Adams在理论力学中的创新应用案例

理论力学 是工科大学生一门重要的技术基础课，是各门后续力学课程的理论基础，在机械、土木、航空航天 等许多工程技术领域中有着广泛的应用。然而对许多学生而言理论力学是一门难学的课程，主要是只注重公式定理的推导和力学问题的应用，缺少对模型本身运动学、动力学 多视角的深入分析。因此可在传统教学中引入Adams辅助教学手段，能够有效的弥补这一不足。本篇文章中通过简单理论力学案例利用Adams软件进行求解，并将结果进行对比。

问题描述

如图1所示曲柄OA质量为m1，长为r，以等角速度 ω绕水平轴O逆时针转动。曲柄的A端推动水平板B，使得质量为m2的滑竿C沿铅锤方向运动。忽略摩擦，求当曲柄与水平夹角为30°时的力偶矩M及轴承O的约束力 。

图1

理论计算

取

则

Adams计算

步骤1：在Adams/view中创建如图2所示的模型，设置好连杆的质量为10Kg，滑杆的质量为50Kg，并且创建以下连接关系。（1）连杆与地面之间的转动副（2）滑杆与地面之间的移动副（3）连杆与滑杆之间的点线副。

图2 模型构建及创建连接关系

步骤2：对连杆与地面的转动副添加驱动，驱动函数为30d*time，设置求解时间为1s，求解步长100步，如图3所示。

图3 求解设置

步骤3：进行仿真分析，得到如图4所示的运动动画 。

图4 运动动画

步骤4：查看曲柄 与地面之间的转动副在X方向和Y方向的受力情况分别如图5和图6所示，查看驱动Motion在Z方向的力矩如图7所示。问题描述中查看的是当曲柄与水平夹角 为30°时的力偶矩M及轴承O的约束力，由于建模时已确定连杆与水平夹角为30°，因此直接查看初始时对应的结果。其中曲柄与地面之间的转动副在X方向的力为-0.59N，曲柄与地面之间的转动副在Y方向的力为584.62N，Motion在Z方向的力矩 为-2.32e5N·mm，均与理论计算结果一致。

图5 转动副1在X方向受力情况

图6 转动副1在Y方向受力情况

图7 驱动在Z方向的力矩