玩具飞机的三维建模与ADAMS仿真.doc

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1、摘要 虚拟样机技术是上世纪80年逐渐兴起、基于计算机技术的一个新概念。从国内外对虚拟样机技术 (Virtual Prototyping, VP)的研究可以看出，虚拟样机技术的概念还处于发展的阶段，在不同应用领域中存在不同定义。国内外在玩具的设计中也使用了虚拟样机技术，使得玩具的设计过程中，以及整个运动实现了虚拟仿真，这一技术的运用提高了产品的生产效率、性能的不断完善，从而使得研究开发的设计成本不断降低。为了适应消费者的需求，研发设计出更新更多种类的玩具产品，使得虚拟样机仿真技术得到了进一步的运用，也使得设计周期大大缩短。随着计算机技术的发展和运用，使得整个玩具的设计过程不断简化，大大减少了成本

2、开支和时间周期。本课题主要是运用Solidworks和Adams对玩具飞机进行运动学的仿真，主要内容包括:首先对玩具飞机进行拆卸、测绘，然后在Solidworks软件中进行三维零件建模并装配，装配完后将其导入ADAMS软件中进行运动学的分析和仿真，通过不断的调试和参数的设定，最后实现了玩具飞机的运动学仿真过程。关键词:虚拟样机 、三维建模、调试、仿真。AbstractVirtual prototyping technology is gradually on the rise the last century, 80 years, based on a new concept of compu

3、ter technology. As can be seen from the studies on virtual prototyping technology (Virtual Prototyping, VP), the concept of virtual prototyping technology is still in the development stage, there are different definitions in different fields of application. Virtual simulation technology at home and

4、abroad in the toy design, making toys in the design process, and the whole movement to achieve a virtual simulation, the use of this technology increases production efficiency, performance, continuous improvement, making the research and development Design costs have been reduced. In order to meet c

5、onsumer demand, research and design a greater variety of toy products updated, making the virtual prototype simulation technology has been further use, but also makes the design cycle significantly shortened. With the development and application of computer technology, making the whole toy continues

6、 to simplify the design process, greatly reducing costs and time period.The main topic is the use of Solidworks and Adams toys aircraft kinematics simulation, the main contents include:first of all, the demolition of the dolphin toy, mapping, and then in the Soliworks software modeling three-dimensi

7、onal parts and assembly, the assembly after its exercise into ADAMS software Science analysis and simulation, through continuous commissioning and parameter setting, and finally achieve the kinematics simulation toy airplaneKeywords: virtual prototype,three-dimensional model, debugging, simulation目录

8、摘要IAbstractII1、前言51.1 选题背景51.2选题意义61.3玩具的国内外研究现状及分析71.3.1玩具设计的国内研究现状71.3.2玩具设计的国际研究现状81.3.3现状分析91.4课题的研究内容及方法92、研究方案与工具102.1 研究方案102.2 Solidworks软件简介112.3 ADAMS软件简介123、 基于Solidworks的玩具飞机的几何建模133.1 玩具飞机的内部结构分析133.2玩具飞机的零件尺寸测绘143.3玩具飞机的建模163.3.1玩具飞机的零件建模163.3.2玩具飞机的头部建模193.4玩具飞机的装配204、 基于Adams的玩具飞机的仿真

9、224.1模型导入224.2模型中约束的添加254.2.1玩具飞机中固定副的创建254.2.2玩具飞机中转动副的创建264.2.3玩具飞机碰撞的创建264.2.4玩具飞机中各零件的关系表274.3玩具飞机的运动学仿真284.4玩具飞机的关键部位测试304.5玩具飞机的仿真效果图315、总结与展望335.1总结335.2展望34致谢35参考文献371、前言1.1 选题背景游戏是学龄前儿童包括普通小初中儿童的主要活动，而能够促进儿童生长发育和进行培养教育的最好手段也是游戏，作为游戏活动的主要载体-玩具，是家长对儿童进行教育和激发孩子们的想象力和创造力的有效工具。中国的教育方式侧重点有所不同，中国绝

