喬印虎，張春燕，張樹鋒

（安徽科技學(xué)院 工學(xué)院，安徽 鳳陽 233100）

機械系統(tǒng)仿真課程與其他課程聯(lián)系的教學(xué)探索

喬印虎，張春燕，張樹鋒

（安徽科技學(xué)院 工學(xué)院，安徽 鳳陽 233100）

機械系統(tǒng)仿真課程是一門車輛工程專業(yè)大四的專業(yè)方向課程，涉及的知識面廣且泛，課時較少，單從課程內(nèi)容或者教材內(nèi)容講解學(xué)生理解比較困難，而且很難調(diào)動起學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，為了便于學(xué)生在短時間內(nèi)掌握、理解課程知識點，同時能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，作者嘗試在上課過程的知識點講解中引用案例和前期課程相聯(lián)系，讓廣而泛的知識點更加具體化，易于理解、掌握，取得了較好的效果.

機械系統(tǒng)仿真課程；案例；教學(xué)

1 引言

機械系統(tǒng)仿真課程是我校車輛工程專業(yè)大四學(xué)生的一門專業(yè)方向課，這門課程涉及的知識面廣，從課程表面看好像和前期課程及專業(yè)沒有太大的關(guān)聯(lián)，而且課時較少，18個實驗課時，18個理論課時，共36課時，學(xué)生到了大四精力分散嚴重，同時學(xué)習(xí)的選擇性和主動性有所提高，如果單從這門課程內(nèi)容或者教材本身去講解，學(xué)生理解起來比較困難，很難吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)注意力，作者在認真分析以上情況后，嘗試在上課過程中講解主要知識點后，主要引用一些與前期課程、專業(yè)等相關(guān)的實例分析，并在此基礎(chǔ)上進一步深化內(nèi)容，提出具有拓展思維的問題留給學(xué)生課下去完成，并以創(chuàng)新分成績加到學(xué)生平時成績，這樣，既便于學(xué)生很快掌握這門課程，在短時間內(nèi)理解、掌握課程的知識點，又激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時也拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)思維方法，培養(yǎng)了學(xué)生綜合應(yīng)用專業(yè)知識解決實際問題的能力，通過學(xué)生作業(yè)、實驗、課堂表現(xiàn)及學(xué)期末老師和學(xué)生交談、學(xué)生評教、考試成績等綜合分析，作者的嘗試取得了較好的效果.

2 實施方案

表1 機械系統(tǒng)仿真課程實施方案

機械系統(tǒng)仿真課程理論與實驗均為18個課時，為了使理論與實踐結(jié)合，理論與實驗都按照2課時/次安排，實驗和理論各為8次，實驗課晚于理論課1次，實驗課程教材是作者自己編寫，使理論與實驗緊密結(jié)合，根據(jù)課程次數(shù)，把這門課程的知識點歸為8大類，每次課程一個大的知識點，知識點后講解一個和前期課程、專業(yè)或?qū)嵺`等相關(guān)且又便于理解的實例，具體安排參見表1.

3 具體案例

3.1 與前期課程聯(lián)系

以第2次課程實例為例進行闡述.

3.1.1 案例內(nèi)容

設(shè)一個直齒二級齒輪減速器，基本結(jié)構(gòu)幾何參數(shù)如下：第一級：模數(shù) m=4mm，z1=20，z2=50；齒寬 B=40mm；第二級：模數(shù) m=4mm，z1=30，z2=70；齒寬 B=40mm；則第一級傳動小齒輪分度圓直徑為d1=m×z1=80mm,d2=m×z2=200mm；第二級傳動小齒輪分度圓直徑為 d1=m×z1=120mm，d2=m×z2=280mm.

3.1.2 減速器虛擬樣機設(shè)計

首先根據(jù)題目要求建立減速器虛擬樣機模型[3]如圖1所示，然后設(shè)置運動副，包括4個轉(zhuǎn)動副、1個固定副及2個齒輪副，如圖2所示，最后設(shè)置仿真參數(shù)，在ADAMS/View驅(qū)動庫中選擇旋轉(zhuǎn)驅(qū)動（Rotational Joint Motion）按鈕，在Speed一欄中輸入3000，表示旋轉(zhuǎn)速度3000度/秒.左鍵選小齒輪軸JOINT_1作為驅(qū)動.為便于計算，設(shè)置仿真終止時間（End Time）為 1，仿真工作步長（Step Size）為 0.01.

圖1 減速器虛擬樣機模型

圖2 減速器虛擬樣機添加運動副

圖3 減速器仿真結(jié)果

3.1.3 結(jié)果分析

減速器仿真[4]結(jié)果如圖3所示，先對結(jié)果進行分析.

