ADAMS的高位自卸车仿真

高位自卸车原理的仿真 2010-5-1 高位自卸车原理的仿真 工学院07级机电1班 姓名：王 斌 学号：2007307200397 2010年5月1日 高位自卸车原理的仿真 一、题目说明 在我参加“机械创新设计大赛”最初的时候，就想通过我所学到的有关液压，机械方面的知识来实现“抗震救灾的功能”（2010年全国机械创新设计大赛的主题）,但由于种种原因后来没有实现这一想法。但是，当老师让我们完成ADAMS软件学习相关的课程作业时，我再一次的想到了以上这一点。 我想通过在上课中学到的ADAMS软件知识以及自己摸索的，来搞清楚液压和机械的有关知识，是如何运用在高位自卸车上的。同时也想进一步，通过这个最后的课程作业，来熟悉老师上课交给我们的知识。 在认真考察和查阅有关自卸车的相关知识后，我通过结合现实和自己的所想将自卸车的原理图绘制（CAD）如下。其中：虚线为其在自卸过程中打开的最大位置，自卸装置有很多种，我选择了如下液压装置推升车体的“重卡”。 二、建立模型构件 高位自卸车由车体、轮系、以及液压装置和车厢组成，下面依次进行建模： 1、创建车体 （1）启动ADAMS/View 勾选一栏，以创建一个性新的Model； 然后点将新建的个体的保存路径更改为事先相好的文件夹； 最后在凹陷的框框里将新创建的个体名称改为想好的名称，这里是改为：wangbin_2007307200397 设置工作栅格。单击菜单【Settings】→【Working Gird】后，在弹出的设置工作栅格对话框中，将Size设置为X（10m），Y（10m），Spacing设置为X（0.5m），Y（0.5m）。 设置完后，需点击来对栅格范围进行适当的缩放，以确保作图方便。 设置图标。单击菜单【Settings】→【Icon】，弹出图标设置对话框，在New Size输入框中输入0.5m。 （5） 打开坐标窗口。按下F4键或者单击菜单选项中的【View】→【Coordinate window F4】，打开坐标窗口，当鼠标在图形区移动时，在坐标窗口中显示了当前鼠标所在位置的坐标值。 绘制长方体1。单击工具栏中的绘制长方体按钮，并在工具栏下端的输入框中将Length、Height和Depth勾选中，并分别设置为12m、0.5m和4m，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-6000，Y=0，Z=0时，单击鼠标左键，就创建了长方体Part_2，然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键指向Part_2选择【Rename】，将其命名为“dizuo”。 （7）绘制长方体2。单击工具栏中的绘制长方体按钮，并在工具栏下端的输入框中将Length、Height和Depth勾选中，并分别设置为3m、3.5m和4m，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-6000，Y=0，Z=0时，单击鼠标左键，就创建了长方体Part_3，然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键指向Part_3选择【Rename】，将其命名为“chetou”。 （8）给车头（长方体2）倒角。单击工具栏中倒角按钮，并在其下部的Feature: Chamfer 输入1.4m就为： 然后选择两个要倒角面得公共棱（单击），而后再右击即可。 （9）将车体放置在坐标系的正中央。单击工具栏中的试图按钮，然后再点击平移按钮，将其下面对应的Distance 一栏改为2m： 然后分别选中视图框中的“dizuo”和“chetou”，单击右方向按钮，使所作图落在坐标系的正中央。 联接“dizuo”与“chetou”。先调整视图，单击工具栏中的锁连接按钮 ，然后再分别单击“dizuo”和“chetou”（当鼠标在移动过程中显示“chedizuo”和“chetou”的时候单击）。然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键指向JOINT_1选择【Rename】，将其命名为“suo_chetou_dizuo”。 绘制长方体3。单击工具栏中的绘制长方体按钮，并在工具栏下端的输入框中将Length、Height和Depth勾选中，并分别设置为8m、3m和4m，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-2000，Y=500，Z=0时，单击鼠标左键，就创建了长方体Part_4，然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键指向Part_3选择【Rename】，将其命名为“chexiang”。 调整“chexiang”与坐标系的位置，其方法与步骤（9）类似。 （13）调整坐标平面。单击菜单【Settings】→【Working Gird】，在working grid setting对话框中的set orientation下拉列表中选择 Global XZ,然后按apply→OK，并按一下，以调整栅格。 （14）绘制前轮孔。单击绘制圆柱按钮，并在工具栏下端的输入框中，将Cylinder设置为New Part，勾选中Length和Radius并分别设置为1m，1m，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-4500，Y= -2000，Z=0时，按下鼠标左键，然后向下拉动，创建圆柱体Part_5，然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键指向Part_5选择【Rename】，将其命名为“qianlunkong1”。 （15）同理当鼠标显示X=-4500，Y= 2000，Z=0时绘制前轮孔2并将其命名为“qianlunkong2”。 （16）同理绘制中、后轮孔。分别将其命名为“zhonglunkong1”、“zhonglunkong2”和“houlunkong1”、“houlunkong2” （17）挖出轮孔。采用布尔减将轮孔挖出来，点击布尔减按钮，然后先点击“dizuo”再点击“qinlunkong1”，如此反复挖出所有轮孔。 （18）由于车厢及车头还没有挖对应的轮孔所以再次重复步骤（14）到（17）步骤。如图二所示 绘制轴承。单击绘制圆柱按钮，并在工具栏下端的输入框中，将Cylinder设置为New Part，勾选中Length和Radius并分别设置为4m，0.4m，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-4500，Y= -2000，Z=0时，按下鼠标左键，然后向下拉动，创建圆柱体Part_5，然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键指向Part_5选择【Rename】，将其命名为“qianzhou”。 依次按照步骤（19）绘制中轴、后轴，“zhongzhou”“houzhou”。 （21） 调整坐标平面。单击菜单【Settings】→【Working Gird】，在working grid setting对话框中的set orientation下拉列表中选择 Global XY,然后按apply→OK，并按一下，以调整栅格。 绘制车轮。单击绘制车轮按钮，并在工具栏下端的输入框中，将Cylinder设置为New Part，勾选中Minor Radius和Major Radius并分别设置为0.3m，0.6m，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-4500，Y=0，Z=0时，按下鼠标左键，创建圆柱体Part_8，然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键指向Part_8选择【Rename】，将其命名为“qianlun1”。 （22）按一下，调整视图。然后单击按钮，将其下面对应的Distance 一栏改为2m：然后分别选中视图框中的“qianlun1”单击右方向按钮，使得该轮子轮在轴的一端。 （23）调整坐标平面。单击菜单【Settings】→【Working Gird】，在working grid setting对话框中的set orientation下拉列表中选择 Global XZ,然后按apply→OK，并按一下，以调整栅格。 （24）复制产生其它各轮。单击复制按钮，并勾选Copy项，然后单击第（21）步创建的“qianlun1”，选择X=-4500,Y=-2000,Z=0点作为复制基点，之后将鼠标移到点X=-4500,Y=2000,Z=0按下则完成前轮2“qianlun2”的复制；同理将后车轮复制到X=2000,Y=-2000,Z=0 X=2000,Y=2000,Z=0 X=4000,Y=-2000,Z=0 X=4000,Y=2000,Z=0。并分别将复制创建的物体命名为对应的命名为“qianlun2”“zhonglun1”、“zhonglun2”、“houlun1”、“houlun2”。 （25）调整坐标平面。单击菜单【Settings】→【Working Gird】，在working grid setting对话框中的set orientation下拉列表中选择 Global XY,然后按apply→OK，并按一下，以调整栅格。 （26）绘制上挡块。单击工具栏中的绘制长方体按钮，并在工具栏下端的输入框中将Length、Height和Depth勾选中，并分别设置为1m、0.5m和1m，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-2500，Y=2500，Z=0时，单击鼠标左键，就创建了长方体Part_14，然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键指向Part_14选择【Rename】，将其命名为“shangdangkuai”。 （27）绘制下挡块。