10、大多数的教育机构更多的是向学生灌输知识而忽略了其他也同样重要的方面的培育，这样的教育模式应该非常值得我们深思。在我看来，一个好的玩具不仅可以充当儿童玩伴的角色,更多的他还能锻炼培育儿童各方面的才能，它的功能甚至比一个儿时朋友更重要，它应该作为他们之间交流、互动，共同享受每一激动时刻的媒介。虽然说中国称得上是玩具生产制作的大国，担负着全球7O的玩具制作工作。但随着网络的普及，吸引儿童更多的是那些网络游戏，那些游戏不仅会让他们对计算机变得更加沉迷，而且还非常影响他们的学习和生活。因此，实体玩具就变得非常有必要重新回归市场的主体地位，当然，在当今社会，很多厂商为了利润，一味的去设计制造华丽的外形来吸

11、引小孩那短暂的好奇心，没有设身处地的为孩子们着想，很多小孩买了这些玩具后玩不到一会儿就开始腻，甚至有的玩不到一个小时就开始丢弃以至于报废，这是多么可悲的事情。在市场上，我认为目前有两类玩具非常不错，一类是积木玩具，另一类就是机动玩具了，这些玩具不仅价格适宜，而且非常能锻炼小孩的创造力和对科学的探索，我们暂且可以称他们为科学玩具。科学玩具定义的目标是为儿童和青少年探索科学世界的一种媒介，通过挖掘玩具中的科学原理，外在的以互动玩具游戏为主要的形式，在共同玩乐中激发他们潜在的智慧，思考玩具的内在科学知识，及科学原理,从而使他们能更好的掌握科学知识，激发他们探索科学的兴趣和成为科学家、发明家的欲望。从

12、产业链形式上看，虽说玩具产品早已成为卡通产业链中的一个重要组成部分。但在我国，占据着绝大多数的市场份额的却是国外的卡通玩具产品。国外卡通形象与产品，已经从各个方面开始进入中国，主导和控制着中国卡通产品的消费市场。国内卡通玩具产品的设计研发与之相比,相距甚远。世界上著名的科普作家马丁加德纳认为孩子与生俱来应该具备迈向未来的五种基本的思维能力，这些能力基本上都不能单纯从上课或者单纯看书这样的途径中获得的，他还强调孩子动手操作玩具无疑会在非常大的程度上锻炼他们的思维能力。而我也正是因为由于对市场的调研，对目前市场需求，教育需求状况的了解，认为对玩具的研究，特别是机动玩具的研究意义重大，因为在这些方面

13、,不仅可以激发一些兴趣爱好者发展我们当代的科技，还能激发我们当代儿童的智力，展现我们大国的实力。最终结合自己所学的专业，以及掌握的知识水平，我决定研究一架玩具飞机，不管是其外形，还是其结构，所包含的内容都是非常值得研究的。1.2选题意义随着改革开放及我国的进一步发展，在这段历程中,玩具业迎来了很多机遇并且得到了飞速的发展，当然如此同时，中国的玩具业也面临着越来越多的挑战，特别是爆发的金融危机导致了国际消费市场的萎缩，这样造成的结果是国际玩具市场的门槛越来越高，还有生产玩具的原材料成本和劳动力成本不断上升,人民币也紧跟着升值，再加上我国玩具企业大多规模很小，设备也很不先进，技术研发能力较弱等等，

14、使得我国玩具企业要想真正的走出国门，在国际市场上站稳脚跟，还需要克服很多困难。通过研究调查，本课题对我国当前的这些现状会起到很多积极的作用，因为我们都能看到,我国的科技实力在不断提高，我们也应该尽力把我们的科技水平展现出来,那就是应用到玩具中去，同时我们还可以使我们的玩具凝聚中国特色，展现中国特色,因有这样才能越走越远，而本文主要研究的是机动玩具，这类玩具运用的是把我们课本里最重要的原理并巧妙的展现出来供儿童玩乐,对培养我们下一代的智力，创造力是非常有帮助的，也为我们设计制造更加高科技的玩具产品做好了铺垫。1.3玩具的国内外研究现状及分析1.3.1玩具设计的国内研究现状玩具工业作为我国的一个庞

