4.3.1 模型的建立
在建立模型前需注意如下因素：
外形簡(jiǎn)單的零件用ADAMS建模非常方便，對(duì)于形狀復(fù)雜的零件，相對(duì)于UG、Pro／E等軟件，ADAMS則稍顯遜色。一般來說，可以先用UG、Pro/E等軟件對(duì)復(fù)雜的零件進(jìn)行建模，再將建好的模型傳入ADAMS中進(jìn)行仿真分析。這樣可以大大提高機(jī)構(gòu)分析的效率。
在用ADAMS建模之前，根據(jù)運(yùn)動(dòng)副對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，將各個(gè)零件之間的運(yùn)動(dòng)副表示清楚。這樣不僅可以節(jié)省大量的建模時(shí)間，也可以保證ADAMS的仿真及分析過程能夠順利進(jìn)行。同時(shí)，由于ADAMS在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)求算時(shí)，只考慮零件的質(zhì)心和質(zhì)量，而對(duì)零件的外部形狀不予考慮，因此在模型中精確地描述出復(fù)雜的零件外形，并沒有多大的實(shí)際意義。故模型外形應(yīng)盡量簡(jiǎn)化。當(dāng)然，零件形體描述得越準(zhǔn)確，ADAMS自動(dòng)求算的零件質(zhì)量和質(zhì)心位置也就越精確，但復(fù)雜零件的建模并不是ADAMS的特長(zhǎng)。
多個(gè)零件固結(jié)時(shí)，可以只用一個(gè)零件表示，節(jié)省運(yùn)動(dòng)副數(shù)量。因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)鏈越長(zhǎng)，計(jì)算誤差越大。
4.3.1.1 建立裝配模型
當(dāng)前，在工程領(lǐng)域，應(yīng)用美國(guó)PTC公司的CAD軟件Pro／E和美國(guó)MDI公司的動(dòng)力學(xué)仿真軟件ADAMS聯(lián)合進(jìn)行復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)仿真研究是一種較實(shí)用、較流行的仿真方案。本文的仿真分析中所有模型均是采用這種方案�？紤]到建模的注意因素，在用Pro/E建模的過程中，省去了十字軸萬向聯(lián)軸器的許多細(xì)小結(jié)構(gòu)，如潤(rùn)滑部分、滾針軸承、彈簧卡圈等，只是保留了十字軸萬向聯(lián)軸器在原理上進(jìn)行傳動(dòng)的必需構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副。在此原則下建立的十字軸萬向聯(lián)軸器的各構(gòu)件模型如圖4-2所示，實(shí)際上只包含十字軸和傳遞叉兩個(gè)活動(dòng)構(gòu)件。建立的十字軸萬向聯(lián)軸器的裝配模型如圖4-3所示。
4.3.1.2 建立運(yùn)動(dòng)分析模型
將裝配模型轉(zhuǎn)變?yōu)檫\(yùn)動(dòng)分析模型必須在裝配模型的基礎(chǔ)上加上運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)。由于Pro／E中的圖形導(dǎo)入ADAMS中形成可作為剛體進(jìn)行分析的shell時(shí)，會(huì)丟失大部分幾何特征，如圓變成了多邊形，旋轉(zhuǎn)體的軸線丟失等等。在這種情況下如果再對(duì)模型添加運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，則比較困難，故而我們可以利用MDI公司為ADAMS和Pro／E間做的專用接口模塊Mechanism/Pro，通過Mechanism/Pro（以掛接在Pro／E菜單管理器下的一個(gè)子菜單形式存在），先在Pro／E中添加較簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)（一般而言，由于導(dǎo)入到ADAMS后，圖形的部分幾何信息丟失，在添加運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)時(shí)不能定位，故能在mechanism/Pro下添加的約束盡量在Mechanism/Pro下進(jìn)行），然后再導(dǎo)入到ADAMS中，這樣做的效率較高。
在Prp／E中，對(duì)裝配模型中的十字軸和兩個(gè)傳遞叉間分別添加上兩個(gè)旋轉(zhuǎn)副，在一個(gè)傳遞叉和支承間添加上一個(gè)旋轉(zhuǎn)副，在另一個(gè)傳遞叉和另一個(gè)支承間添加一個(gè)圓柱副（實(shí)際上旋轉(zhuǎn)副也可），再將模型轉(zhuǎn)到ADAMS中，在一端的傳遞叉和支承間的旋轉(zhuǎn)副上添加上一個(gè)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，大小為180°／s。這樣就得到了十字軸萬向聯(lián)軸器的運(yùn)動(dòng)仿真模型。模型如圖4-4所示。
