绳索建模和仿真分析方案
绳索传动是靠紧绕在槽轮上的绳索与槽轮间的摩擦力来传递动力和运动的机械传动。它的主要优点是，能传递长距离的平行轴或任意位置轴之间的旋转运动和直线运动，传动零件结构简单、加工方便，传动平稳，无噪音、无振动和冲击。其缺点是：传动精度低，只适用于传递较小的力和力矩。
传动用的绳索有棉绳索、麻绳索、涤纶绳索和钢丝绳索等。钢丝绳一般只传递动力。为减少磨损，钢丝绳与轮槽底部接触。为保证钢丝绳在槽轮上产生的弯曲应力不超过许用值，槽轮的直径至少应为钢丝绳直径的40倍。通常棉、麻绳索适宜的传动距离为7~30米，钢丝绳的传动距离为25~150米。传动距离大于150米时应设置中间滑轮，用以支托绳索。
目前钢丝绳传动多用于起重机械和拉拽机械（如电梯）等。
Simpack 2023版本中新增加了246: Massless Cable力元，顾名思义就是无质量的绳索模型，用于建立基本的开环和闭环的3D 绳索传动机构。整个绳索传动机构通常由一系列基本元件组合而成，如绳索段、滑轮、绳索管道和外部接触体等。绳索主要用作弹性耦合，忽略了绳索惯性。
只传递轴向力，忽略弯曲刚度。
由于这种简化，该方法特别适用于大型绳索传动系统，实现对大量实际使用工况进行接近实时的评估。还能对早期刚性和柔性机构设计中实现预测相互作用力、摩擦损失或滑动等分析。由于上述假设，使用该力元件无法涵盖绳索内部纵向或横向动态。此外，需要给定电缆质量的其他影响也无法涵盖，例如，由于重力导致的悬链线无法使用该力元素进行建模。由于上述的假设，使用该力元不能获取绳索内部纵向或横向动力学。此外，其他需要设置绳索质量的影响也不能考虑，例如，由于重力导致的悬链线不能使用这个力元建模（需要使用实体绳索建模方法）。整个绳索传动机构可以通过布局元件的顺序来定义，绳索按顺序连接到布局元件（如“Cable path”参数中所定义）。然后Simpack会自动在元件之间插入一个自由的绳索段，即这些元件然后通过绳索段进行内部连接。在运行时，此顺序不能更改，这是一条不变的绳索路径。唯一的例外是会在绳索段和定义接触的几何体之间查找是否有接触（在“Cable contact”参数中定义）。通过圆柱几何体定义滑轮（滑轮参照平面和有效直径），并且指定每个滑轮的通过方向，以定义整个绳索的唯一路径。除了径向接触之外，滑轮还为绳索提供轴向引导，有效地在滑轮平面内形成接触弧。
在3D绳索系统中，绳索不一定与滑轮位于同一平面内，因此可能与滑轮平面形成角度（βin，βout）。在任何情况下，仍假设绳索视为在滑轮参考平面中相切。
根据绞盘方程（capstan equation），考虑了绳索滑轮接触中的摩擦力。如果克服了绞盘方程中的最大可传递力比，则可能导致全局滑移。
（2） 绳索
绳索机构中定义的每个元件都会通过绳索与其相邻元件自动连接。绳索力是根据用户定义的绳索特性（EA, DA）计算得出的，并在后处理中提供分别输出。在后处理中，每个绳索段也可分别获得力和应变。
（3） 绳索管道
使用SIMBEAM元件定义绳索管道，使绳索沿着梁中心线从第一个节点到最后一个节点穿过，要求按升序定义SIMBEAM的梁节点。内部穿过产生的接触法向力和摩擦力被认为是沿管道的分布力。
（4） 外部接触体
与其他建模元件不同，绳索接触定义了绳索与其环境的非恒定接触。计算每个绳索段的接触，列出定义为潜在接触的几何体。检查每个定义的接触几何体是否可能接触到所有的绳索段。如果绳索有接触，那么假设接触线在绳索段起点和终点之间形成尽可能短的距离。
通过无质量绳索模型可以对很多绳索传动机构进行仿真分析，如起重机、升降器、电梯等。通过2个定滑轮和2个动滑轮和一根绳索建立吊装机构模型。
（2）起重机
对起重机的绳索系统进行建模，在3D空间中将外部重物从一个位置移动到另一个位置。
（3）车窗升降器
对汽车车窗提升机构的绳索系统进行建模，整体机构运动由绳索传动，绳索穿过3个管道。
（4）电动窗帘
电动窗帘是一个3D的绳索传动机构，使用2根绳索建立。
（5）绳索接触
可以设置绳索与外部几何体之间的接触关系，并获得接触力。
（6）电梯运行
建立电梯整机模型，考虑轨道不平顺激励，对电梯运行过程的动力学和振动特性进行仿真分析。
对有些产品或者某些工况，需要考虑绳索本身的质量、几何体或者振动特性，需要建立实体绳索模型，那么就不能使用上述绳索建模方法。Simpack提供了Nonlinear SIMBEAM非线性离散梁建模功能，使用该功能可以建立实体绳索模型。SIMBEAM是Simpack软件用于建立离散梁柔性体的专用模块，具有Linear和Nonlinear两种类型。通过SIMBEAM可以完全参数化建立梁单元柔性体，支持Euler-Bernoulli和Timoshenko两种类型。使用非线性离散梁建立（大变形）绳索模型。其建模步骤为：使用SIMBEAM还能建立变截面的柔性梁，通过在不同的节点位置设置不同的截面以及方向，可以建立复杂的柔性梁模型。对于绳索仿真，SIMBEAM方法建立的绳索模型能完全考虑绳索的几何体，更加符合实际情况，提高了建模的精确度。（1）绳索缠绕
设置绳索几何体之间的接触关系实现绳索缠绕自接触仿真。
（2）受电弓
建立接触网实体模型，并设置和受电弓的接触关系，通过运行仿真评估受电弓的性能。
Simpack软件作为专家级的通用多体动力学软件，对于绳索提供了两种不同的建模方法，即力元方法建立无质量绳索模型和SIMBEAM方法建立实体绳索模型，用于不同的产品或分析目的。这两种方法有各自的特点，在建模效率、考虑因素以及求解速度等方面都有所不同，用户可选择合适的方法建立准确的绳索传动模型，分析并评估绳索传动的动力学性能。
