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1、基于ADAMS的自动打印机时间同步化仿真设计工程技术学院08级设计者 叶同学 指导教师 李老师 日期：2011年6月23日基于ADAMS的自动打印机时间同步化仿真设计一、 设计原理与结构 将产品包装好后，在包装好的纸盒上，为了商品的某种需要而打印一种记号。他的动作主要有两个：送料到打印工位，然后打印记号。 图 1图1 所示为自动打印机的示意图，送料器首先将产品送至打印工位上，然后由打印头对产品进行打印。由此可知，送料器和打印头对产品进行顺序作业，故它们只具有时间上的顺序关系，而无空间上的相互干涉，因此只需进行时间同步化设计。二、 建立模型构件该装置由选料器、产品、打印头、杠杠、弹簧、凸轮等四部
2、分构成，下面依次进行建模：1、 创建选料器（1）启动ADAMS/View，选择新建模型，并将系统的长度单位设置为mm。（2）设置工作栅格。单击菜单【Settings】【Working Gird】后，在弹出的设置工作栅格对话框中，将Size设置为X（750mm），Y（500）mm，Spacing设置为（10mm），（10mm）。如下图所示：（3）设置图标。单击菜单【Setting】【Icon】，弹出图标设置对话框，在New Size输入框中输入10。（4）打开坐标窗口。单击菜单【Veiw】【Coordinate Window】，打开坐标窗口，当鼠标在图形区移动时，在坐标窗口中显示了当前鼠标所在位
3、置的坐标值。（5）绘制长方体。单击工具栏中的绘制长方体按钮，并在工具栏下端的输入框中，将Geometry box设置为New Part，勾选中Length、width和depth并分别设置为160，20，20；然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-540，Y= -80，Z=0时，按下鼠标左键，然后向上拉动，单击鼠标左键即完成box1的创建，将其rename为changfangti1。单击工具栏中的按钮，然后选中changfangti1，单击工具栏中的按钮,将distance设置为10mm，向左移动10mm。如下图所示：（6）单击工具栏中的绘制长方体按钮，并在工具栏下端的输入框中，将G
4、eometry box设置为New Part，勾选中Length、width和depth并分别设置为20，40，40；然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-380，Y= -90，Z=0时，按下鼠标左键，然后向上拉动，单击鼠标左键即完成box2的创建，将其rename为changfangti2。单击工具栏中的按钮，然后选中changfangti2，单击工具栏中的按钮,将distance设置为20mm。向左移动20mm。 （7）进行布尔加运算。单击工具栏中的按钮，然后将changfangti1与changfangti2构件融为一个构件，将其rename为songliaoqi。2.创建产品
5、（1）绘制长方体。单击工具栏中的绘制长方体按钮，并在工具栏下端的输入框中，将Geometry box设置为New Part，勾选中Length、width和depth并分别设置为60，40，40；然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-360，Y= -90，Z=0时，按下鼠标左键，然后向上拉动，单击鼠标左键即完成box3的创建，将其rename为changfangti3。单击工具栏中的按钮，然后选中changfangti3，单击工具栏中的按钮,将distance设置为20mm，向左移动20mm。（2）绘制长方体。单击工具栏中的绘制长方体按钮，并在工具栏下端的输入框中，将Geometry
6、 box设置为New Part，勾选中Length、width和depth并分别设置为300，60，60；然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-430，Y= -150，Z=0时，按下鼠标左键，然后向上拉动，单击鼠标左键即完成box4的创建，将其rename为长changfangti4。单击工具栏中的按钮，然后选中changfangti4，单击工具栏中的按钮,将distance设置为30mm，向左移动30mm。3、创建打印头和杠杠。（1）绘制圆柱体。单击主工具栏中的,单击菜单【Settings】【Working Gird】后，在弹出的设置工作栅格对话框中，点击最下方Set Orient
