AMESim机械库中元件的介绍.docx

Mechanical
AMESIM机械库包含了用于构建一维平动和转动机械系统的元件模块，可独立用于完整的一维机械系统建模。
在AMESim中，为子模型设置参数的时候，可以使用表达式来表示，尤其是对于表达式计算结果不是有限数的时候。
AMESim所使用的外部变量的符号约定也很重要：对于自身有方向的变量，正号表示与箭头方向一致。（下面通过质量块进行详细讲解）
sets the gravity
如何设定重力方向？可在质量块的参数里面设置角度。系统认为向下是正方向，默认重力加速度是9.80665 m/s/s。通常情况下是不使用该图标的，除非是想改变重力加速的g。在下图模型中（弹簧自由伸长），当设置质量块的初始角度为0时，仿真完成后质量块的速度一直为0；如果设置初始角度为90度，则速度成正弦波变化。

null to force units
子模型：FORC - conversion of signal input into a force in N
将无单位的信号转换为同等大小的、以N为单位的力。
null to linear speed units
null to linear velocity with calculation of displacement
信号转换为线性速度，并计算出位移。
null to linear displacement with calculation of velocity
信号转换为线性位移，并计算出速度。
2 nulls to linear velocity in m/s and displacement in m
conversion between linear variables and signal variables
输入速度信号，返回力信号。

与上一个相反
略……
force transducer 力传感器
信号的形成：用力减去某一数值offset（用户自己设定，单位：m/s）后所得结果乘上一个增益gain（放大倍数，单位：s/m），就得到了一个没有单位的信号在端口2输出。即：signal=(F-offset)*gain，注：当所需信号只在0—1有效时，合理设置offset和gain的数值，可以有效调节F输出信号的范围。
根据左右端口的输入/出信号，以及因果关系的不同，可以有好几个子模型。信号有：力，速度，加速的，位移。其中一个子模型图示如下：

linear velocity transducer速度传感器 略……
linear displacement transducer位移传感器 略……
linear acceleration transducer加速度传感器
由于因果关系的不同，分为两种子模型。

linear power, energy and activity sensor？？
根据左右端口的输入/出信号，以及因果关系的不同，可以有好几个子模型。信号有：力，速度，加速的，位移。子模型PTL00图示如下：

linear mass with 1 port
受一个力作用，不考虑摩擦，一维运动。由于速度是矢量，有方向，其正方向与子模型外部变量的箭头方向一致。倾斜角度为90度时，端口1处于最低点。（顺时针为正方向）
质量块的位移是以绝对坐标系为参考的。
linear mass with 2 ports
受两个力作用，不考虑摩擦，一维运动。
子模型：MAS002 - 2 port mass capable of one-dimensional motion
子模型：MAS000 - dynamics of a zero mass（质量趋近于零，一种极限情况）
注：当质量非常小的时候，如果用MAS002，那么运行时间会非常的大，而MAS000则会比较合适。通过在两个弹簧模型之间插入MAS000，可以将两个弹簧连接在一起，由于质量非常小，这样就可以认为是两个弹簧直接连在一起了。也可以用在其它方面，主要是起中间过渡作用。
【注意】AMESim所使用的外部变量的符号约定也很重要：对于自身有方向的变量，正号表示与箭头方向一致（弹簧除外，压为正，拉为负）。详细讲解如下：
质量块分配好子模型后，它的矢量正方向也就定下了——与箭头方向一致。当参数inclination设定为0和90时，子模型的图示如下。（注：90度时，模型的显示其实没有竖起来，但help文件中说此时端口1在最低端，所以，为了更加形象，此处将图像旋转了）
左图中，当质量块向右移动时，端口2的位移值为负，端口1的位移值为正；右图中，当质量块向下移动时，端口2的位移值为负，端口1的位移值为正。

下面结合实例进行讲解。HCD库建立节流阀，如下图所示。

各元件的子模型如下图所示：

假设斜坡信号输入的为一正值，那么弹簧、质量块、阀芯都向左运动，但是，质量块端口1的位移值为负值。注意，此时，质量块阀芯的位移值由信号源控制，与它们的初始位移值无关；但是，阀的开口度是初始开口度和阀芯位移的组合。