单击工具栏中的绘制长方体按钮，并在工具栏下端的输入框中将Length、Height和Depth勾选中，并分别设置为1m、0.5m和1m，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-2500，Y=500，Z=0时，单击鼠标左键，就创建了长方体Part_15，然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键指向Part_15选择【Rename】，将其命名为“xiadangkuai”。 （28）将车体放置在坐标系的正中央。单击工具栏中的试图按钮，然后再点击平移按钮，将其下面对应的Distance 一栏改为0.5m： 然后分别选中视图框中的“shangdangkuai”和“xiadangkuai”，单击右方向按钮，使所作图落在坐标系的正中央。 （29）绘制液压缸外轴。单击绘制圆柱按钮，并在工具栏下端的输入框中，将Cylinder设置为New Part，勾选中Length和Radius并分别设置为2m，0.5m，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-2000，Y= 2750，Z=0时，按下鼠标左键，然后向下拉动，创建圆柱体Part_16，然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键指向Part_16选择【Rename】，将其命名为“waizhou”。 （29）绘制液压缸内轴。单击绘制圆柱按钮，并在工具栏下端的输入框中，将Cylinder设置为New Part，勾选中Length和Radius并分别设置为2m，0.5m，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-2000，Y= 2750，Z=0时，按下鼠标左键，然后向下拉动，创建圆柱体Part_17，然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键指向Part_17选择【Rename】，将其命名为“neizhou”。 （30）合并“shangdangkuai”与“chexiang”。单击工具栏中的布尔加按钮 ，然后再分别单击“chexiang”和“shangdangkuai”（当鼠标在移动过程中显示“chexiang”和“shangdangkuai”的时候单击）。同理合并“xiadangkuai”与“dizuo”。 车体绘制完成后如图所示： 创建地面 (1) 单击绘制长方体按钮，并在工具栏下端的输入框中将Length、Height和Depth勾选中，分别设置为60m、0.5m和8m，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-24000，Y=-1500，Z=0时，单击鼠标左键，创建球台Part_18。然后将鼠标移至该物体并单击鼠标右键指向Part_18选择【Rename】，将其命名为“dimian”。 （2）将车体放置在坐标系的正中央。单击工具栏中的试图按钮，然后再点击平移按钮，将其下面对应的Distance 一栏改为4m： 然后分别选中视图框中的“dimian”，单击右方向按钮，使所作图落在坐标系的正中央。 3、添加约束 （1） 隐藏地面。点击菜单栏中的Edit，选择旗下的子菜单Appearnce... 然后双击 SHAPE \* MERGEFORMAT ,然后选择其下 SHAPE \* MERGEFORMAT 的项，再按OK键,然后再选择Visibility一栏中的，最后按Apply键，完成对“dimian”的隐藏。 （2）调整坐标平面。单击菜单【Settings】→【Working Gird】，在working grid setting对话框中的set orientation下拉列表中选择 Global XZ,然后按apply→OK，并按一下，以调整栅格。 （3）连接轴与车底。创建固定副，单击，将前轴“qianzhou”、中轴“zhongzhou”、后轴“houzhou”分别固定在车底座“dizuo”上。当鼠标分别指示点为X=-4500,Y=0,Z=0、X=2000,Y=0,Z=0、X=4000,Y=0,Z=0，并将三个固定副分别命名为Joint_qianzhou，Joint_zhongzhou,Joint_houzhou。 （4）调整坐标平面。单击菜单【Settings】→【Working Gird】，在working grid setting对话框中的set orientation下拉列表中选择 Global XY,然后按apply→OK,视图不做调整。 （4） 创建旋转副。单击，将选项设置为2Bod-1 Loc和Normal To Grid，之后单击“qianzhou”和“qianlun1”，再选两部件的交点，形成JIONT_5,然后将其命名为“Jiont_qianlun1”;再单击，在“qianzhou”和“qianlun2”，之间建立JIONT_6再选两部件的交点，形成JIONT_6,然后将其命名为“Jiont_qianlun2”；再单击，在“zhongzhou”和“zhonglun1”，之间建立JIONT_7再选两部件的交点，形成JIONT_7然后将其命名为“Jiont_zhonglun1”；再单击，在“zhonglun”和“zhonglun2”，之间建立JIONT_8再选两部件的交点，形成JIONT_8,然后将其命名为“Jiont_zhonglun2”；再单击，在“houzhou”和“houlun1”，之间建立JIONT_9再选两部件的交点，形成JIONT_9,然后将其命名为“Jiont_houlun1”；再单击，在“houzhou”和“houlun2”，之间建立JIONT_10再选两部件的交点，形成JIONT_10,然后将其命名为“Jiont_houlun2”。 （5）在“waizhou”和“chexiang”,“neizhou”和“dizuo”车底之间添加转动副。单击，调整视图。单击，将选项设置为2Bod-1 Loc和Normal To Grid，之后单击“waizhou”和“chexiang”，再选两部件的交点，形成JIONT_11,然后将其命名为“Jiont_waizhou_chexiang”；再单击，将选项设置为2Bod-1 Loc和Normal To Grid，之后单击“neizhou”和“dizuo”，再选两部件的交点，形成JIONT_12,然后将其命名为“Jiont_neizhou_dizuo”如图四所示。 （3）创建滑移副。单击 ，然后选择2bodies-1Loc和Pick Feature项，然后单击构件“waizhou”和“neizhou”，在选择waizhou.cm点，拖动鼠标直到出现一个与“waizhou”方向相同的箭头时按下鼠标左键，此时就在“waizhou”和“neizhou”之间创建了一个滑移副，如图四所示。然后将其命名为“Jiont_waizhou_neizhou” （5）在“dizuo”和“chexiang”之间添加转动副。单击，将选项设置为2Bod-1 Loc和Normal To Grid，之后单击“dizuo”和“chexiang”，再选两部件的后底部中间交点，形成JIONT_14,然后将其命名为“Jiont_dizuo_chexiang”； 施加载荷 添加个轮子与地面之间的接触约束。单击接触按钮，在弹出的对话框中，选择Contact Type设置为Solid To Solid，在I Solid输入框中单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择【Contact_Solid】→【pick】，然后在图形区拾取地面“dimian”，这时在输入框中就输入了构件dimian的实体几何元素（BOX_50）。用同样的方法在J Solid输入框中输入qianlun1的实体名称（qianlun1.TORUS_31），Friction Force一栏选择为Coulomb，其他设置使用默认设置，操作界面如图五所示，建立CONTACT_1，将其更名为CONTACT_qianlun1。同理在其它轮与地面之间添加接触约束，分别将其命名为CONTACT_qianlun1、CONTACT_qianlun2、CONTACT_zhonglun1、CONTACT_zhonglun2、CONTACT_houlun1、CONTACT_houlun2。 （2）给个轮子添加驱动。点击调整视图，然后改为线框模式，添加驱动。单击，然后将鼠标移动到视图区，当显示JIONT_qianlun1的时候按下鼠标左键，完成添加并将其更名为MOTION_qianlun1；如此一样的给其他五个轮子添加驱动并分别更名为：MOTION_qianlun2、MOTION_zhonglun1、MOTION_zhonglun2、MOTION_houlun1、MOTION_houlun2。 （3）创建固定副。单击，将地面“dimian”、大地“ground”相连。 （4）给化冻副添加驱动。单击，然后将鼠标移至视图框中的滑动副，当出现JIONT_waizhou_neizhou的时候单击鼠标左键，即完成驱动添加。并将其更名为MOTION_neizhou_waizhou。 设置各作用力 （1）修改轮子与地面之间的接触参数。将鼠标移到视图一定的地方，然后单击鼠标右键，当出现“Contact：CONTACT_qianlun1时选择其中的Modify，然后将其中的stiffness一栏的数据改为2500，然后再按下Apply按键，就完成了设置。同样将CONTACT_qianlun2中stiffness一栏的数据也改为2500、将CONTACT_zhonglun1和CONTACT_zhonglun2中stiffness一栏的数据改为500、将CONTACT_houlun1和CONTACT_houlun2中stiffness一栏的数据改为750。 （2）修改轮子作用力的接触参数。将鼠标移到视图一定的地方，然后单击鼠标右键，当出现“Motion：MOTION_qianlun1时选择其中的Modify，然后将Function（time）一栏函数改为：-400.0d * time，然后然后再按下Apply按键，就完成了设置。用同样的方法将MOTION_qianlun2、MOTION_zhonglun1、MOTION_zhonglun2、MOTION_houlun1、MOTION_houlun2参数进行设置，如图七所示。 （2）修改轮子作用力的接触参数。