第3章添加约束
∑本章主要内容
(1)定义运动副
(2)创建运动副
(3)添加驱动
∑本章重点
(1)定义运动副
(2)创建运动副
一个系统通常由多个构件组成，各个构件之间通常存在某些约束关系，即一个构件限制另一个构件的运动，这种约束关系成为运动副或铰链。要模拟系统真实的运动情况，需要根据实际情况抽象出相应的运动副，并在构件之间定义运动副，并在构件间定义运动副。要使系统运动起来，需要在运动副上添加驱动和载荷，以及在构件之间施加载荷。驱动的本质也是一种约束，只不过这种约束是约束两个构件按照确定的规律运动，而运动副约束两个构件的运动规律是相对静止的，系统根据运动副建立的约束方程的右边等于零，而根据驱动建立的约束方程的右边等于驱动规律。
3.1 定义运动副
运动副关联两个构件，并限制两个构件之间的相对运动。定义运动副时，一般都需要选择两个构件，即使在只选择一个构件的情况下，也需要将另一个构件默认为大地，而且是第一个构件相对于第二个构件运动。
在ADAMS/View中的运动分为低副（Joints）、高副（Higher Pair Constraints）和基本副（Joint Primitives）3类。如图3-1所示。
图3-1 运动副及驱动的按钮
3.1.1 低副的定义
低副通常具有的物理意义的约束副其两构件通过面接触而构成的运动副。
在ADAMS中低副分为旋转副、滑移副、圆柱副、球绞副、平面副、万向节（胡克副）、螺杆副、齿轮副、耦合副和固定副。其中齿轮副和耦合副是复合副，是在低副的基础上，将两个低副的运动关联起来的运动副，其余的都是非复合副。两个构件在空间中有6个相对自由度，即3个平面自由度和3个旋转自由度，在两个构件之间加了约束副后。运动副所关联的两个构件之间相对自由就有所减少，表3-1所列是低副约束关系的说明。
表3-1 低副的约束关系
1.非复合副的定义
出来齿轮副和耦合副两种符合富的定义方式不同外，其他几种低副的定义方式基本相同。下面以旋转副为的定义过程为例，介绍非复合副的定义方式。
在工具栏中单击旋转副的图标，然后确定创建旋转副的选项，如图3-2所示。
（1）1Location:选择构件上的一个位置，系统自动会在所选位置处将两个毗邻的构件添加约束副，如果所选位置处只有一个构件，则这个构件与大地（Ground）之间创建旋转副。使用这种方法不能指定旋转副关联的两个构件的先后顺序。如需要在构件与大地之间创建旋转副，且该构件与大地之间的位置已经确定，使用该方法即可。
（2）2Bod-1Loc：选择两个构件和一个位置，其中第一个构件相对于第二个构件运动，且其中一个构件可以为大地。如果两个构件之间的位置关系已经确定。使用该方法即可。
（3）2Bod-2Loc：需要选择两个构件和两个位置，其中第一个构件相对于第二个构件运动，且其中第一个构件可以为大地。如果两个构件之间的装配位置还没有完全确定，使用该方法定义的旋转副，在进行仿真计算时，系统会自动移动这两个构件，是这两个位置点重合，这种计算称为装配计算（Assembly）。
（4）Normal To Grid：当工作栅格显示时，旋转副的旋转轴的方向与工作栅格面垂直，当工作栅格没有显示时，旋转轴的方向与计算机屏幕所在的屏幕垂直，且旋转轴的正方向垂直屏幕向外。
（5）Pick Feature：用于手动的方式确定旋转轴的方向，当鼠标在屏幕上移动时，会出现一个带箭头的方向用于确定旋转轴，当出现用户想要的方向时，按下鼠标左键即可。
图3-2 创建旋转副的选项
在创建了运动副后，运动副关联的两个构件上会分别固定两个坐标系（Marker点），第一个构件的坐标系称为I-Marker，第二个构件的坐标系称为J-Marker，这两个坐
标系用于计算这两个构件的相对运动关系，运动副的约束方程就是通过这两个坐标系建立的，并且运动副关联的两个构件的相对运动关系也是通过这两个坐标系来描述的，这两个运动副的原点就是运动副在两个构件上的作用的，或称为铰点。通过这两个坐标系可以计算出两个构件的相对位移、相对速度、相对加速度以及这两个构件上作用的力和力矩，如果需要删除这些坐标系，则相应的运动副也被删除。
胡克副和万向节共用一个按钮，只要双击胡克副按钮，就变成定义万向节的按钮。胡克副和万向节的旋转轴是不一样的，如图3-3所示。
（a）胡克副（b）万向节
图3-3胡克副与万向节的区别
2.齿轮副的定义
齿轮副由两个齿轮、一个连接支架（共同件）和两个连接组成。如图3-4所示。在两个齿轮的触点设置一个坐标系标记，称为速度标记，两个连接件都以速度标记坐标系未自己的定位坐标系。速度标记到两个连接点的距离决定了齿轮的传动比，速度标记为Z 轴定义了齿轮啮合点的速度和啮合力的方向，如果Z 轴不是齿轮啮合力的方向，就会出现计算失败的情况。齿轮副中的连接可以是旋转副、滑移副或圆柱副，用户可以选择不同类型的连接，模拟不同的齿轮连接形式，例如：直齿轮、斜齿轮、锥齿轮、行星齿轮、涡轮-蜗杆和齿轮-齿条等。
图3-4 齿轮副示意图
在工具栏中单击齿轮副的图标，之后弹出创建齿轮副的对话框，如图3-5所示。在Joint Name输入框中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【Joint】→【Pick】,然后再图形区选择两个旋转副。或者使用【Browse】和【Guesses】进行选择。图3-5中个选项的含义如下：
①Gear Name：输入或修改齿轮副名称。
②Adams Id：输入齿轮副的整数标号。在ADAMS/Solver数据库中，使用齿轮副的标号确定齿轮副。如果标识号输入0，则ADAMS/View自动为齿轮副设置一个标识号。
③Comments：可以输入有助于管理的任何注释内容。
④Joint Name：输入齿轮副的两个连接名称，ADAMS/View自动在两个名称之间添加一个“，”。
⑤Common Velocity Marker：输入齿轮副的速度标记名称。如果以前没有产生过齿轮副的速度标记，可以用鼠标右键显示弹出式菜单，从中选择“Create”命令，产生新的标记坐标。