基礎篇

第1章 多體繫統動力學與虛擬樣機技術概述 002

1.1 多體繫統動力學簡介 002

1.1.1 多體繫統動力學基本概念 002

1.1.2 多體繫統建模理論 004

1.1.3 多體繫統動力學數值求解 005

1.2 虛擬樣機技術簡介 007

1.2.1 機械產品設計的基本流程 008

1.2.2 虛擬樣機技術的簡介 008

1.2.3 虛擬樣機技術的應用 009

1.2.4 虛擬樣機技術軟件 010



第2章 ADAMS 2020 簡介 011

2.1 ADAMS 2020 功能簡介 011

2.2 ADAMS 多體繫統建模基礎 013

2.2.1 參考標記 013

2.2.2 坐標繫 014

2.3 ADAMS 運動學分析 016

2.3.1 ADAMS 運動學方程 016

2.3.2 ADAMS 運動學方程的求解 017

2.4 ADAMS 動力學分析 017

2.4.1 ADAMS 動力學方程 017

2.4.2 ADAMS 動力學初始條件分析 020

2.4.3 ADAMS 動力學方程的求解 022

2.5 ADAMS 求解器算法簡介 023

2.5.1 ADAMS 數值算法簡介 023

2.5.2 動力學求解算法簡介 025

2.5.3 坐標縮減的微分方程求解過程算法 026

2.5.4 剛性問題求解算法選擇 026



第3章 ADAMS 操作基礎 028

3.1 ADAMS 的工作環境 028

3.2 ADAMS 的工作界面 030

3.3 物體與約束 031

3.3.1 物體 031

3.3.2 約束 035

3.4 載荷 038

3.5 標記點 039

3.6 仿真和動畫 040

3.7 輸出曲線 041

3.8 實例：臺虎鉗仿真 041

3.8.1 臺虎鉗裝配與運動分析 041

3.8.2 臺虎鉗仿真分析思路 042

3.8.3 臺虎鉗仿真操作過程 042



第4章 創建載荷 049

4.1 外部載荷 049

4.2 柔性連接 051

4.3 摩擦力 054

4.4 實例 056

4.4.1 實例一：曲柄滑塊的仿真分析 056

4.4.2 實例二：牛頭刨床的仿真分析 063

4.5 本章小結 070



第5章 求解與後處理 071

5.1 求解 071

5.1.1 求解類型 071

5.1.2 模型驗證 072

5.1.3 仿真控制 072

5.1.4 傳感器 075

5.2 後處理 076

5.2.1 後處理的作用 077

5.2.2 後處理界面 077

5.2.3 後處理的常用工具 078

5.3 創建動畫 083

5.3.1 動畫類型 083

5.3.2 創建動畫方法 083

5.3.3 演示與控制動畫 084

5.3.4 保存動畫 086

5.4 創建測量曲線 086

5.4.1 曲線圖的類型 086

5.4.2 創建曲線圖 087

5.4.3 數學計算曲線圖 088

5.4.4 曲線圖的處理 089

5.5 實例分析：機械手搬運過程的多剛體分析 091

5.5.1 機械手的結構特點及搬運過程 091

5.5.2 搬運繫統動力學分析思路及要點 092

5.5.3 動力學分析 092

5.6 本章小結 106



第6章 多剛體繫統建模與仿真 107

6.1 創建模型 107

6.2 定義材料 110

6.3 創建約束 110

6.4 創建驅動 112

6.5 求解 113

6.6 仿真與後處理 114

6.7 仿真實例一 115

6.8 仿真實例二 123



第7章 剛柔耦合繫統建模與仿真 138

7.1 利用ADAMS 離散柔性連接 138

7.2 利用外部軟件建立柔性體 138

7.2.1 模態的概念 138

7.2.2 柔性體的替換與編輯 139

7.2.3 剛柔體之間的約束 139

7.3 實例一：搖頭風扇剛柔動力學分析 139

7.4 實例二：鐘擺機構剛體離散及動力學分析 155

7.5 本章小結 162



第8章 多柔體繫統建模與仿真 163

8.1 多柔體繫統動力學的主要問題 164

8.2 實例：四杆機構柔體動力學仿真分析 164

8.3 本章小結 171



第9章 機電繫統聯合仿真 172

9.1 ADAMS 控制工具 172

9.1.1 創建控制模塊 174

