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机械系统的建模和结构分析2021/8/21主要内容 机械系统的组成 参考机架 坐标系 机械系统的自由度 速度、加速度和角加速度2021/8/22机械系统的组成 机械系统是机器和机构的总称，由构件和零件组成 机构由两个以上具有相对运动的构件组成，用于传递运动或改变运动形式 机器是由若干机构组成的系统 机构的构件既保持接触，又有一定的相对运动 运动副：两构件既保持接触，又有一定的相对运动的连接2021/8/23参考机架 参考机架：计算速度、加速度的参考坐标系 地面参考机架：为独立的惯性参考坐标系 构件参考机架：对每一个刚体都有一个参考机架，刚体上各点相对于该构件参考机架是静止的2021/8/24坐标系 地面坐标系：固定坐标系 构件机架坐标系：固定在构件上随构件运动，它相对地面坐标系的位置和方向确定构件的位置和方向 标记坐标系：也称标记固定标记：固定在构件上，用于确定构件的形状、质心、力的作用点和构件的连接位置浮动标记：相对构件运动，有的力和运动要用它定位2021/8/25坐标系xz”y”x”zyxzy固定坐标系标记坐标系构件坐标系2021/8/26确定坐标系的位置和方向 欧拉角法：坐标系原点在基准坐标系中的坐标， 三点法： X-Z点法：2021/8/27欧拉角法： 坐标系原点在基准坐标系中的坐标x0,y0,z0 坐标系相对基准坐标系的旋转轴、旋转角度和旋转顺序。

常用为3-1-3旋转法则：1、2、3代表x、y、z轴，3-1-3表示先绕基准坐标系的z轴旋转，再绕基准坐标系的x轴旋转，最后再绕基准坐标系的z轴旋转 共有24种组合，代表不同的旋转方式不能连续对基准坐标系的同一轴旋转2021/8/28三点法： 不在同一直线上的三点A,B,C在定位坐标系的坐标值； A,B,C，3点在基准坐标系的坐标值；2021/8/29X-Z点法： 定位坐标系原点O在基准坐标系中的坐标x0,y0,z0 定位坐标系x或z轴上一点A的坐标 x-z平面上另一点B的坐标,B点与O,A不共线2021/8/210机械系统的自由度 自由度：机械系统中各构件相对地面构架的独立运动数 n活动构件数，m运动副总数 Pi-第I个运动副的约束条件数 Qj-第I个原动机的驱动约束条件数 S-原动机总数 Rk其它约束条件数2021/8/211系统的自由度例 系统自由度F0,且Qj=0，系统蜕化为刚体系统 系统自由度F0,且Qj0，表明原动机将不能驱动系统，或系统在薄弱环节将损坏 当F=0,且Qj0，机械系统有确定运动 当F0,机械系统没有确定的相对运动2021/8/212系统自由度的计算 复合铰链：m个构件在一处以铰链联接 局部自由度：与构件运动无关的自由度 虚（重复）约束： 轨迹重合 转动副轴线重合 移动副导轨平行 其它重复约束(m-1)虚约束对刚体无影响，对柔性体可增加刚度，但在计算运动将删除虚约束。

2021/8/213速度计算xzyxozyoprrpr设地面坐标系o-xyz, 构件坐标系o-xyz, p点固结在构件坐标系o-xyz，它在地面坐标系o-xyz中的矢量为2021/8/214机械系统动态仿真 DynamicSimulationofMechanicalSystem美国MSC公司;MDI(MechanicalDynamicsInc.) ADAMS:AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems2021/8/215MSC. ADAMS Adams 是集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件 世界上目前使用范围最广、最负盛名的机械系统仿真分析软件 产生复杂机械系统的虚拟样机，真实地仿真其运动过程，并且可以迅速地分析和比较多种参数方案，直至获得优化的工作性能， http:/202.38.65.108/ylb/yqsb/gccl/2005060716.htm2021/8/216参考资料 ADAMS虚拟样机技术入门与提高郑建荣编著北京机械工业出版社2002 ADAMS实例教程李军,邢俊文,覃文洁等编北京北京理工大学出版社2002 虚拟样机技术及其在ADAMS上的实践王国强,张进平,马若丁编西安西北工业大学出版社2002 软件：ADAMSv11帮助文档2021/8/217作业 上机练习1, 2, 3 上机大作业，参考ADAMS/View使用入门练习 ftp:/202.38.71.7Username: studentPassword: student2021/8/218虚拟样机 Virtual Prototyping 真实系统的功能仿真 大大减少设计-样机-试验-改进循环所需时间 提高产品质量 降低成本2021/8/219“目标是将开发时间从60个月降为12个月，和把成本从60-70亿降为10亿美元”Boeing, Commercial Airplane GroupGetting There Faster2021/8/220数字汽车 Full Vehicle底盘引擎传动车身SuspensionSteeringBrakesTiresValvetrainCranktrainChain/BeltAcc. DrivesTransmissionClutchDifferentialAxles/CVBody-in-whiteFrameSeatingRestraintsRoadDriverTest Rigs2021/8/221虚拟样机成功案例Daimler-ChryslerDaimler-Chrysler汽车汽车 降低成本降低成本$8000$8000万元万元 上市时间提前上市时间提前8 8个月个月 每辆汽车利润增加每辆汽车利润增加$1,500$1,500元元 物理样机从物理样机从5050辆减少为辆减少为 3131辆辆2021/8/222汽车机械铁路、工程机械航空、航天、国防虚拟样机技术在各主要工业部门都取得显著成就2021/8/223飞机着陆时的起落架变形2021/8/224飞机着陆时的起落架变形2021/8/225ADAMS/PPT (后处理)2021/8/226液压+机械仿真Hydraulic + Mechanical Simulation 可运行包含液压回路的整个系统仿真 静态、瞬态、动态和线性分析 调整液压元件参数使系统优化2021/8/227获得所有液压仿真分析结果 包括压力、流量、阀门位置、, 油缸位置等。

