Adams汽车绳轮式玻璃升降器仿真-绳索仿真

Adams动力学仿真  

       绳轮式玻璃升降器主要由导轨、托架、钢丝绳、电机、传动系统组成，首先导入导轨、玻璃及托架模型，然后钢丝绳、传动系统由Adams自带的模块构建。下图中有个黄色的连接件，主要用于连接后面的驱动轮和传动系统。

图3.部分结构

2.1滑轮组及钢丝绳建立

       Adams模拟绳索这种非线性结构时，通常采用离散元模拟，比如建立多个刚体单元，刚体单元间通过衬套力连接来模拟绳索的弹性及变形。但这种方式建模比较麻烦，本文仿真将通过Adams自带的cable模块。

图4.绳索模块

       在构建绳索之前，首先需要了解绳索的缠绕方式：绳索的两端与托架固定，然后共绕过3个滑轮，其中中间的滑轮为驱动轮，与传动系统、电机相连。因此在建模前需要先建立几个关键marker点：两个marker建立在托架上，用于绳索两端的定位；三个marker建立在滑轮位置。

图5.缠绕方式

a.建立绳索连接点

      点击图4中的cable，出现以下的界面，第一步就是建立绳索的连接点。在图5中已经说明了绳索共两个连接点，都连接在托架上。因此连接点的数目设置为2、位置就是托架上两个marker点的位置、连接件为托架。

图6.连接点

b.滑轮属性建立

      设置完图6中的信息后，点击图6中的Next，进入滑轮的属性建立部分：下图中滑轮的属性包含两部分，一个是它的尺寸属性，一个是接触属性(基于赫兹接触理论)。

图7.滑轮属性

      其中尺寸属性可以进入帮助界面，了解尺寸参数的定义(按F1，搜索cable) :

 图8.滑轮外形参数定义

c.滑轮建立

     建立完属性后，然后建立滑轮，主要滑轮的数目、旋转方向、缠绕方式、直径与其他部件的连接关系等。其中图9中方框1为缠绕方式，读者可以选择不同缠绕方式观察特点(后面会有文章详细讲述)。三个滑轮与其他部件的连接关系稍有不同：首先上下两个滑轮与导轨之间为旋转关系，然后驱动滑轮与连接件件为固定关系。

 图9.滑轮建立

d.绳索建立

      最后是绳索的建立，首先需要选择开始及结束的绳端，也就是图6中的绳索连接点；然后确定绳索需要绕过哪些滑轮，以此选择三个滑轮，再确定绳索的直径，最后由于玻璃升降器中钢丝绳是张紧的状态，所以还需要设置一定的预紧力。

 图10.绳索建立

        绳索的其他详细属性参数，后面会有文章详细说明，最后完成了整个升降机构绳索及滑轮的建立，具体如下：

图11.完成滑轮组和绳索的建立

2.2连接关系的建立

     通过前面的说明已经知道，托架可以在导轨上移动，由于本导轨不存在弧度，所以导轨与托架间建立移动副即可；然后导轨固定在车门上，所以可以建立固定副，将导轨固定在地面上；最后将连接件与大地间建立旋转副。

接触关系：托架与玻璃之间为接触连接，因此需要建立接触对，具体如下：

图12.接触关系

衬套关系：大多数车窗上升时是按一定角度上升，上升过程中车窗的左右两侧会与车门夹条接触，阻制车窗的左右晃动。为了模拟这个过程，可以用衬套力模拟。首先在车窗两侧建立marker点(衬套参考方向)，由于衬套Z方向为车窗上升方向，以此刚度设置为0，其他两个方向位置一定的刚度，具体如下(也可以通过力控制，测试玻璃与车门框之间的摩擦力或者压力曲线，然后通过样条曲线赋给力。)

图13.衬套、接触关系

2.3建立传动

     为带动驱动滑轮的转动，可以添加蜗轮蜗杆结构，蜗轮与连接件固定，蜗杆和地面间建立旋转关系(实际中蜗杆连接电机)，具体的蜗轮蜗杆建立方式不再详细描述(后面可以以一个案例详细说明)。

图14.添加蜗轮蜗杆

      最后在蜗杆与地面的旋转副上添加旋转驱动，完成后进行仿真分析：

      从上图可以看到车窗在绳索、蜗轮蜗杆的作用下缓慢上升，实现车窗的关闭。以上即完成了绳轮式的车窗升降器仿真。针对这种结构可以展开电机功率及选型、车窗升降平顺性分析、滑轮位置优化等。文章比较长，不便于详细的描述绳索及滑轮建模的细节，后面会详细介绍。