本书以ADAMS软件为蓝本，较系统地介绍了机械系统动态仿真技术，并根据作者实际使用ADAMS的经验和体会，机械设计和创新设计的需求，结合大量的实例，从ADAMS的入门知识入手，介绍了虚拟样机的基本概念，ADAMS软件的主要功能和操作技巧。

本书可作为高校“虚拟样机与创新设计”课程的教材，以及机械原理、机械设计等课程的辅助教材，可以作为ADAMS软件的培训与自学教材，亦可以供学生进行机械课程设计、毕业设计，以及工程技术人员从事机械设计时参考。

目 录 第1章 结论 1. 1 虚拟样机技术的研究范围 1. 2 ADAMS软件 1. 3 虚拟样机技术的相关技术 第2章 机械系统的建模和结构分析 2. 1 机械系统的组成 2. 2 参考机架 2. 3 坐标系 2. 3. 1 坐标系 2. 3. 2 确定不同坐标系位置 和方向的方法 2. 4 机械系统的自由度 2. 4. 1 机械系统的自由度 2. 4. 2 计算机械系统自由度时 应注意的问题 2. 5 速度. 加速度和角加速度 2. 6 刚体运动方程 第3章 ADAMS软件操作初步 3. 1 ADAMS软件包 3. 2 虚拟样机仿真分析基本步骤 3. 3 启动 ADAMS／View程序 3. 4 ADAMS／View程序屏幕 3. 5 ADAMS／View命令的基本操作 3. 5. 1 主工具箱方式 3. 5. 2 命令菜单方式 3. 5. 3 弹出式菜单方式 3. 5. 4 快捷工具栏 3. 5. 5 对话框 3. 5. 6 鼠标的应用 3. 5. 7 使用通配符 3. 5. 8 使用命令窗口和命令浏览器 3. 6 ADAMS／View数据库 3. 6. 1 ADAMS／View命名层次和规则 3. 6. 2 打开新数据库 3. 6. 3 保存当前数据库 3. 6. 4 后退一步操作 3. 6. 5 取消操作 3. 6. 6 退出ADAMS／View 3. 7 视图窗口设置 3. 7. 1 选择视图窗口 3. 7. 2 改变窗口中的视图方向 3. 7. 3 正侧投影图和透视图 3. 7. 4 移动和旋转视图 3. 7. 5 设置视图中心 3. 7. 6 缩放视图 3. 8 显示方式设置 3. 8. 1 设置构件和模型的显示方式 3. 8. 2 设置背景颜色 3. 8. 3 模型显示方式设置 3. 8. 4 设置工作栅格 3. 8. 5 设置图标 3. 8. 6 显示视图辅助信息 3. 8. 7 坐标窗口操作 3. 8. 8 设置屏幕和打印字体 3. 8. 9 保存和重新设置 3. 9 定义操作环境 3. 9. 1 定义地面坐标系 3. 9. 2 单位设置 3. 9. 3 定义重力 3. 9. 4 指定保存文件位置 3. 10 信息管理 3. 10. 1 信息类型 3. 10. 2 信息窗口操作 3. 11 帮助信息 3. 12 练习 第4章 虚拟样机几何建模 4. 1 几何建模预备知识 4. 1. 1 几何体类型 4. 1. 2 几何体坐标系 4. 1. 3 几何体的命名 4. 1. 4 几何建模的准备 4. 2 几何建模工具 4. 3 绘制基本几何形状 4. 4 简单形体几何建模 4. 5 复杂形体几何建模 4. 5. 1 连接线段 4. 5. 2 组合形体 4. 5. 3 添加几何体细节结构 4. 6 修改几何形体 4. 7 修改构件特性 4. 7. 1 构件特性修改对话框 4. 7. 2 修改构件质量, 转动 惯量和惯性积 4. 7. 3 修改初始速度 4. 7. 4 修改初始位置和方向 4. 7. 5 设置材料 4. 7. 6 使用特性修改对话框工具图标 4. 8 练习 第5章 约束机构 5. 1 约束类型 5. 2 约束工具 5. 3 常用运动副 5. 3. 1 常用运动副 5. 3. 2 施加齿轮副 5. 3. 3 施加关联副 5. 3. 4 修改运动副 5. 4 指定约束 5. 5 凸轮机构 5. 6 定义机构的运动 5. 6. 1 运动的类型和定义值 5. 6. 2 约束连接的相对运动 5. 6. 3 约束点的运动 5. 7 约束机构的若干注意点 5. 8 练习 第6章 施加载荷 6. 1 基本概念 6. 1. 1 定义力的大小和方向 6. 1. 2 调用施加力工具 6. 1. 3 作用力 6. 2 施加作用力 6. 