7、ation下拉菜单，选择global XZ。如下图：然后，单击主工具栏中的，并在工具栏下端的输入框中，将Cylinder设置为New Part,勾选Length和Radius并分别设置为60和25，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-200，Y= 0，Z=0时，按下鼠标左键，然后沿Y轴向上拉动，然后沿Y轴向上拉动，再单击鼠标右键，即创建了圆柱体Part_1,单击工具栏中的按钮，然后选中Part_1，单击工具栏中的按钮,将distance设置为30mm，向左移动30mm。模型如图所示：（2）单击工具栏中的绘制长方体按钮，并在工具栏下端的输入框中，将Geometry box设置为New
8、 Part，勾选中Length、width和depth并分别设置为60，30，60；然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-230，Y= -50，Z=0时，按下鼠标左键，然后向上拉动，单击鼠标左键即完成box2的创建，将其rename为changfangti5。单击工具栏中的按钮，然后选中changfangti5，单击工具栏中的按钮,将distance设置为30mm。向左移动30mm。（3）绘制杠杠。单击工具栏中的，将选项设置成New Part,并在下端的输入框中将Length、Height和Depth勾选中，并分别设置为200、20、20，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X
9、=-200，Y=0，Z=0时，单击鼠标左键。再移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=0，Y=0，Z=0时，单击鼠标左键然后即可得到Part_2.然后移动part_2,沿Z负方向移动10mm,就创建了连杆Part_2.再单击工具栏中的，将选项设置成New Part,并在下端的输入框中将Length、Height和Depth勾选中，并分别设置为200、20、20，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=-200，Y=0，Z=0时，单击鼠标左键。再移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=0，Y=-200，Z=0时，单击鼠标左键然后即可得到Part_3.然后移动part_3,沿Z负方向移动10mm,就创建
10、了连杆Part_3.（4）绘制圆柱体。单击主工具栏中的，并在工具栏下端的输入框中，将Cylinder设置为New Part,勾选Length和Radius并分别设置为60和25，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=0，Y= -200，Z=0时，按下鼠标左键，然后沿Y轴向上拉动，然后沿Y轴向上拉动，再单击鼠标右键，即创建了圆柱体Part_4,单击工具栏中的按钮，然后选中Part_4，单击工具栏中的按钮,将distance设置为30mm，向左移动30mm。（5）进行布尔加运算。单击工具栏中的按钮，然后将Part_1、Part_2、 Part_3、 Part_4与changfangti4构
11、件融为一个构件，将其rename为ganggan。（6）绘制支座。单击工具栏中的按钮，分别点击三点坐标（0，0，0）、（0，60，0）、（60，0，0），最后右击完成支座的绘制，将其rename为zhizuo。4.创建弹簧（1）单击工具栏中的按钮，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=0，Y= -100，Z=0时，按下鼠标左键，当鼠标的坐标值显示为X=180，Y= -100，Z=0时，按下鼠标左键，就得到Part_5，将其rename为tanghua。（2）绘制长方体。单击工具栏中的绘制长方体按钮，并在工具栏下端的输入框中，将Geometry box设置为New Part，勾选中Len