通過對(duì)模型的驗(yàn)證，可知此模型中共有3個(gè)移動(dòng)件，l個(gè)圓柱副，3個(gè)旋轉(zhuǎn)副，1個(gè)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)，機(jī)構(gòu)的自由度為0，機(jī)構(gòu)中有冗余的約束方程（在這種情況下求出的運(yùn)動(dòng)反力是不正確的）。
4.3.2 運(yùn)動(dòng)仿真
在運(yùn)動(dòng)仿真中須注意如下幾點(diǎn)：
在仿真分析中，要求輸入仿真步長(zhǎng)參數(shù)，如果輸入步長(zhǎng)過大，則給出的值可能不精確，隨著模型的變化從這一輸出點(diǎn)突然跳到下一輸出點(diǎn)，得到不連續(xù)的結(jié)果，輸出的曲線也不光滑。要確定有足夠的步數(shù)能捕捉到輸出的尖峰或谷底，否則就要在整個(gè)仿真過程中減小步長(zhǎng)。但是減小步長(zhǎng)會(huì)增加仿真的計(jì)算時(shí)間，需要更多的計(jì)算機(jī)資源；
在仿真分析中如果步長(zhǎng)太大，可能使數(shù)值計(jì)算不收斂，導(dǎo)致仿真失敗，故仿真中選取合適的步長(zhǎng)是比較重要的。
運(yùn)動(dòng)仿真：
選取合適的步長(zhǎng)，在缺省模式下（由前面的自上度為0，可知此時(shí)的仿真是運(yùn)動(dòng)仿真）對(duì)模型做仿真分析，并在結(jié)果中輸出兩軸夾角的測(cè)量值曲線圖（如圖4-6所示）以及輸入、輸出軸角速度測(cè)量的曲線圖（如圖4-7所示）。
在仿真中如果發(fā)現(xiàn)結(jié)果不對(duì)，則我們需要對(duì)前面的模型進(jìn)行修正，然后再做仿真分析，直到結(jié)果正確�？偠灾肞ro/E和ADAMS進(jìn)行聯(lián)合仿真，其基本的步驟如圖4-5所示。
4.3.3 仿真結(jié)果分析
由圖4-6可知，仿真中十字軸萬向聯(lián)軸器的兩軸夾角實(shí)際上即是34.88°（原夾角的補(bǔ)角），在第二章的十字軸萬向聯(lián)軸器理論計(jì)算曲線圖中也包含了這個(gè)夾角下的運(yùn)動(dòng)分析曲線（圖2-12），比較圖2-12中β=34.88°的曲線和圖4-7的曲線，可知兩條曲線在變化頻率、形狀、值的大小都是一樣的。
4.3.4 結(jié)論
由上面的分析結(jié)果可知，利用ADAMS進(jìn)行的仿真在一定的程度上是有效的、正確的。另外據(jù)文獻(xiàn)介紹，物理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與虛擬樣機(jī)用ADAMS的仿真結(jié)果吻合程度超過95%，這進(jìn)一步證明了利用ADAMS進(jìn)行仿真的可行性。
4.4 單聯(lián)三叉桿式萬向聯(lián)軸器的運(yùn)動(dòng)仿真
4.4.1 仿真模型的建立
在本次分析中，建立的裝配模型同第三章中圖3-2所示的模型是完全一樣的，在這個(gè)裝配模型的基礎(chǔ)上通過添加運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)構(gòu)成圖4-8所示的運(yùn)動(dòng)仿真模型。添加的運(yùn)動(dòng)副和運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)如下：
在滑桿套軸（輸入軸）和左支承間添加旋轉(zhuǎn)副；
在小桿同滑桿套軸間添加移動(dòng)副（本來圓柱副也可，這里提局部自由度）；
在內(nèi)球頭同小桿之間添加球面副；
在內(nèi)球頭同三叉桿軸頸之間添加圓柱副；
在三叉桿同軸承內(nèi)圈之間添加圓柱副；
在軸承內(nèi)圈同軸承外圈之間添加球面副；
在旋轉(zhuǎn)副上添加恒速驅(qū)動(dòng)，大小為90o/s。
通過模型檢驗(yàn)，可知模型中：
有9個(gè)移動(dòng)件、3個(gè)圓柱副、1個(gè)旋轉(zhuǎn)副、4個(gè)球面副、3個(gè)移動(dòng)副、1個(gè)固定副、1個(gè)驅(qū)動(dòng)，模型共有3個(gè)自由度。
4.4.2 運(yùn)動(dòng)仿真
設(shè)定一定的步長(zhǎng)，對(duì)模型進(jìn)行仿真分析，并輸出如下測(cè)量的結(jié)果：輸入、輸出軸角速度曲線（如圖4-9)；
輸入、輸出軸夾角曲線（如圖4-10)；
小桿、軸頸滑移速度曲線（如圖4-11)；
小桿、軸頸滑移位移曲線（如圖4-12)；
小桿、軸頸滑移加速度曲線（如圖4-13)；
輸出軸角加速度曲線（如圖4-14)；
三叉桿三軸頸軸線交點(diǎn)（以后簡(jiǎn)稱三叉交點(diǎn)）的跟蹤軌跡（如圖4-15所示，左圖為相對(duì)大小，右圖為放大圖）。
兩軸角速度
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