15、大产品制造业，目前国模已达到上万家企业，企业遍布国内31个省、市，同时由于美国、欧洲、德国、日本等国家销售的玩具绝大多数都是在我国进行加工、制造的，这使得我国玩具工业总产值己超过1000亿元以上，出口创汇接近130亿美元，这在世界玩具贸易额中占有非常巨大的份额，早已成为名副其实的玩具制造大国。玩具业在我国制造业中占有相当大的地位，对世界玩具行业具有相当的影响。我国玩具行业起步的比较晚，从20 世纪80年代后发展起来的，70%以上的企业还是来料加工和来样加工，自主研发和创新的能力远远不足，必然导致能够以自创品牌出口的更是为数不多，同时依附式的发展模式导致我国玩具业利润低，一直以来基本处于该行业产

16、业链最低端。通过调查数据显示，我国市面上的益智玩具已达数千种，这其中比较畅销的益智玩具仅有200多种，同时伴随着当代科技的进步使得儿童玩具的形式、功能以及人们对儿童玩具的消费需求都发生了巨大的变化。在这大量的益智玩具产品中，中国传统的益智类玩具和一味模仿国外的产品比较多，产品的质量更是参差不齐，在设计上鲜有创新，几年来很少更新，缺乏新意，缺乏本土的品牌和统一的标准，而这些都成为制约我国益智玩具的发展障碍。近些年来，家长们逐渐重视培养孩子的智商、情商，益智类玩具也因此正在逐步走向市场。很多家长极其关心的问题是，对于国内生产的琳琅满目的益智类玩具是否都具有益智功能和作用！因此我国儿童益智类玩具行业

17、要想取得当前市场除了在宣传推广上注重方法外，更重要的是应该在玩具的设计中注重遵循科学原理、创新性、安全性和突出功能性的原则，真正的为消费者着想，让儿童益智类玩具能够起到益智的作用，从而更好的把握当前的消费群体。此外，随着人们生活水平的提高人们的消费需求也逐渐随之提高，纵观当下我国的玩具行业，玩具市场上销售的玩具大部分处于中低档次，高档次的玩具还未成为消费主流，只能说高档次的玩具市场在我国存在着巨大的发展空间。如果中国玩具消费能达到亚洲平均水平，市场规模预计将突破300亿元人民币。我国儿童玩具消费市场潜力惊人。业内人士普遍看好中国玩具市场，预测近几年中国玩具市场将以每年40%的速度增长。综合来看

18、，玩具市场潜力还是非常大！研究玩具的必要性也非常大！中国作为一个玩具生产大国却不是一个生产强国，在消费能力、拥有核心技术和知名品牌等方面与发达国家和地区还有一大段距离。要振兴中国的玩具，首先就要从设备、技术、管理以及资金和人才培养等方面着手，缩短与先进国家的差距。拓宽玩具的品种和销售渠道，提倡创新，走别人没有走过的路，提高自我开发的能力，保证产品的质量和售后服务，增强市场竞争力。在中国的香港地区，在这一点上就已经崭露头角，创造出了自己的品牌，开发出了国内外的销售市场，为我们提供了典范。由加工型企业向自主设计型过渡，这是我国玩具工业发展的必经之路，只有这样，才能逐步缩小我们与发达国家之间的差距。

19、1.3.2玩具设计的国际研究现状世界玩具制造业前后经历了两次转移过程，第一次是从欧美国家向香港、台湾、日本转移，随着中国改革开放的进行，又从香港、台湾、日本转移到了中国的浙江，江苏等沿海地区。根据国际玩具协会的统计数据显示，2004年全球玩具市场销售额约为800亿美元，近一、二年来的年增长率达到约5个百分点。目前， 全球玩具业已形成这样一个稳定的局势：中国是最大的生产玩具的国际，美国是消费玩具最大的国家，香港是最大的玩具供应国。从划分全球的玩具消费市场的地域特点来看，最主要的市场仍然是北美一些发达国家,占有率高达约30%,其中最大消费市场又以美国为首；亚洲的地区约占26%，其中最大的消费市场为