12、gth、width和depth并分别设置为20，40，40；然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=170，Y= -120，Z=0时，按下鼠标左键，然后向上拉动，单击鼠标左键即完成box6的创建，将其rename为长qiangbi。单击工具栏中的按钮，然后选中qiangbi，单击工具栏中的按钮,将distance设置为20mm，向左移动20mm。5、创建凸轮单击主工具栏中的，并在工具栏下端的输入框中，将Cylinder设置为New Part,勾选Length和Radius并分别设置为20和100，然后在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=0，Y= -200，Z=0时，按下鼠标左键，单
13、击工具栏中的按钮，然后选中Part_5，单击工具栏中的按钮,将distance设置为10mm，向左移动10mm。单击主工具栏中的，在图形区移动鼠标，当鼠标的坐标值显示为X=0，Y= -200，Z=0时，按下鼠标左键，就创建一个Marker点。总体如图二、添加约束、接触和驱动1、添加约束（1）创建固定副。单击，选中daogui和ground。即使导轨与大地固定。再单击，选中qiangbi和ground，使墙壁与地面固定。再单击，选中zhizuo和ground，使支座与大地固定。（2）创建旋转副。单击工具栏中的按钮，选中zhizuo和ganggan，并在坐标原点处单击左键，即创建了支座和杠杠的转动
14、关系。再单击，选中tulun和ground, 并在坐标(50,-200,0)处单击左键,即创建了凸轮和地面的转动关系。（3）创建滑移副。单击 ，选中songliaoqi和daogui,即可创建送料器与导轨的滑移关系。再单击，选中chanpin和daogui,即可创建产品与导轨的滑移关系。2、施加载荷添加送料器与产品之间的接触约束。单击接触按钮，在弹出的对话框中，选择Contact Type设置为Solid To Solid，在I Solid输入框中单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择【Contact_Solid】【pick】，然后在图形区拾取送料器songliaoqi，这时在输入框中就输入了构件s
15、ongliaoqi的实体几何元素（CONTACT_1）。用同样的方法在J Solid输入框中输入导轨的实体名称（BOX_57），设置见下图。添加高副，单击接触按钮，在弹出的对话框中，选择2D CURVE-Constraint first设置为Edge,second也设置为Edge.然后选择凸轮上一条实体边（Edge），再选择杠杆上一条实体边（Edge）。如下图2、 添加驱动。在送料器上添加滑移驱动，由于要保证产品在打印头处停下来打印，故函数为STEP( time ,0,0 , 25, 130 )+ STEP( time ,26,0 , 27, -130 )+ STEP( time ,28,0
16、, 53, 130 )+ STEP( time ,54,0 , 55, -130 )，其中前面两个step函数即可实现对上述过程的控制，后面两个函数为这一过程的重复。三、 运行仿真。1、 单击仿真按钮，将仿真时间设置为27s，仿真步数设置为300，单击按钮开始仿真计算。仿真效果如下图。四、运动仿真计算1、送料器沿X方向的运动速度、加速度和位移分析。速度通过送料机X方向上的速度图像，可得知送料机在前25秒运行平缓，26秒到27秒左右快速反向运动。加速度通过送料机X方向上的加速度图像，可得知送料机在前25秒加速度为0，26秒到27秒左右加速度为负。位移通过送料机X方向上的位移图像，可得知送料机在前
17、25秒沿X正方向运动，26秒到27秒左右沿X负方向运动。2、 产品沿X方向的运动速度、加速度和位移分析。速度通过产品X方向上的速度图像，可得知产品在前25秒运行平缓。加速度通过产品X方向上的加速度图像，可得知产品在前25秒加速度为0。位移通过产品X方向上的位移图像，可得知产品在前25秒沿X正方向运动。3、 杠杠在Z方向的运动角速度、角加速度分析。角速度由杠杠角速度的图像可以看出，杠杠角速度符合正弦函数规律，在一定角度范围内呈周期性运动。角加速度由杠杠角加速度的图像可以看出，在Z轴负方向角加速度近似为一定值，在Z轴正方向呈正弦函数分布。五、 结束语当初选择虚拟样机这门专业课时，真的不知道是关于什