9.1.2 控制工具欄 174

9.1.3 控制模塊校驗 176

9.2 ADAMS/Controls 求解基本步驟 176

9.3 ADAMS 與其他控制程序的聯合控制 187

9.3.1 加載 ADAMS/Controls 模塊 187

9.3.2 定義輸入輸出 188

9.3.3 導出控制參數 189



第10章 ADAMS 與其他軟件接口及實戰 191

10.1 數據交換的必要性 191

10.2 Pro/E 與ADAMS 的數據交換 191

10.3 Solidworks 與ADAMS 的數據交換 192

10.4 UG 與ADAMS 的數據交換 192

10.5 UG 和ADAMS 間的數據轉換實例 193



實例篇

第11章 操作實例 200

11.1 創建接觸實例 200

11.2 動畫與曲線圖實例 216

11.3 柔性體創建實例 222

11.3.1 模型的創建 222

11.3.2 曲柄群機構連杆離散柔性體連接 229

11.3.3 曲柄群機構連杆外部導入mnf 231

11.4 剛柔耦合仿真實例 248

11.4.1 敲擊過程的剛柔耦合踫撞分析 248

11.4.2 連杆結構動力學仿真 262

11.5 偏心連杆機電聯合仿真 269



第12章 綜合實例一：弔車起弔過程的多剛體分析 277

12.1 弔車繫統的結構特點及起弔過程 277

12.2 弔車繫統動力學分析思路及要點 278

12.3 動力學分析 278



第13章 綜合實例二：鐘擺機構剛柔耦合動力學分析 292

13.1 鐘擺機構的結構特點與技術分析 292

13.2 鐘擺機構的動力學分析思路及要點 292

13.3 動力學分析 292



第14章 綜合實例三：焊接機械手多柔體動力學分析 307

14.1 焊接機械手的結構特點與技術分析 307

14.2 焊接機械手的動力學分析思路及要點 307

14.3 動力學分析 308

虛擬樣機技術（Virtual Prototyping Technology）是以用軟件工具或借助其他三維軟件創建的三維模型為基礎，實現機械產品虛擬樣機開發、仿真、試驗和測試，在產品開發階段就可以幫助設計者發現設計缺陷，並提出改進的方法。

本書以美國MSC 公司的機械繫統動力學分析軟件ADAMS 為平臺，面向入門用戶，以基本操作為基礎，以設計實例為主線，介紹ADAMS 在機械產品設計與分析中的應用。

本書內容涉及ADAMS 軟件的基本操作、載荷創建、求解與後處理，以及多剛體、剛柔耦合、多柔體、接觸等滿足不同對像需求的內容，同時涉及機電繫統聯合仿真、與其他軟件數據交換等。

全書分兩篇：基礎篇（第1～10章）和實例篇（第11～14章）。第l章簡要介紹多體繫統動力學的基本概念、建模理論，以及虛擬樣機技術的應用和相關軟件。第2章介紹ADAMS2020 的新功能、建模基礎和求解器算法。第3章介紹軟件的界面和工作環境，詳細講解物體、約束、載荷、標記點、仿真、動畫以及曲線的創建過程，並以虎鉗為例介紹仿真過程。第4章以曲柄滑塊為例詳細闡述外部載荷、柔性連接和摩擦力的施加方法。第5章先介紹ADAMS 中的求解類型、後處理的作用，及交互式仿真界面中各種工具的含義和使用方法，然後講解仿真過程動畫和曲線的生成方法。第6～8章分別介紹多剛體繫統建模與仿真、剛柔耦合繫統建模與仿真、多柔體繫統建模與仿真的詳細過程。第9、10章介紹ADAMS 與MATLAB 聯合仿真的操作方法，以及ADAMS 軟件與其他常用建模軟件的數據交換。第11～14章分別采用實例帶領讀者對前述ADAMS 的操作內容進行練習與應用，進一步熟悉ADAMS 常用功能。

讀者在學習過程中遇到問題時可聯繫編者解答。本書配有各章實例源文件和同步實例講解視頻（見帶的章節），方便讀者進一步理解。

本書由陝西科技大學葛正浩教授統稿，參與編寫的還有陝西科技大學劉言松、田普建等。具體編寫分工：第1、3、12章由劉言松編寫；第2、9章由田普建編寫；第4、5章由葛正浩、李理想、劉言松編寫；第6、13章由劉言松、王琳編寫；第7、8章由葛正浩、張新安編寫；第10章由葛正浩、尹歡編寫；第11章由葛正浩、尹歡、劉言松、張怡輝、王特棟、薛宇飛編寫；第14章由葛正浩、薛宇飛編寫。

雖然編著者在編寫本書的過程中力求完善，但是水平有限，書中欠妥之處在所難免，希望讀者能夠及時指出，共同促進本書質量的提高。



編著者