20、日本；而以德法为主的西欧一些市场约占25%；而非洲国家达到不足1%，但近年来呈上升趋势。从玩具市场类别来看，虽然全球玩具的销售仍以传统玩具为主,市场占有率将近80%,但已出现了逐年衰退的态势, 如1997年传统玩具的市场销售额为541亿美元,到1999年下降为535亿美元。而近年来新兴的电视游戏玩具，虽仅有约20%的市场占有率，其逐年增长之势却被业界所看好。目前在国外调查发现，非常多的企业内部都设有专门研发设计玩具的部门。一些发达的国家地区人均玩具消费水平最高，高达340美元，欧洲国家的消费水平则为144 美元，亚洲国家最少，约为13 美元。在美国，很早的时候就有专门进行玩具生产的企业，在这些

21、企业生产的玩具中有40%以上的玩具都是专门为成人设计制造出来的。诸如像武器类的玩具，主要包括像玩具飞机、玩具战船、玩具坦克、玩具手枪，还有一些仿真类玩具如仿真手枪、仿真名牌汽车，在日本市场近几年来甚为流行的电子宠物等这些高档次的玩具都非常受人们的欢迎。根据调查结果显示，娱乐、教育、装饰这三种类型的玩具比例分别占到了40%、35%和20%之和最高。现如今国外生产商每年生产的玩具种类多达15万种，其中新产品就有5000至6000种不等，国外生产的玩具销售到内地市场时的售价普遍会比较昂贵，加上传统的文化差异，进口的玩具在国内市场上的占据份额仍然非常少。因此很有必要尽快研制出具有本国特色的玩具。1.3

22、.3现状分析中国制造业发展很快，制造玩具方面相对于世界来说也是一个大国，但这并不意味着中国可以称得上是一个生产强国。在中国研发玩具方面非常缺乏开发人才，同时还缺乏品牌效应。尽管说中国玩具的出口量非常大（全球有75%以上的玩具是在中国生产的），但这些玩具出口的基本形式都是以OEM进军国际市场的。统计在全国8000多家生产玩具的企业中发现，3000多家企业都获得了出口许可证，听起来似乎是非常不错的，但其中出口的70%以上玩具都属于来料加工或者说是来样加工，通俗的讲，就是为国外在打造品牌。因此，我们应该想尽办法提高中国玩具产业的生产制造过程，做好其中的每一步，努力提升中国玩具产业的核心竞争力，尽最快

23、的速度最高的效率打造出中国的自有品牌。玩具产业在中国乃至世界会是一个永远年轻、充满话力的产业，如果能够有更多的人愿意关注和参与进来，那么我国的玩具产业必一定会取得质的飞跃。1.4 课题的研究内容和方法通过联合使用Solidworks和ADAMS，让我学会对玩具进行测绘的方法，因为玩具外形比较复杂，建模难度大，所以我必须首先学习如何进行曲面建模，熟练掌握Solidworks的零件建模，装配，虚拟拆卸，虚拟装配的方法并学会如何把外部装配体导入到ADAMS中的方法，学会在ADAMS中对零件施加约束，进行运动学和动力学分析的方法。研究的具体过程主要包括：1. 根据任务书的要求，查阅国内外相关资料，对实

24、物进行测绘，对玩具飞机外型及机械系统进行分析。2. 用三维软件Solidworks绘制出玩具飞机的各个零件的三维图及整机的装配图。3. 在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的机构简图，以体现所要求的功能。4. 将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为确定结构件的形状、尺寸、还须运用所学的专业知识考虑一定的加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。5. 装配图和零件图画好后，保存好特定Parasolid格式，导入到ADAMS，并进行轨道，动力系统的合理设计，对其进行仿真，发现问题，收集数据，观察其运动规律，若发现有可以优化的地方，还可借助相关软件

25、进行合理的优化。2、研究方案与工具2.1 研究方案本课题实现的是玩具飞机的建模,虚拟仿真，最终的目的是为了实现在Adams软件中对玩具飞机的运动学虚拟仿真，为了得到最后比较理想的效果，需要对玩具这个行业有足够的调研和考察，并且能够分析出玩具的市场需求和研发方向。经过仔细考察,最终我选择玩具飞机作为研究对象，其研究方案流程图如下:图(1)方案流程图2.2 Solidworks软件简介SolidWorks是达索系统（Dassault Systemes S.A）名义下的子公司，主要负责的是研发和销售机械设计软件的视窗产品。达索公司主要负责的是系统性的软件供应，并提供给制造厂商具有Internet整合

