ADAMS在機械原理課程教學中的應用研究

李新+王小飛+黃艷+賀艷

摘 要：本文針對傳統教學方法在機械原理課程機構運動分析教學過程中出現的問題，將ADAMS軟件引入到課程教學中，應用該軟件對機構進行三維建模、動態仿真分析，以實例說明ADAMS軟件求解機械原理常見問題的簡便準確易懂，可提高課堂直觀性教學，增強學生學習積極性，促進培養學生機構綜合設計能力。

關鍵詞：機械原理；課程教學；應用研究；ADAMS

中圖分類號： TH111 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）23-76-2

1 機械原理傳統教學存在的一些問題

機械原理是機械類專業一門重要的技術基礎課程，其研究對象是機器或機構，主要研究內容包括機構的組成理論、機構運動學、機器動力學以及機械系統方案設計等方面。其中對機構運動分析的方法主要有圖解法和解析法。圖解法在對構件少結構簡單的平面結構進行運動分析時直觀簡便，一張圖僅能反映一個位置的運動情況，如果機構運動簡圖不準確，速度及加速度分析不嚴格按比例尺作圖求解，都將嚴重影響分析結構的正確性[1]；解析法雖然能夠獲得精確的計算結果，但其數學模型的建立和計算程序的編制相當煩瑣，需要花費大量的時間和精力。

2 ADAMS軟件在機械原理教學中的選用

機械系統動力學分析軟件（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System，ADAMS），是由美國MCS公司旗下的一款虛擬樣機分析軟件，也是一款應用范圍最廣、應用行業最多的機械系統動力學仿真工具。

ADAMS軟件利用交互式圖形環境建立機械系統三維參數化模型；進行運動學、動力學、線性、非線性、剛體、非剛體等分析；具有先進的數值分析技術和強有力的求解器，使求解快速準確；仿真結果可自動顯示為動畫和曲線圖形[2]。

利用ADAMS的三維建模仿真技術，可實現對各種機構的運動學、動力學等分析。特別是針對新疆工程學院當前生源質量，將ADAMS技術引用到機械原理課程教學中，更有效地提高該門課程的教學直觀性，培養學生對機械原理課程的興趣感和積極性，便于學生對機構的組成、運動副的施加、運動動作過程有現場直觀認識。

3 ADAMS在機械原理教學中的實例應用

本文以機械原理[1]中的平面四桿機構為例，探討分析ADAMS軟件在機械原理課程教學中的具體應用。如圖1-a所示，已知各構件的尺寸為：lAB=24mml，lAD=78mm，γ=100°； 并知原動件1以等角速度ω1=10rad/s沿逆時針方向回轉，求機構構件2、3的角速度和角加速度。

3.1 傳統解法——圖解法

對于該四桿機構，利用兩構件重合點間的速度及加速度矢量方程作圖求解。作速度分析，根據已知條件，速度分析從B點開始，并取重合點B3及B2進行求解。計算得出v=ωl=0.24m/s，方向垂直于AB，指向與ω1的轉向一致。構件3與構件2組成移動副，v的方向是平行于BC，大小未知，v的方向垂直于BD。因此，取一定的速度比例尺，取點p作為速度圖極點，作速度圖如圖1-b所示，得出機構在？漬1=60°時，構件2、3的角速度ω2=ω3=3.91rad/s。同理作加速度分析的步驟與速度分析相同，作出如圖1-c所示的加速度圖，得出？琢2=？琢3=62.3rad/s。采用矢量方程作圖法僅求解出某一特定位置時構件的角速度和角加速度，如果要求機構在一個運動循環過程中位移速度和加速度，就需要在每個位置重復上述步驟，因此，運用傳統求解法作機構的運動分析，存在操作煩瑣，學生難以理解掌握等問題。

3.2 ADAMS在機構中的運動仿真分析

3.2.1 創建機構模型

3.2.1.1 創建機構各部分

用ADAMS軟件創建機構的各個部件，按照所給尺寸參數，先在ADAMS/View零件庫中選擇連桿（Link）圖標，分別創建曲柄AB，搖桿CD，連桿BC。再在零件庫中選擇長方體（Box）圖標，創建滑塊。機構模型構建如圖2所示。

3.2.1.2 創建運動副

經分析，在該平面四桿機構中，共有4個運動副，其中3個旋轉副，1個移動副。選擇ADAMS/View約束庫中的旋轉副（Joint： Revolute）圖標，依次完成曲柄和機架間、連桿和曲柄間、搖桿和機架間的旋轉副施加；選擇ADAMS/View約束庫中的移動副（Joint： Translational）圖標為滑塊和連桿間施加移動副；再選擇ADAMS/View約束庫中的固定副（Joint： Fixed）圖標將滑塊和搖桿固定，如圖3所示。

3.2.1.3 施加驅動

選擇ADAMS/View約束庫中的旋轉驅動工具按鈕，為曲柄AB施加旋轉驅動，右擊旋轉驅動Motion1，選擇Modify，在彈出對話框的Function（time）中輸入10，如圖4所示。

3.2.2 仿真分析

點擊仿真工具按鈕，設置仿真結束時間pi/5（曲柄用10rad/s的角速度旋轉一周，所用時間為）。然后點擊開始仿真工具按鈕，即開始模型仿真分析，如圖5所示。

4 結語

本文通過實例對比驗證ADAMS軟件在機械原理課程教學中應用的優越性，將抽象的理論用計算機軟件直觀動態展現出來，實現了機械原理課程教學方法的創新；加強了學生對機構組成、運動特性的理解，同時激發學生的興趣，促進學生進一步的機構創新設計。

參 考 文 獻

[1] 孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理第八版[M].北京：高等教育出版社，2013.5：35-41.

[2] 郭衛東虛擬樣機技術與ADAMS應用實例教程[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011：3-7

[3] 高光娣.典型機械機構ADAMS仿真應用[M].北京：電子工業出版社，2013.6：161-174.