT_B

2.2.2.2. 创建初始位置不重合的运动副（JOINT_C）

[功能区]
ⓐ 选择 Connectors 选项卡
ⓑ 点击 Joints 中的 Create a Revolute Joint 图标

[左侧 Revolute Joint 栏]
ⓒ 选择 2 Bodies - 2 Locations (选择两个物体和两个连接位置)
ⓓ 选择 Normal To Grid (转轴垂直于栅格平面)

[工作区]
ⓔ 点击连杆 LINK
ⓕ 点击摇杆 CRANK
ⓖ 点击连杆上端点 MARKER_6 ⓗ 点击摇杆上端点，完成运动副的创建
ⓘ 按照 2.1.1.1.2. 曲柄的重命名 中的步骤，重命名约束为 JOINT_C

2.2.3. 施加运动

和放置法完全相同不再赘述，详见 2.1.3. 施加运动

2.2.4. 装配模型

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

[Simulation Control 窗口]
ⓒ 点击 Perform initial conditions solution 按钮，计算初始构型

[Information Control 窗口]
ⓓ Close，关闭 Information 窗口
ⓕ 关闭 Message Window 窗口

2.2.5. 保存装配模型

[Simulation Control 窗口]
ⓐ 点击Save the model按钮

[Save Model at Simulation Position 窗口]
ⓑ 在New Model栏中输入新的模型名称 example_2_crank_rocker_asmed
ⓒ OK，完成模型的保存

[导航窗格]
ⓓ 点击导航窗格上方的小箭头可以看到，现在数据库中保存有两个模型，一个是装配前的模型，另一个是装配完成后的模型

3. 仿真与测试

3.1. 渲染模型

[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

3.2. 仿真模型

[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 12
ⓓ 设置 Steps (总步数) 为 200
ⓔ 点击 Start Simulation 按钮，开始仿真
ⓕ 点击 Reset to Input Configuration 可恢复初始构型

3.3. 播放仿真动画

[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

3.4. 测量模型

通过测量得到构件的实时运动特征

3.4.1. 摇杆和曲柄的角位移测量

3.4.1.1. 放置标记点

[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 (350,0,0) 处创建MARKER_18

3.4.1.2. 创建角度的测量

3.4.1.2.1. 曲柄角度的测量

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

[左侧 Angle Measure 栏]
ⓒ 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

3.4.1.2.2. 摇杆角度的测量

3.4.1.2.1. 曲柄角度的测量

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

[Angle Measure 窗口]
ⓒ 点击 Advanced

[Angle Measure 窗口]
ⓓ 更改 Measure Name 即测量名称为 MEA_ANGLE_3

ⓘ OK，完成摇杆角度测量的创建

3.4.1.3. 显示关闭的测量曲线

[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

3.4.2. 摇杆角速度和角加速度测量

[工作区]
ⓐ 右击摇杆 ROCKER
ⓑ 点击或鼠标滑向 Part: ROCKER
ⓒ 点击 Measure

[Part Measure 窗口]

4. 测试结果的后处理

4.1. 测量曲线的编辑

4.1.1. 曲线数据源的选择

[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 MEA_ANGLE_3，即摇杆的角度，作为纵轴的数据源
ⓗ 点击 Add Curve，即显示测量曲线

4.1.2. 横坐标的变化范围修改

[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 haxis，即横坐标

[Adams PostProcessor: 左下属性窗口]
ⓓ 取消选择 Auto Scale
ⓔ 更改 Limits 范围为 0.0~360.0，完成横坐标的变化范围的修改

类似的，也可以修改其他图形属性

analysis 左下角analysis标识属性
date 右下角日期属性
title 上方标题
curve_1 曲线属性，包括标签名称、颜色、线型、线宽、标记点等
haxis 横坐标
vaxis 纵坐标

4.1.3. 提取曲线上各点的坐标、斜率

[Adams PostProcessor: 上方工具栏]
ⓐ 点击 Plot tracking 按钮

[Adams PostProcessor: 工作区]
ⓑ 在测量曲线图中横向移动光标，相关信息实时显示

4.1.4. 曲线求导

[Adams PostProcessor: 上方工具栏]
ⓐ 点击Curve Edit Toolbar按钮

[Adams PostProcessor: 曲线编辑工具栏]
ⓑ 点击 Differentiate a curve 按钮

[Adams PostProcessor: 工作区]
ⓒ 点击所要求导的曲线 curve_1，生成纵坐标对横坐标的求导结果，即摇杆的速度曲线 (图中蓝色虚线)

4.2. 结果输出

4.2.1. 将测量曲线输出为数据文件形式

[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 angle3_angle1
ⓔ 右击 Results Data 栏
ⓕ 点击或鼠标滑向 Result_Set_Component
ⓖ点击或鼠标滑向 Guesses
ⓗ 选择* (代表输出列表中的全部数据，其中 Q 代表标题曲线的摇杆角加速度曲线的 y 坐标值，Time 代表对应的时间。要选择其他的可以在 Browse 里面找，也可手动输入)
ⓘ OK，完成数据文件的输出

数据文件以 angle3_angle1.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。

4.2.2. 输出仿真动画

[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: 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crank_rocker_mechanism
ⓜ 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)