26、能力的支援服务。该集团提供的系统非常丰富，涵盖了整个产品生命周期的系统，其中包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个方面中的最优的软件系统，著名的CATIAV5就是由该公司提供的，目前位居世界前列的CAD产品仍然是由达索公司提供的。图(2)在SolidWorks这个软件里我们可以看到有三个基本的模块，包括零件建模、装配体、工程图，因为SolidWorks软件是一套基于特征的、参数化的三维设计软件，它的设计理念非常符合工程设计思维，还能构成一套设计与制造结合的CAD/CAM/CAE系统，当然这必须与CAMWorks及DesignWork等模块结合起来，使用Solidworks软件最大的优势就是提

27、高精度和工作效率；使用中我们还可以在内部添加插件，通过这种形式加进其他专业模块（如工业设计、模具设计、管路设计等），使得设计更加快捷方便。Solidworks特征指的是可以用参数驱动的实体模型，是构成一个实体或者零件的基本要素之一，具有典型的工程上意义；而在使用中我们不可避免的会运用到参数化的设计，参数化指的是对零件上各种特征分别进行各种准确的约束，而对于各个特征的形状和尺寸大小，我们使用参数变量来表示，这样做的结果是修改起来非常方便，能批量生产；还能达到一个更高的效果，如果一个特征的参数变量发生了变化，则与这个零件发生关系的这一个特征的尺寸大小将发生变化，这样就能达到形状改变的结果，这样操作

28、使用户不需要自己修改，带来了极大的便利打开SolidWorks软件，我们就能非常方便的发现，他包括三个主要的模块，零件、装配体、工程图，当然由于设计理念基本上差别不大，因此Solidworks和其他三维CAD有很多相似之处，就是首先进行三维模型的建立。而对于一个新产品的研制开发过程，需要经历三个基本的阶段，即方案设计阶段详细设计阶段工程设计阶段。通过产品研制开发的三个基本的阶段，SolidWorks软件向我们提供了两种非常重要的建模技术，一种是基于设计过程的建模技术，我们称为自顶向下建模；另一种则是根据实际应用情况而建立的一种技术，我们称其为自底向上的建模技术。对于建立一个实际的SolidWo

29、rks零件过程，通俗的说就是构建许多个非常简单的特征，然后对这些特征进行相互叠加、切割或者重合的过程。根据建立特征的经验，我们可以把一个零件的建模过程划分成如下五个基本的步骤来完成：首先我们要进入Solidworks的零件创建界面。-然后分析零件，确定出零件的创建顺序-紧接着画出零件的草图，创建和修改零件的基本特征-再创建和修改零件的其他辅助特征-最后完成零件所有的特征，保存零件的造型成特定的格式。2.3 ADAMS软件简介图(3)ADAMS-机械系统动力学自动分析，英文名为：Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems，这款软件是由美国MD

30、I公司全称Mechanical Dynamics Inc.开发的虚拟样机分析软件。由于其功能的强大及能够带来的便利，目前，全世界不管是什么行业有近乎数百家主要零件制造厂商都采用了ADAMS软件。而根据早在1999年机械系统动态仿真分析软件国际市场份额的统计资料，ADAMS软件销售总额近八千万美元，这样数据实在是非常可观，几乎占据了一半以上的销售份额。ADAMS软件采用的是交互式的图形环境，它所运用的求解器采用的是比较复杂的数学模型和力学模型，最主要的是运用拉格朗日方程法，建立系统动力学方程，从而对所建立的几何模型进行静力学、运动学和动力学的仿真分析，并且我们还可以导出其速度、位移、力等作用曲线

31、。通过对作用曲线的分析，我们可以找出最大碰撞点，最大受力点，以及相应的最小值，从而发现问题并作出相应的解决方案。在ADAMS软件里主要由五类模块组成，包括基本模块、扩展模块、接口模块、专业领域模块及工具箱。用户不仅可以通过采用通用模块对一般的机械系统进行仿真，而且还可以通过采用专用模块针对特定工业应用领域的问题进行快速有效的建模与仿真分析。3.基于Solidworks的玩具飞机的几何建模3.1 玩具飞机的内部结构分析在玩具飞机的虚拟仿真研究过程中，由于要得到理想的结果,而零件之间存在着各种相对关系，因此我们首先需要对玩具进行拆卸，然后分析出其拆卸零件与相连接零件的运动关系,最后测绘出其零件的尺