2. 1 施加单作用力和力矩 6. 2. 2 施加组合作用力 6. 3 柔性连接 6. 3. 1 拉压弹簧阻尼器 6. 3. 2 扭转弹簧阻尼器 6. 3. 3 轴套力 6. 3. 4 施加无质量梁 6. 3. 5 力场 6. 4 接触力 6. 4. 1 球－球碰撞 6. 4. 2 施加接触力 6. 5 练习 第7章 ADAMS／View 4模的相关技术 7. 1 储存和获得数据 7. 1. 1 数据单元类型 7. 1. 2 数组单元 7. 1. 3 曲线数据单元 7. 1. 4 样条数据单元 7. 1. 5 矩阵单元 7. 1. 6 字符串数据单元 7. 2 用系统单元建立方程 7. 3 编辑样机模型 7. 3. 1 选择对象 7. 3. 2 使用表格编辑器编辑对象 7. 3. 3 修改. 复制. 删除和 重新命名对象 7. 3. 4 移动和旋转对象 7. 3. 5 对象的无效处理 7. 3. 6 建立子系统 7. 3. 7 设置对象外形和颜色 7. 3. 8 亮化对象 7. 4 管理数据库 7. 4. 1 数据库浏览器 7. 4. 2 样机模型的操作 7. 4. 3 了解模型的有关信息 7. 4. 4 数据库信息窗口操作 7. 5 使用ADAMS／View的log文件 7. 6 练习 第8章 样机仿真分析及调试 8. 1 设置仿真分析输出 8. 1. 1 仿真分析输出 8. 1. 2 使用测量功能 8. 1. 3 设置输出要求 8. 2 检验样机模型 8. 3 样机仿真分析和试验 8. 3. 1 仿真分析和试验工具 8. 3. 2 互交式仿真分析和试验 8. 3. 3 按剧本进行仿真分析和试验 8. 3. 4 管理仿真结果 8. 4 仿真分析控制参数设置 8. 4. 1 进入设置对话框 8. 4. 2 控制仿真显示 8. 4. 3 设置ADAMS／View输出 8. 4. 4 改变仿真求解设置 8. 5 调试样机 8. 5. 1 仿真开始之前的样机调试 8. 5. 2 在互交式仿真过程中 调试样机 8. 6 再现仿真结果 8. 7 产生AVI电影 8. 8 练习 第9章 仿真结果后处理 9. 1 后处理程序及其基本操作 9. 1. 1 后处理程序 9. 1. 2 后处理程序窗口 9. 1. 3 常用后处理命令 9. 1. 4 页的操作 9. 1. 5 视窗的操作 9. 1. 6 对象结构关系及其特性编辑 9. 2 重现仿真过程 9. 2. 1 重现仿真过程 9. 2. 2 控制仿真重现过程 9. 2. 3 控制仿真回放的显示方式 9. 3 绘制仿真结果曲线 9. 3. 1 绘制曲线模式下的 控制面板区 9. 3. 2 绘制仿真数据曲线 9. 3. 3 添加数据曲线 9. 3. 4 数据曲线自变量轴的选择 9. 3. 5 更新曲线数据 9. 4 仿真结果曲线的编辑和运算 9. 4. 1 曲线编辑和运算工具 9. 4. 2 曲线数据的简单数学运算 9. 4. 3 数据曲线的积分和微分 9. 4. 4 通过数据曲线产生 样条函数 9. 4. 5 改变数据点的值 9. 4. 6 曲线的统计运算 9. 4. 7 输出绘图数据 9. 5 仿真结果数据处理 9. 5. 1 过滤曲线数据 9. 5. 2 进行FFT函数操作 9. 5. 3 产生Bode图 9. 6 设置和修改默认设置 9. 6. 1 绘图参数设置与保存 9. 6. 2 设置仿真回放参数 9. 6. 3 设置颜色 9. 6. 4 设置曲线默认特性 9. 6. 5 设置输入命令文件的方式 9. 6. 6 字体. 视图方向和 单位的设置 9. 6. 7 指定保存目录 9. 7 设置和编辑曲线图的图面内容 9. 7. 1 放大和缩小曲线图 9. 7. 2 绘图参数 9. 7. 3 曲线图的布置与编辑 9. 7. 4 修改坐标轴的特性 9. 7. 5 设置曲线特性 9. 7. 6 修改曲线的符号说明 9. 7. 7 添加和修改标注 9. 7. 8 添加辅助线 9. 8 练习 第10章 参数化建模与设计 10. 1 参数化建模与设计简介 10. 2 ADAMS／View函数 10. 2. 1 ADAMS／View函数简介 10. 2. 2 进入构造函数对话框 10. 2. 3 构造函数对话框的操作 10. 2. 4 表达式语法 10. 