廖達(dá)海，花擁斌，寧翔，劉玉濤，朱祚祥

摘要：將ADAMS軟件引入機(jī)械原理課程教學(xué)，應(yīng)用該軟件對(duì)虛擬機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模、動(dòng)態(tài)仿真以及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析可有效解決學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)組成、運(yùn)動(dòng)特性理解掌握困難的問(wèn)題，同時(shí)極大地提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，從而提高課堂教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：ADAMS；機(jī)械原理；課程教學(xué)；運(yùn)動(dòng)學(xué)分析

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2017）47-0140-02

一、引言

機(jī)械原理課程是機(jī)械類專業(yè)的一門主干技術(shù)基礎(chǔ)課，在機(jī)械類系列課程體系中占有十分重要的地位[1]。傳統(tǒng)課程教學(xué)中，只是對(duì)書(shū)本上靜態(tài)的機(jī)構(gòu)變位通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行動(dòng)態(tài)演示，講解內(nèi)容枯燥，花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)，學(xué)生難以準(zhǔn)確理解其基本原理與概念[2]。

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者結(jié)合多年的機(jī)械原理課程教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和科研實(shí)踐，將ADAMS虛擬樣機(jī)分析的應(yīng)用軟件與機(jī)械原理機(jī)構(gòu)課程教學(xué)相結(jié)合，通過(guò)對(duì)虛擬機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模、動(dòng)態(tài)仿真以及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，克服了運(yùn)算步驟煩瑣的缺點(diǎn)，提高了課堂教學(xué)效果，并有效解決了學(xué)生對(duì)機(jī)構(gòu)組成、運(yùn)動(dòng)特性不易掌握的問(wèn)題。

二、基于ADAMS的機(jī)械原理課程實(shí)踐教學(xué)案例

筆者以ADAMS軟件對(duì)平面六桿機(jī)構(gòu)做運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析為例，探究ADAMS軟件在機(jī)械原理課程教學(xué)中的應(yīng)用。具體如圖1所示為平面六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，已知LBE=50mm，LEF=LED=120mm，LFD=60mm，LDA=150mm，LFC=300mm，∠FED=30°，曲柄BE以角速度ω1=πrad/s順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。求構(gòu)建5滑塊C點(diǎn)位移、速度及加速度。

1.模型建立。（1）建立機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)體模型。借助ADAMS軟件建立平面六桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)體模型，由各構(gòu)建的尺寸參數(shù)，提取ADAMS/View零件庫(kù)中的連桿構(gòu)建（Link），依次建立曲柄4、連桿2、搖桿1、搖桿3；再提取ADAMS/View零件庫(kù)中的長(zhǎng)方體構(gòu)建（Box），建立滑塊5，使其與搖桿3相連。機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)體模型如圖2所示。

（2）建立運(yùn)動(dòng)副。通過(guò)對(duì)平面六桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，該機(jī)構(gòu)共有7個(gè)運(yùn)動(dòng)副，其中含有6個(gè)旋轉(zhuǎn)副，含有1個(gè)移動(dòng)副，機(jī)構(gòu)自由度為1。提取ADAMS/View約束庫(kù)中的固定副（Joint：Fixed），依次在桿EF和桿FD，桿EF和桿ED，桿FD和桿ED之間施加固定副；再提取ADAMS/View約束庫(kù)中的旋轉(zhuǎn)副（Joint：Revolute），依次完成曲柄4與機(jī)架，曲柄4與連桿2，連桿2與搖桿1，連桿2與搖桿3，搖桿1與機(jī)架，搖桿3與滑塊5之間旋轉(zhuǎn)副的施加；最后提取ADAMS/View約束庫(kù)中的移動(dòng)副（Joint：Translational），完成滑塊5與機(jī)架之間移動(dòng)副的施加。最后具體含運(yùn)動(dòng)副的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)體模型如圖3所示。

（3）建立驅(qū)動(dòng)。提取ADAMS/View約束庫(kù)中的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，為曲柄BE施加順時(shí)針的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，設(shè)置曲柄4的旋轉(zhuǎn)角速度為πrad/s，含驅(qū)動(dòng)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)實(shí)體模型如圖4所示。

2.仿真分析。點(diǎn)擊仿真工具按鈕，設(shè)置仿真結(jié)束時(shí)間5s（曲柄用πrad/s的角速度旋轉(zhuǎn)2.5周，所用時(shí)間為5s）。然后點(diǎn)擊開(kāi)始仿真工具按鈕，即開(kāi)始機(jī)構(gòu)仿真分析。

（1）運(yùn)動(dòng)實(shí)體模型分析。機(jī)構(gòu)開(kāi)始以2s為一個(gè)周期進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，分別選取機(jī)構(gòu)仿真時(shí)間為T=0s，T=0.5s，T=1s得到機(jī)構(gòu)的仿真如圖5所示。

（2）運(yùn)動(dòng)曲線圖分析。對(duì)該機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析，借助ADAMS軟件中的測(cè)量工具，得到滑塊C位移，速度、加速度隨時(shí)間變化曲線圖。

①位移曲線圖。如圖6位移曲線圖所示，滑塊C的位移隨時(shí)間進(jìn)行周期性變化。在第一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期內(nèi)，滑塊C位移隨著時(shí)間的增大總體呈增大趨勢(shì)，并且滑塊C位移在T=1.1s時(shí)達(dá)到最大值，之后滑塊C位移隨著時(shí)間的增大而減小。

②速度曲線圖。如圖7速度曲線圖所示，滑塊C的速度隨時(shí)間進(jìn)行周期性變化。在第一個(gè)周期內(nèi)，滑塊C的速度變化較大，并且在T=0.2s與T=1.1s兩個(gè)時(shí)刻速度為0。說(shuō)明此時(shí)滑塊C分別處在距離搖桿B最近與最遠(yuǎn)的兩個(gè)位置。

③加速度曲線圖。如圖8速度曲線圖所示，滑塊C的加速度隨時(shí)間進(jìn)行周期性變化。在第一個(gè)周期內(nèi)，滑塊C的加速度隨著時(shí)間增大出現(xiàn)較大波動(dòng)，并在T=0.3s時(shí)達(dá)到最大值，在T=1.8s時(shí)加速度為0。

三、結(jié)語(yǔ)

本文研究ADAMS軟件與機(jī)械原理課程教學(xué)相互結(jié)合，將先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用于機(jī)械原理課程教學(xué)。在教學(xué)中先對(duì)機(jī)構(gòu)的基本概念與基本原理進(jìn)行講解，再利用ADAMS軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)的三維建模、運(yùn)動(dòng)仿真與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，將枯燥且抽象的理論用計(jì)算機(jī)技術(shù)生動(dòng)形象地展現(xiàn)出來(lái)，促進(jìn)了學(xué)生機(jī)械綜合素質(zhì)的提升和增強(qiáng)了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王德倫，高媛.機(jī)械原理[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2011.

[2]任必春.變參數(shù)欠驅(qū)動(dòng)平面五桿機(jī)構(gòu)混沌運(yùn)動(dòng)的研究[D].西南交通大學(xué)，2014.