将鼠标移到视图一定的地方，然后单击鼠标右键，当出现“Motion：MOTION_neizhou_waizhou时选择其中的Modify，然后将Function（time）一栏函数改为：500*(2-COS(40d*time)-ABS(COS(40d*time)))，然后然后再按下Apply按键，就完成了设置,同样方法见图七。 8、运行仿真。 单击仿真按钮，将仿真时间设置为10s，仿真步数设置为500，单击按钮开始仿真计算。 运动仿真计算 由于我所设计的高位自卸车，在X 和-X方向有位移所以，不要对其他方向上运动进行仿真，只需要对X和-X方向的各个设计物体进行速度与加速度的仿真计算即可。 1、对外轴“waizhou”进行仿真计算，左图八为“waizhou”在X方向上的速度，右图九为“waizhou”在X方向上的加速度： 2、对内轴“neizhou”进行仿真计算，左图十为“neizhou”在X方向上的速度，右图十一为“neizhou”在X方向上的加速度： 3、对车厢“chexiang”进行仿真计算，左图十二为“chexiangu”在X方向上的速度，右图十三为“chexiang”在X方向上的加速度： 4、对轮子（前轮）“qianlun”进行仿真计算，左图十四为“chexiangu”在X方向上的速度，右图十五为“chexiang”在X方向上的加速度： 由以上仿真图像可以得到，高位自卸车在行进的过程中，其自卸拖箱按照事先想好的方向移动着，而其中可以从图中可以知道的是： ① 在X方向上各个构件都有比较平稳的速度进行过渡； ② 在X方向的加速度都有相应的跳动，这个与轮子上的CONTACT的stiffness一栏相应参数的设置有关。 ③ 不同构件之间，X方向上的速度与加速度都有非常的相似之处，这样就保证高位自卸车在行进的过程中，虽然各个构件都有一定的跳动，但能够相互补充抵消，达到平稳运行的效果。 对虚拟样机技术的认识 在开始学习虚拟样机课的时候，因为要搞“2010年全国机械创新设计大赛” ，对ADAMS这个软件有一定的了解。在我们这个机械创新团队里面因为分工有所不同所以我只是对其了解的非常肤浅，浅显地认为这款软件，能够将我们所设想的机构画出来，并且然后让它动起来，但在后来的学习过程中发现这款软件的功能还是非常之大的，它不仅可以模拟实现机构按照我们事先相好的方式进行运动，而且还可以通过它的仿真参数对所画的就够做相应的调整。从而使得机构在运行的过程中更加接近现实情况。 我在再设计和仿真“高位自卸车”的时候，也发现并解决很多自己之前很疑惑的问题。这之前，我以为绘制一个机构比对这个机构进行添加约束，施加驱动力然后让它动起来要难得多，但当我画这个图的过程中我才发现实际情况刚好与这个相反：仿真——对个机构参数和力的设置非常的非常的重要。一旦你选择的参数不对就会使得你所设计的机构运动出现问题。 最开始，我将接触CONTACT的stiffness参数都设置成为一样的，完了才发现原来这样不行。这样得到的“高位自卸车”在运动的过程中会跳动，后来有将近一段时间，我不知道该如何再继续进行下去。直到有一天，在与同寝室的一个同学探讨此类问题的时候，他说：一般机构都没有什么问题，就看你所画的约束和驱动对不对，在设置驱动的时候尤其的关键，各种力搭配不对就直接影响到机构按照事先预想的那样运动了，所以要多去尝试。 听他这么一说，我突然发现。哎，真的咧，我的机构应该不会出什么问题，而问题的关键可能就是我所添加的驱动力的设置，所以我应该多朝着这个方向改改。在有了确定方向以后，我就针对：CONTACT、MOTION参数来专门调整。我先对轮子的MOTION参数进行了调整发现这样的改动没有什么实质性的作用，这时我突然联想到实际情况中，汽车走的稳不稳不应该跟油门有多大关系，而应该与地面的凹凸程度有关。这不就是接触CONTACT吗。顺着这个思路，我将CONTACT的stiffness参数做了很大调整以便观察它的变化。突然发现这样改动之后对于整个车的运行有着非常的影响，于是我就调整了很多次。最终将前轮的stiffness参数设置为2500，中轮的stiffness参数为500，后轮的stiffness参数为750，这样才达到了预先设想的效果。 然后在设置Motion_neizhou_waizhou 的时候我再一次的采用了同样的方法，解决了自卸装置的打开和回收问题。 总地来说，我发现，在整个学习ADAMS软件的过程中我学到了不仅是如何去画图，而且也明白什么事情不能够想当然地去做。这样你会收获不了什么东西，而是应该去多尝试，只有这样才能真正地学到并收获自己想要的。 高位自卸车模拟图 图一：高位自卸车原理图 图二：自卸车六个轮孔 图三：完成后的车体图 +wangbin_2007307200397 Model +dimian Part 图四：液压轴示意图 图五：接触约束的添加和设置 图六：CONTACT设置方法 图七：MOTION设置方法 图八：waizhou X方向速度 图九：waizhou X方向加速度 图十一：neizhou X方向加速度 图十：neizhou X方向速度 图十三：chexiang X方向加速度 图十二：chexiang X方向速度 图十四：chexiang X方向速度 图十五：chexiang X方向加速度 第页