2. 5 设计过程函数 10. 2. 6 运行过程函数 10. 3 使用参数表达式 10. 4 参数化点坐标 10. 5 运动参数化 10. 5. 1 调用参数化运动工具 10. 5. 2 使用f（x）工具 10. 5. 3 使用f（）工具 10. 6 使用设计变量 10. 6. 1 设计变量简介 10. 6. 2 产生设计变量 10. 6. 3 修改设计变量 10. 6. 4 将点定义为设计变量 10. 7 练习 第11章 样机的参数化分析 11. 1 参数化分析简介 11. 1. 1 设计研究 11. 1. 2 试验设计 11. 1. 3 优化分析 11. 2 参数化分析准备工作 11. 2. 1 控制变量的变化值 11. 2. 2 测量目标对象的性能 11. 2. 3 产生的优化分析约束 11. 2. 4 产生仿真分析剧本 11. 2. 5 确保分析结果正确 11. 3 运行参数化分析 11. 3. 1 开始设计研究. 试验 设计和优化设计 11. 3. 2 完成设计研究 11. 3. 3 完成试验设计 11. 3. 4 完成优化分析 11. 4 检查参数化分析结果 11. 4. 1 保存参数化分析结果 11. 4. 2 删除参数化分析结果 11. 4. 3 绘制参数化分析结果曲线 11. 4. 4 产生表格 11. 4. 5 更新设计变量值 11. 5 从参数化分析结果中 产生响应面 11. 5. 1 响应面技术简介 11. 5. 2 产生响应面 11. 5. 3 分析响应面结果 11. 5. 4 对响应面进行注释 11. 5. 5 输出响应面 11. 5. 6 优化响应面 11. 6 参数化分析控制参数设置 11. 7 练习 第12章 仿真数据的输入和输出 12. 1 输入和输出文件类型 12. 2 输入和输出ADAMS／Solver文件 12. 2. 1 输入和输出 ADAMS ／Solver语句文件 12. 2. 2 输入和输出ADAMS ／Solver分析文件 12. 3 输入和输出ADAMS／View 命令文件 12. 3. 1 产生命令文件 12. 3. 2 输入ADAMS／View 命令文件 12. 3. 3 输出ADAMS／View命令文件 12. 4 输入实验数据 12. 5 有限元分析载荷输出 12. 6 CAD文件的输入和输出 12. 6. 1 ADAMS／Exchange模块 12. 6. 2 输入CAD图形文件 12. 6. 3 输出CAD图形文件 第13章 机电一体化系统仿真 13. 1 机电一体化系统仿真分析简介 13. 2 使用控制工具箱 13. 2. 1 构造控制模块的基本步骤 13. 2. 2 控制模块类型 13. 2. 3 产生控制模块 13. 2. 4 检验控制模块的 连接关系 13. 3 使用ADAMS／Controls 控制模块 13. 3. 1 ADAMS／Controls 求解基本步骤 13. 3. 2 启动ADAMS／Controls模块 13. 3. 3 构造ADAMS机械 系统样机模型 13. 3. 4 确定ADAMS的 输入和输出 13. 3. 5 控制系统建模 13. 3. 6 机电系统联合仿真分析 13. 3. 7 设置仿真参数 第14章 虚拟样机设计和试验分析实例 14. 1 曲柄滑块机构分析 14. 1. 1 启动ADAMS／View程序 14. 1. 2 检查和设置建模基本环境 14. 1. 3 几何建模 14. 1. 4 施加约束和力 14. 1. 5 对曲柄滑块机构进行 仿真分析 14. 1. 6 仿真分析后处理 14. 1. 7 参数化曲柄滑块机构 14. 1. 8 产生测量 14. 1. 9 参数化机构的仿真分析 14. 1. 10 进行设计研究 14. 1. 11 结束仿真分析 14. 2 闩锁设计 14. 2. 1 启动ADAMS／View 设置操作环境 14. 2. 2 初步建模 14. 2. 3 进一步建模 14. 2. 4 仿真分析夹紧机构 14. 2. 5 实验验证 14. 2. 6 模型参数化 14. 2. 7 参数化模型的仿真分析 14. 2. 8 运行设计研究 14. 2. 9 优化设计 14. 2. 10 自动设计过程 附录A 设计过程函数 附录B 运行过程函数