2021/8/228空间望远镜展开系统概念设计2021/8/229高性能越障机器人的性能设计2021/8/230 ADAMS/View,Solver求解器 ADAMS/PostProcessor后处理 ADAMS/Controls控制 ADAMS/Hydraulics液压 ADAMS/Flex柔性 ADAMS/Animation动画 ADAMS/Linear线性 ADAMS/Exchange接口 ADAMS/Insight优化 ADAMS/Car轿车 VehicleDesign SuspensionDesign ADAMS/Driver驾驶员 ADAMS/Engine引擎 ADAMS/Pre轿车性能 ADAMS/Tire轮胎 ADAMS/Rail机车 CAT/ADAMS MECHANISM/Pro ADAMS/SDKCAD嵌入模块ADAMS 动态仿真模块2021/8/231MSC. SoftwareMSC.ADAMS、MSC.Nastran、MSC.Fatigue集成方式*由MSC.Nastran对部件进行有限元分析，生成含有模态信息的mnf文件；*将mnf文件导入MSC.ADAMS中，创建刚柔耦合模型；*由MSC.ADAMS对机构进行动力学分析；*分析得载荷和位移等边界条件可转入MSC.Nastran进行详细的应力、振动、噪音分析；*分析得到的载荷时间历程信息可通过格式文件转入MSC.Fatigue中进行疲劳分析。

2021/8/232数字工程Digital EngineeringProductDataManagementSystemTraditionalComponent-focusedCAD/CAE/CAMSystem-focusedVirtualPrototypingDesign - Development - ProductionCADCAECAMVirtualMock-upVirtual Prototyping & TestingVirtual Production2021/8/233针对系统的解决方案System - Focused SolutionsProduct Data Management SystemTraditional Component-focused CAD/CAE/CAMSystem-focused Virtual PrototypingDesign - Development - ProductionCADCAECAM虚拟模型虚拟样机试验虚拟生产Product Data Management SystemTraditional Component-focused CAD/CAE/CAMCADCAECAM设计设计验证数字装配生产建模测试验证优化自动化2021/8/234产品生命周期ProductLifeCycleDesignDesignValidateValidateAssemblyAssemblyServiceService做什么样的 ?满足要求 ?能工作吗 ?可靠吗 ？能做出来吗 ?维护方便吗 ?ConceptConcept2021/8/235INFORMATIONRISKProductDevelopmentProcessforManufacturersDesignDesignValidateValidateAssemblyAssemblyServiceServiceConceptConceptReduced Risk Through Better InformationIMPROVEMENTWith Virtual Prototyping2021/8/236 Build Test Validate Optimize AutomateFunctional Virtual Prototyping2021/8/237ControlsFlexibilityHydraulicsTestData3DCADBuild System Model2021/8/238优化模型 Circuit Breaker Example (courtesy of ABB) 刚体柔性体2021/8/239虚拟样机仿真分析步骤2021/8/240ADAMS运行准备 程序安装 License 管理 设本机为客户机：程序ADAMS11.0LicenseClient在弹出窗口键入本机的机器名或IP地址设定服务器：程序ADAMS11.0LicenseServer 在弹出窗口键入服务器IP地址:202.38.87.224或C:ProgramFilesADAMS11.0network运行程序：程序ADAMS11.0Aview 出现欢迎窗口：选择工作类型、工作目录、模型名、单位制等2021/8/241ADAMS用户界面 菜单 Menu 主工具箱 Main toolbox 标准工具箱 Standard toolbox 状态栏 Status toolbar 弹出菜单 Popup menu 命令窗 Command window2021/8/242ADAMS菜单 File（文件） Edit（编辑） View（视窗） Build（建模） Simulation（仿真） Review（观察） Settings（设置） Tools（工具） Help（帮助）2021/8/243主要文件类型 .bin包含所有模型信息的二进制文件 .adm用ADAMS专有语言描述的模型文件 .cmdCommand文件 .reqRequest文件（分析输出的时间历程） .resResult文件（仿真分析的信息） .gra图形文件 *.*测试。