linear mass with 1 port and friction
考虑摩擦，受一个力作用，一维运动。
linear mass with 2 ports and friction
考虑摩擦，受两个力作用，一维运动。
子模型：MAS004 – 2 port mass capable of one-dimensional motion with friction
子模型：MAS11 - 2 port mass with friction (advanced)（比较高级）
注：MAS11使用Karnopp摩擦模型，它包含了静摩擦，库仑摩擦，粘性摩擦和空气阻力。
linear mass with 2 ports and endstops（有位移限制）
子模型：MAS005 - mass with friction and ideal end stops（非弹性位移限制）
子模型：MAS21 - mass with friction and configurable end stops (advanced)（可配置的位移限制）
注：用户设定一个相对位移的临界值，当相对位移达到此值时，也就达到了最大静摩擦力。然后物体运动，摩擦力就等于动摩擦力。动摩擦力是相对速度的函数——Stribeck效应，如果不考虑该效应，那么静摩擦力到动摩擦力的转变就是一瞬间的；如果考虑该效应，那么Stribeck效应中的“斜率”就由静摩擦力来决定。
当位移到达终点的时候，就会有一个附加的接触力，包括弹簧力和阻尼力。在此设定一个阻尼系数，使阻尼力从零慢慢增大到设定值。
子模型：MAS005RT - zero mass with viscous friction and ideal end stops
【注意】该模型设定位移限制的时候，以端口1的位移方向为参考，来设定最大最小位移限制的值（经模拟总结出来的）。
Karnopp friction model for a moving mass
子模型：FR1TK000 - linear Coulomb and stiction friction represented by a Karnopp model（高级用户使用，参数设置不当，会产生不良后果）
注：在1端口输入一个信号，用来确定摩擦力的大小。有两种方法：一是给定0到1之间的一个信号，乘上用户设定的最大值；二是给出一个力信号，乘上用户设定的摩擦系数。

masses with friction and endstops
子模型：MAS30 - motion of body within moving envelope, friction and elastic end stops (configurable version)（用于仿真带有可运动外壳的物体的运动）

mass with frictions and endstops and external body velocity
子模型：MAS31 - motion of body within moving envelope, friction and elastic end stops (only one mass) （不考虑外壳质量）
注：当需要给组合体施加速度/位移时，可用此模型。

Karnopp friction model for 2 moving masses
子模型：FR2TK000 - linear Coulomb and stiction friction represented by a Karnopp model
考虑两运动物体之间的摩擦。

linear spring with 2 ports capable of linear motion
有好几种子模型：刚度为常量，刚度可变（用ASCII表来定义力与弹簧伸缩量的关系），是否带有状态变量，还有一个（fastest）模型。在（fastest）模型中，输入的速度变量没有用到。弹簧预紧力的正负：压为正；拉为负。
参数spring force with both displacements zero表示的是弹簧两端位移为0时弹簧的预紧力（压正拉负），弹簧本身无法表征位移，需要由其它模型确定，如质量块。
infinitely stiff spring use with caution! （刚度非常大）
子模型：SPR1 - infinitely stiff spring
The force at port 2 is an implicit state variable adjusted so as to make the sum of the two velocities zero and the force at port 1 is a duplicate of this.？？

使用该模型，可以认为端口1、2的速度大小相同，只是一个为正值（与图中箭头方向相同），一个为负值（与图中箭头方向相反）。
子模型：INFSPR - infinitely stiff spring with choice of constraint（仅用于练习）
linear variable spring with 2 ports capable of linear motion
子模型：MCSPR10A - variable linear spring (no states)（高级用户使用）

在端口2输入弹簧刚度。
子模型：MCSPR10 - variable linear spring（上一个子模型更适合于稳态运行）
linear damper with 2 ports capable of linear motion
由于端口输入/出的信息不同，可以有好几个子模型。阻尼比可以是常量，也可以是变量（阻尼比是速度的函数/阻尼力是速度的函数）。
linear variable damper with 2 ports capable of linear motion
阻尼比根据输入信号来调节。由于端口输入/出的信息不同，可以有好几个子模型。
linear spring-damper with 2 ports capable of linear motion
spring and damper with viscoelastic（粘弹性的） behaviour
用于仿真非线性粘弹性弹簧。有好几个子模型。
linear elastic end-stop with 2 ports capable of linear motion
用于仿真弹性接触，在接触时有的子模型考虑阻尼，有的不考虑阻尼。
double linear elastic end-stop
仿真两个弹性接触，在接触时有的子模型考虑阻尼，有的不考虑阻尼。
linear elastic end-stop with preload（有预紧力）
variable friction between a fixed part and a moving part
仿真运动物体与固定物体之间的摩擦，不考虑质量，信号输入端指定摩擦力。有好几个子模型。
variable friction between two moving parts
仿真两运动物体之间的摩擦，不考虑质量，信号输入端指定摩擦力。有好几个子模型。
linear mechanical node
将两个线性杆与另一个线性杆相连。根据传输信号的不同，以及因果关系的不同，可有好几个子模型。下图为其中一个子模型，端口3的力、速度位移与端口1、2的都相同。（不同于下面的liner node）