18、么内容的，只是从书名模糊得推断应该与计算机有关。当开学后发了一本ADAMS的课本，也不知道它就是虚拟样机的教材。通过李老师一个月的讲授和一个月的上机实验，才清楚ADAMS是一款功能比我们大二学的AUTO CAD强大很多的软件，区别主要在于ADAMS可用于预测机械系统的性能、运动范围、碰撞检测、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷等的仿真。上课期间由于只听没动手画，加上每周的实验都是按照教材上的步骤一步一步画的，直到开始做作业的时候才意识到自己很多都不会，尤其是老师课堂上补充的。看着周围的同学都忙着自己的机械设计，而我还知道要设计什么，想通过老师给的上一届同学的好设计找到一点灵感，却发现他们的设计都
19、蛮复杂，自己不由的感觉压力重重。最后发现周围不少的同学是从机械原理或机械设计书中找的设计模型，我就开始在那些机械相关的教材上找设计模型，最后在机械设计实践与创新中找到一个自己比较感兴趣的模型加热炉推料机，由于平时都设计一些与圆或是连杆相关的机构，所以在设计一些连杆机构时就感觉特别容易。而在设计蜗轮蜗杆时，就不知道如何下手，把书本找了一遍也没找到如何设计蜗轮蜗杆的方法，更不用说，向同学请教了，最后希望只能寄托网络了，从百度中搜索如何设计蜗轮蜗杆和添加蜗杆副，发现很多在咨询而没有回答具体该如何设计的。到这时候，才意识到这个模型不容易设计出来了，也只好放弃这个设计了。在第二次选择模型时就考虑到很多因
20、素，比如涉及到柔性体的模型。最后，在机械原理课程设计指导书中发现一个相对较好的模型设计自动打印机运动循环的时间同步化设计。它上面要涉及到滑动副、凸轮副和旋转副的设计，看起来都不是很复杂。基本上用了一个小时就把图形画完了，然后，就是添加一些约束与驱动，在给送料机添加滑移副时，还没有给它添加滑移驱动，送料机就自动的移动了，自己思考了一会儿，怎么也没想到是怎么回事，向同寝室的同学请教后才知道没考虑送料机与导轨的实体接触。最后，在他们的帮助下，通过对CONTACT参数的设置，才解决了这个问题。同时，在设计送料器推动产品运动时，也遇到类似的问题，送料器单独得运动，不推动产品向前运动，看了教材才知道没有考
21、虑送料器与产品的接触，要单击接触按钮，在弹出的对话框中，选择Contact Type设置为Solid To Solid，在I Solid输入框中单击鼠标右键，在弹出的菜单中选择【Contact_Solid】【pick】，然后在图形区拾取送料器，用同样的方法在J Solid输入框中输入chanpin。这样才解决了上面的问题。在添加弹簧时，开始把弹簧的一端连接在杠杠上的一点，由于开始没有建立一个MAKER点，表面上看起来弹簧和杠杠连上了，一到仿真时，才看出来弹簧和杠杠没连上。开始怎么也没想到是要建立一个MAKER点，以为要添加什么副，最后发现添加旋转副后杠杠根本就不能动了。然后，就另建一个模型，把
22、弹簧添加上去后，一仿真，弹簧就被拉伸了，通过两个模型的比较，才发现是不是没有一个MAKER点的原因，最后，在杠杠上建立了一个MAKER点后，果然就成功了。再就是添加驱动时，开始不知道用什么函数去控制送料机的来复运动，就看了看老师给我们的样板中是如何使用函数去控制运动的，由于运动的需要if函数和maxmin函数达不到要求，那应该就是step函数了，看着STEP（x,x0,h0，x1,h1）函数怎么也不知道各个变量表示什么意思，问周围的同学，他们都说书上有，看了书后面的数学函数才知道，x是独立变量，（x0，h0）决定起始点，（x1，h1）决定终止点。最后成功得添加上驱动。通过这两个星期的ADAMS
23、设计，我对ADAMS这款软件有了更深一步的认识，ADAMS是我们机械类专业学生必须会应用的软件之一，能够对我们将来从事的职业有很大的帮助。有时候，想一想发现很多模型建立并不难，重点是要仿真，只有这样才能知道这个模型能否应用到实际中。所以，我们机械类的学生仅仅学会用AUTO CAD、PRO E和UG是远远不够的，必须熟悉如何熟练得运用ADAMS对模型的仿真设计。虽然，自己对一些较复杂的模型建立与仿真还有些吃力，但相信在今后的学习中，会对ADAMS有更深的运用。六、参考文献1. 李增刚. ADAMS入门详解与实例. 北京：国防工业出版社，20092. 裴建新 主编. 机械原理课程设计指导书. 北京：高等教育出版社，2005
