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。

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

目录

2. 创建机构模型

2.1.1.2. 创建摇杆

2.1.1.3. 创建连杆

2.1.2. 创建运动副

2.1.3. 施加运动

2.2. 装配法建模

2.2.3. 施加运动

2.2.4. 装配模型

2.2.5. 保存模型

3. 仿真与测试

3.4.1.3. 显示关闭的测量曲线

3.4.2. 摇杆角速度和角加速度测量

4. 测试结果的后处理

4.2. 结果输出

参考文献

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

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 FOOLISHAdamsExampleTemp (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

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

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

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

12[左侧 Revolute Joint 栏]ⓑ点击 Joints 中的 Create a Revolute joint 图标ⓒ选择 1 Location - Bodies impl. (自动暗指到大地)ⓓ选择 Normal To Grid (转轴垂直于栅格平面)[工作区]ⓔ点击选择曲柄和机架的连接点 MARKER_1点击选择摇杆和机架的连接点 MARKER_3完成创建曲柄和机架之间的转动副A 完成创建摇杆和机架之间的转动副D

ⓕ 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

12[左侧 Revolute Joint 栏]ⓑ点击 Joints 中的 Create a Revolute joint 图标ⓒ选择 2 Bodies - 1 Location (选择两个物体和一个连接位置) ⓓ选择 Normal To Grid (转轴垂直于栅格平面)[工作区]ⓔ点击选择曲柄点击选择摇杆ⓕ点击选择连杆ⓖ点击选择曲柄和连杆的连接点 MARKER_2点击选择摇杆和连杆的连接点 MARKER_6完成创建曲柄和连杆之间的转动副B 完成创建摇杆和连杆之间的转动副C

ⓗ 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

123ⓔ右击 First Marker 栏右击 Middle Marker 栏右击 Last Marker 栏ⓕ点击或鼠标滑向Markerⓖ点击Pick[工作区]ⓗ拾取一条边上的标记点 CRANK: MARKER_18拾取角上的标记点 CRANK: MARKER_1拾取另一条边上的标记点 CRANK: MARKER_2

ⓘ 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

123ⓔ右击 First Marker 栏右击 Middle Marker 栏右击 Last Marker 栏ⓕ点击或鼠标滑向Markerⓖ点击Pick[工作区]ⓗ拾取一条边上的标记点 CRANK: MARKER_18拾取角上的标记点 CRANK: MARKER_3拾取另一条边上的标记点 CRANK: MARKER_4

ⓘ 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]

12ⓓ更改 Measure Name 为 ROCKER_ANGULAR_VELOCITY_3更改 Measure Name 为 ROCKER_ANGULAR_ACCELERATION_3ⓔ在 Characteristic 特征下拉列表框中选择 CM angular velocity在 Characteristic 特征下拉列表框中选择 CM angular accelerationⓕ在 Component 分量选项中选择测量绕 Z 轴的分量ⓖOK，摇杆的角速度测量创建完成OK，摇杆的角加速度测量创建完成

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：

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 FOOLISHAdamsExampleTemp 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: 工作区]
ⓒ 单击选中右边的视窗

[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)

视频以 crank_rocker_mechanism.avi 的名称被保存在之前指定的工作路径 E:_KEEP FOOLISHAdamsExampleTemp 下

参考文献

[1] 郭卫东,李守忠.虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2018:13~37.
[2] 李军,邢俊文,覃文洁.ADAMS实例教程[M].北京:北京理工大学出版社,2002:19~50.