32、寸完成装配,才会得到预期的效果。玩具飞机的整体图如下：图(4)玩具飞机的内部结构图如下图所示：图(5)运动分析:首先手轮给整个装置提供一个原动力,由于发条箱内部的齿轮机构和弹片装置使得有两个动力输出,位于尾部的零件车轮轴带动两个车胎转动,位于飞机头部的零件手轮轴带动传动轮转动,又由于传动轮的转动,带动连杆沿着其中间的槽一起往前移动,连杆的移动,拉动着底板沿着飞机下半身的圆弧槽转动,底板的转动会给地面一个向下的力,由于力的作用是相互的,反作用力会给飞机一个反向的支撑力,使得飞机翻转。翻转之后，由于连杆和飞机下半身之间有弹簧连接，连杆被拉回弹簧原长位置，整个过程就这样往复。从而实现飞机的前进和翻转

33、复合运动。3.2 玩具飞机零件尺寸测绘测绘时所使用的工具为游标卡尺和毫米刻度尺，以下为部分零部件的测绘尺寸： 图(6)飞机下半身尺寸图(7)飞机上半身尺寸图(8)齿轮箱尺寸图(9)底板尺寸图(10)底板侧视图尺寸 图(11)车胎尺寸图(12)连杆尺寸3.3 玩具飞机的建模3.3.1 玩具飞机的零件建模玩具飞机的下半部分建模步骤：1) 使用Solidworks创建草图截面，对玩具飞机实体测量，每隔6mm测量一次截面。2) 使用样条曲线绘制四条导引线，目的是为了使飞机的身体尽量逼真。3) 进行Solidworks中的【放样】操作。4) 然后使用工具栏中的插入切除使用曲面命令，保留下半部分。5) 下

34、图即为中间身体的放样草图及下半身抽壳后的效果图。图(13)飞机壳体草图图(14)飞机下半身玩具飞机上半身模型是一个比较复杂模型。特别是其窗户、头部、尾巴的创建，因其颜色不同于主体部分，故不能采用布尔求和运算。下面具体讲解窗户的绘制方法：1) 如下半身一样，对飞机上半身进行抽壳操作，厚度为1mm，在飞机的最高处建立一个基准面，建立草图对上半身进行挖切得出操作室的模样。2) 还是在飞机最高相切处建立草图，在挖切得最低处也建立一个形状与之前相同大小不同的草图，弹簧进行放样或扫描均可。3) 在飞机的头部建立一个基准面，分别向内拉伸切除，得到两个曲面，以便于添加颜色。4) 打开【编辑】中的【对象显示】，

35、编辑眼睛的颜色，使其达到如下图效果即可图(15)飞机下半身模型图其他一些零件模型图如下：图(16)a图(16)b图（16）c图（16）d图（16）e图（16）f玩具飞机的实体模型的翅膀是迷彩颜色的,而Solidworks最方便的是对面进行上色,Adams只能对实体零件进行上色,不管是哪一种方式,要想使得飞机翅膀颜色接近实际颜色,必须对飞机翅膀进行分割处理,我采用的方式是:把飞机翅膀进行曲面挖切,然后再进行曲面拉伸,保存成不同的零件,这种方法虽然比较复杂,但也是我认为要达到效果的最好方法，如下：图（17）3.3.1 玩具飞机的头部建模实体飞机的头部是光滑的圆弧，但建模过程中，曲面上画图是比较复杂

36、的，并且很难得到理想的效果，因此，为了使得模型更加逼真，我对之前的身体又重新绘制了一遍，这一次，头部和之前一次不一样，我在头部画的是一个直径为17mm的圆，便于后面的上色和美观。由于头部是一个圆面，使用Solidworks内的（圆顶）命令，连续两次，即可得到两个小薄片，如下图所示：图（18）3.4玩具飞机的零件装配当把零件模型完成后，便可将零件进行装配起来，单击【新建】按钮即弹出下图界面，新建一个装配模型。如下图。根据装配体和零件之间的装配关系，可以采用自底向上装配，也可以采用混合装配。自底向上装配指的是首先创建零部件模型，再组合成子装配，最后生成装配部件的一种简洁高效装配方法。混合装配顾名思