第1章 绪论

1.1 虚拟样机技术的研究范围

机械工程中的虚拟样机技术又称为机械系统动态仿真技术，是国际上20世纪8O年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项计算机辅助工程（CAE）技术。工程师在计算机上建立样机模型，对模型进行各种动态性能分析，然后改进样机设计方案，用数字化形式代替传统的实物样机实验。运用虚拟样机技术，可以大大简化机械产品的设计开发过程，大幅度缩短产品开发周期，大量减少产品开发费用和成本，明显提高产品质量，提高产品的系统级性能，获得最优化和创新的设计产品。因此，该技术一出现立即受到了工业发达国家、有关科研机构和大学、公司的极大重视，许多著名制造厂商纷纷将虚拟样机技术引入各自的产品开发中，取得了很好的经济效益。

根据国际权威人士对机械工程领域产品性能试验和研究开发手段的统计和预测，传统的机械系统实物试验研究方法，将在很大程度上会被迅速发展起来的计算机数字化仿真技术取代。

虚拟样机技术的研究对象是机械系统，在这里，机械系统可以视为是由多个相互连接、彼此能够相对运动的构件的组合。

在机械系统设计中有3种性质不同的分析

（1）机械系统的静力学分析 在一定条件下，机械系统变成一个刚性系统，系统中的各构件之间没有相对运动，此时主要是分析在各种力的作用下，各构件的受力和强度问题。

（2）机械系统的运动学分析 主要涉及系统及其各构件的运动分析，而与引起运动的力无关。运动学分析中，系统中一个或多个构件的位置或相对位置与时间的关系是规定好的，其余构件的位置、速度和加速度与时间的关系，可以通过求解位置的非线性方程组和速度、加速度的非线性方程组来确定。

郑建荣，1955年出生于上海，1982年毕业于华东化工学院机械工程系，留校工作。现为华东理工大学机械工程学院院长、教授，教育部机械基础课程指导委员会委员。主要从事机电一体化技术、虚拟样机技术和计算机辅助工程、设备状态监测与故障诊断、化工设备等方面的教学和科研工作。发表论文30余篇，先后负责完成了20余项科研攻关项目，参编有《机电一体化技术手册》、《化工容器设计例题、习题集》等书。