①第一級嚙合運動分析.因小齒輪齒數(shù)20，大齒輪齒數(shù)50，模數(shù)m=4m，據(jù)傳動原理知，對標準外嚙合漸開線直齒圓柱齒輪傳動，大齒輪轉(zhuǎn)速為小齒輪的2/5，即3000×(2/5)=1200deg/s.即當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速3000deg/s時，一級減速獲得轉(zhuǎn)速－1200deg/s，負號表示方向相反；同樣對第二級嚙合進行運動分析.因為小齒輪齒數(shù)為30，大齒輪齒數(shù)70，則最后理論上獲得的轉(zhuǎn)速應(yīng)為1200×3/7=514.286deg/s，二級減速獲得輸出轉(zhuǎn)速514.3deg/s，所建模型正確，符合標準外嚙合直齒齒輪傳動角速度與齒輪的分度圓直徑成反比的結(jié)論.

②ADAMS是以相鄰兩回轉(zhuǎn)軸MARKER點與嚙合MARKER點的距離之比確定傳動比的，改變回轉(zhuǎn)軸上MARKER點的位置不影響最終結(jié)果.

③以旋轉(zhuǎn)方式建立齒輪模型可以省卻調(diào)整MARKER點位置的麻煩，但MARKER點z軸的指向應(yīng)根據(jù)實際線速度方向作相應(yīng)的調(diào)整.

④在嚙合點處，將標記點(MARKER)的z軸方向旋轉(zhuǎn)一定角度，就可以仿真斜齒齒輪傳動情況.

經(jīng)分析及理論計算驗證，仿真結(jié)果合理，用虛擬樣機技術(shù)既和前期機械設(shè)計課程設(shè)計知識緊密聯(lián)系，又證明了應(yīng)用仿真技術(shù)提高了設(shè)計效率，并保證了設(shè)計質(zhì)量，使學(xué)生較輕松的掌握了這種仿真方法及ADAMS軟件的使用.

3.2 與專業(yè)、實際應(yīng)用的聯(lián)系

以第2次課程實例為例進行闡述.

因ADAMS軟件具有很好的動力學(xué)仿真性能，但是其只能建立簡單的機械結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)模型，對于較復(fù)雜的模型建立費時，所以作者嘗試將三維建模功能較好的CATIA軟件和ADAMS結(jié)合使用，突出二者的優(yōu)點，具體實施方法是應(yīng)用CATIA等三維建模軟件建立好三維模型后導(dǎo)入ADAMS如圖4是應(yīng)用CATIA軟件建立并通過專用接口導(dǎo)入到ADAMS中的曲軸連桿活塞機構(gòu)，然后在ADAMS對導(dǎo)入的活塞連桿機構(gòu)設(shè)置運動副及仿真參數(shù)等，并進行仿真求解其運動等參數(shù)，如圖5所示.

圖4 曲軸連桿活塞機構(gòu)模型

圖5 曲軸連桿活塞機構(gòu)仿真結(jié)果

將ADAMS軟件和CATIA軟件相結(jié)合，并選擇和機械結(jié)構(gòu)關(guān)系密切又易于理解的單缸曲軸連桿活塞機構(gòu)作為實例對象，讓學(xué)生易于接受，并形成較直觀的理解，同時和前期現(xiàn)代工程圖學(xué)實訓(xùn)CATIA軟件應(yīng)用結(jié)合，幫助學(xué)生認識前期課程的重要性并加強理解，也間接的培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識的能力.

4 實施效果

通過學(xué)生作業(yè)、實驗、課堂表現(xiàn)及學(xué)期結(jié)束作者和學(xué)生交談、學(xué)生評教、考試成績等綜合分析，作者的嘗試取得了較好的效果.

〔1〕余聯(lián)慶,梅順齊，杜利珍，等.ADAMS在機械系統(tǒng)仿真技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用[J].武漢科技學(xué)院學(xué)報，2008,3(21):5-8.

〔2〕陳立平,張云清,任衛(wèi)群,等.機械系統(tǒng)動力學(xué)分析及ADAMS應(yīng)用教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,2005.

〔3〕王洪倫,龔烈航,肖斌安.基于虛擬樣機技術(shù)的工程機械仿真分析與應(yīng)用研究[J].機床與液壓，2008,7(36):140-163.

〔4〕宋理敏,湯志遠.產(chǎn)品的機械系統(tǒng)仿真設(shè)計[J].機械工程與自動化，2011,4(2):211-216.

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A < class="emphasis_bold"> 文章編號：1

1673-260X（2012）07-0225-02

安徽科技學(xué)院重點建設(shè)學(xué)科（AKXK20102-5）；安徽省教育廳基金項目（KJ2010B051）；安徽科技學(xué)院重點建設(shè)課程（ZDKC1124）