linear mechanical node (larger)
子模型与上一个完全一样，只是图标比较大。
linear mechanical lever（杠杆）
根据传输信号（力、速度、位移）的不同，以及因果关系的不同，可有好几个子模型。其中两个子模型的图示如下：

linear mechanical lever (alternative) 略……
linear mechanical lever 略……
linear mechanical lever 略……
modulated（调整的） transformer between 2 linear shafts
根据传输信号（力、速度、位移）的不同，以及因果关系的不同，可有好几个子模型。其中两个子模型的图示如下：

信号端输入的x是转换比，即x=输出/输入。
dynamic linear mechanical node transferring velocity
左边输入的速度被复制到右边端口，而右边端口力的总和做为左边端口的输出。（如下左图）

dynamic mechanical linear node with velocity and displacement transfer
左边输入的速度和位移被复制到右边端口，而右边端口力的总和做为左边端口的输出。（如上右图）
modulated transformer between a rotary shaft and a linear shaft
轴杆之间的转换。其中的两个子模型如下（左、中）所示：

信号端输入的x是转换比，即x=输出/输入。（上图右）

electrical motor
子模型：PM000 - constant speed prime mover （转速恒定）
子模型：PM001 - prime mover with speed varying linearly with torque （转速随负载线性变化）
thermal prime mover
子模型和上一个完全一样。
electrical motor with external control
将输入信号转变为速度。
rotary load with 2 ports
根据考虑的因素（无摩擦，零转动惯量）不同，可有几种不同的子模型。设置的速度参数为初始速度。
rotary load with 1 port and friction
考虑摩擦。

rotary load with friction and endstops
考虑摩擦，有角位移限制。

2 rotary loads with friction and endstops
两个旋转负载，之间有摩擦、角位移限制。
rotary spring(旋转弹簧)
一种子模型的弹簧刚度是常量；
对于刚度可变的弹簧子模型，力矩是弹簧扭转位移的函数，通过一个表格给出。用于仿真非线性扭转弹簧。
infinitely rotary spring use with caution!
variable rotary spring
信号端输入弹簧刚度值。

rotary elastic endstop
rotary clearance

不考虑惯性。

rotary mechanical reducer
用于改变输入输出的比值，相当于减/增速器。（有两种：不考虑功率损失；考虑功率损失）
variable ratio reducer
齿轮比可变，由信号端控制。不考虑功率损失。
rack （齿条）and pinion（小齿轮）
分直齿和螺旋线齿。
worm（蜗杆） gear mechanism
screw/nut mechanism（螺纹/螺母机构）
仿真丝杠滑块。
cam（凸轮） and cam follower
An ASCII file is read, defining the linear displacement of the contact point in mm at various angular displacement in degrees in the range 0 to 360.（用ASCII文件来定义凸轮轮廓/杆位移与角位移的关系） 如何得到ASCII文件？？
通过插值方法计算输出：线性样条；三次样条。
fixed length mechanical arm
其中一个子模型：

crank（曲柄） transforming between linear and rotary motion
子模型：CRANK0 - ideal crank without friction or inertia，曲柄长：R，连杆长：L，补偿量：offset，滑块位移：X，则根据几何关系得：
L-R+offset≤X≤L+R+offset

dynamic rotary node
左边端口的转速被复制到右边所有端口，右边所有端口的转矩之和传递到左边端口。

hoist（提升） rope
考虑到绳子的（非）线刚度、惯性、粘性摩擦（绳子内部摩擦的宏观表现）等，可以有好几个子模型。
link between rope top and mechanical submodels
连接绳子和机械元件。
compensating（补偿） cable（缆绳）
（类似于矿井箕斗的尾绳）
注：两端口必须向上，不可旋转模型。

return drive sheave（槽轮）

winch 绞车

solenoid 螺线管
两个子模型

有限元 略……
略

modulated transformer between 2 rotary shafts with angle
其中一个子模型：

modulated transformer between rotary and linear shaft with angle and displacement
其中一个子模型：

modulated transformer between 2 linear shafts with displacement
其中一个子模型：