37、义就是应该建模的过程中考虑装配问题，装配中考虑建模问题，它指的是将自顶向下装配和自底向上装配结合在一起的装配方法。例如，我们经常见到首先创建几个主要部件模型，再将这几个零部件装配在一起，然后在装配体中设计其他部件，打开单个零件进行创建，这种过程即为混合装配。装配时采用自底向上装配的方式，先将the lower part of the body装好，并约束在坐标原点，然后通过 的方式，依次装配其他零部件。添加玩具飞机各个单独的零件到装配体后，还要确定各零件之间的约束关系，以确定其零件的装配位置。在整个装配过程中主要运用了接触、相切，重合，同轴对齐等约束关系。在装配时，添加配合的过程中，选取配合对

38、象的顺序不同，其配合的结果一般也有很大区别。一般情况下，选取的第一个对象的位置和形式会保持不变，另外一个对象相对于前一个已配合好的部件为基准进行配合。图（19）飞机的装配过程：为了使得在后面导入Adams过程中坐标系重合，在装配之前，创建一个薄板以表示地面，并插入到Solidworks中与X-Y平面水平放置，这样在接下来的装配中全部以此为参考。插入零件顺序LowerPartRackBoxStick1StickSmallBaseBoardConnectingRodGearHandLunTyre，在下半部分的装配中用到了，相切，重合，距离，同轴等约束命令。在配合的过程中，需注意顺序的先后。下半部分

39、装配图如下：图（20）接下来装配上半部分，在上半部分的装配过程中，最难得地方是翅膀的装配，由于为了上色美观，我的飞机翅膀进行了多次挖切和拉伸，并且全部成为了不同的零件，在创建的过程中，由于在草图中使用了样条曲线，所以插入新零件配合约束时很不方便，需要提前进行过滤器滤去点的操作。即便如此，装配起来还是不方便，所以我最终采用的方式是，把挖去的六块不规则的零件全部插入装配图中，每个零件仅使用一个配合约束，当然这样的约束是不够的，所以我计划到ADAMS中再使用布尔操作，把这些零件合成一体。在Solidworks中的装配图如下所示：图（21）装配完成后对相应的零件进行上色处理，得到的效果图后实际图比较接

40、近，唯一的不足是飞机窗户的分离，由于能力有限，不规则曲面上难以得到理想的效果，窗户我采用的是Solidworks上色，ADAMS中还是和机身一起着色处理。4基于Adams的玩具飞机的仿真4.1模型导入装配图导入Adams的步骤：在Solidworks总装配图中单击【文件】/【另存为】/【Parasolid】命令，如下图出现保存对话框，选中Parasolid 格式后单击【保存】图（22）Parasolid格式保存好后，就进行模型的导入，在导入的过程中，我遇到了一个问题，模型导入进去后，无法重命名，并且所有的Part全部以横线的形显示，如下图所示：图（23）图（24）经过与曹老师及同学的讨论，一致

41、认为问题出在了模型的命名和装配上，于是我所有的步骤重新操作了一遍，并且所有的零件名称全部以英文名称出现，最终达到了如下图所示的效果：进入Adams界面后，单击【file】/【import】出现file import对话框，如下图，选中file type中的Parasolid文件格式，在file to read 中选中装配图中生成的.x-t文件，最后单击【ok】图（25）a图（25）b图（25）a正确的方式导入之后，由于在之前注意到了坐标的问题，并且我使用的是Adams 2013版本，所以名称的修改以及栅格的对齐非常方便，名称全部以我自己零件命名的方式显示，栅格与我在Solidworks中的坐标

42、完全对齐，到此模型导入成功。玩具飞机中各零件的中英文名对照表如下表：中文名英文名1齿轮箱RackBox2地面NewGr3两齿齿轮Gear4手轮HangLun5手轮短杆Stick16车胎杆StickSmall7连杆ConnectingRod8车胎Tyre9底板BaseBoard10飞机上半身UpperPart11飞机下半身LowerPart12翅膀CutSwing13头部小薄片1SmallSlice114头部小薄片2SmallSlice215机翼薄片1LeftLeft16机翼薄片2LeftRight17机翼薄片3MiddleLeft18机翼薄片4 MiddleRight19机翼薄片5RightL

43、eft20机翼薄片6RightRight表14.2模型中约束的添加约束是用来限制和定义ADAMS中各零件的位置和运动，模拟机械的实际运行状况，组成完整的机械系统为后续分析作准备。Adams中的约束具有限制零件间的相对运动和代表“理想化”的联接等特点。所有的约束都限制系统的平动或转动自由度，限制的自由度数目和类型取决于使用的约束类型.使用Adams 2013最大的不同是其界面，Adams里的工具栏修改的与2010版完全不同，它的绝大部分命令你都可以在前窗口调出，更加人性化，使用起来更加快捷。如图：图（26）4.2.1玩具飞机中固定副的创建玩具飞机的零件个数比较多，全部显示添加约束，不仅速度慢而且

44、非常不准确，这将会严重影响后面的仿真效果，所以我才用的方法是添加一个约束需要几个零件就显示几个的方式，速度不是很快，但能保证其正确性。 图（27）a图（27）b玩具飞机里面需要添加固定副的零件非常多，例如：手轮和第一根棒之间加固定副时，点击固定副按钮，选Nomal To Grid模式，依次选择两个Bodies和一个Location，在选择Location 时尽量选择其交点处，依此方法添加所有的固定副。4.2.2转动副的创建玩具飞机中地板，连杆，飞机下半身之间的运动关系均为转动，因此，要对其全部创建转动副。转动副的创建方式与固定副类似：单击上图中的转动副按钮，选择要创建的零件，由前面的分析可知地

45、板绕着飞机下半身转动，连杆与地板的相对运动仍然为转动。4.2.3碰撞的创建碰撞约束的创建，对玩具飞机的运动过程的分析，底板需要借助地面的反力来撑起整个玩具，此处必须定义为碰撞约束，底板绕着飞机下半身的圆槽转动，此底板是通过上半身卡主的，所以也需要定义为碰撞约束，以此总共有14处需定义碰撞约束，最终要实现虚拟仿真就需要创建所有这类约束。玩具飞机里的Stick1和ConnectingRod之间的关系是：Stick1在ConnectingRod中往复运动，可能接触也可能不接触，此时只能通过碰撞约束来定义。由于碰撞约束比较多，操作方法几乎一样，在这里就不一一列举了，总之，在定义碰撞之前必须对整个运动做

46、一个详细的分析，并且在定义的过程中，尽量用笔记下来，以免运动副过多造成混乱，碰撞的操作键是，界面如下：图（28）4.2.4玩具飞机中各零件的关系表表2表34.3玩具飞机的运动学仿真在约束创建完成后，最后进行运动学的仿真，在仿真的初始阶段，遇到了一系列意想不到的问题。第一个问题:玩具飞机的车胎能够转动,但飞机在地面上无法前进。解决办法：调整玩具飞机车胎与地面的摩擦系数，摩擦系数的设置是在创建碰撞副时添加的，界面如下：图（29）选中车胎与地面之间的【contact】/【modify】，出现上图的对话框，增大两者之间的摩擦系数，并进行调试。注意：Fiction force一定要选择Coulomb，则

47、即使约束定义正确，最后也是不能运动的。在设置了摩擦系数之后，发现车胎在转动，但飞机却没有前进，经过不断的尝试，最终发现，飞机的材料定义有问题，默认的材料会使得飞机整个机身过重，这也将影响飞机的运动。解决方法：重新修改各个零件的材料属性，由于找不到塑料才，我选择wood材料，最终问题得到了解决。如下所示：图（30）问题二：飞机无法完全翻转，底板无法撑起整个飞机。解决办法：修改飞机的下半部和上半部分的质量，不断调试数值大小。 图（31）a图（31）b问题三：飞机在翻转过程中，当翻转到飞机的尾部碰到地面时出现了力无穷大的情况，导致错误，无法继续仿真。解决办法：仔细检查力慢慢变大的起点，发现力之所以会增加到无穷大，是因为底板与飞机下半部分接触时，他们之间的关系虽然定义为转动副，但此转动副比较特殊，飞机尾部空间小，接触点没有