基于ADAMS的《機械原理》課程設計實踐與探索

趙楠 侯杰茹 趙巍

摘要：《機械原理》課程設計是機械類專業本科生面向機構運動分析及設計任務培養解決復雜工程問題能力的主要實踐過程。在傳統課程設計任務的基礎上，通過任務導向與自主學習相結合的方式，圍繞ADAMS軟件“做中學”、機構運動分析仿真以及含間隙機構運動分析拓展，實現了課程設計的新模式、新內容，有效提升學生對自主學習與協作、平面機構運動理論分析以及對新問題的探索等能力。

關鍵詞：ADAMS;課程設計;任務導向;含間隙機構

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2019）20-0139-02

課程設計是《機械原理》教學中不可或缺的綜合實踐環節，在教學過程中占有極為重要的地位。牛頭刨床六桿機構運動分析是《機械原理》課程設計的經典任務，具有較強的典型性和代表性。但傳統的課程設計以相對運動圖解法或解析法為核心，由教師布置任務及答疑，學生進行圖解法計算分析或解析法編程，這樣的任務及組織模式無法完全滿足工程教育認證、新工科建設對解決復雜工程問題能力的要求，各院校課程組圍繞這一問題展開了較多的有益探索和實踐[1-2]。本文提出任務導向與自主研討相結合的方式，基于ADAMS軟件對經典設計分析任務進行實踐與拓展，力求更好地提升學生多維度綜合素質能力。本文基于本校機械設計制造及其自動化專業2016級本科生100余人的教學實踐，主要從課設計任務組織與實踐、工程問題拓展以及課程設計小結三個核心環節進行闡述。

一、基于ADAMS的課程設計任務組織與實踐

虛擬樣機技術在《機械原理》課程教學及課程設計中得到了廣泛應用[3-4]，既有助于加深學生對機構運動規律的認識，又可以對復雜工程問題中的機構設計、分析等任務進行貼合實際的實踐訓練。本文借鑒翻轉課堂的理念，在課程設計中首先引入虛擬樣機仿真的任務要求，提出基于ADMAS的小組學習任務，一般3—4人一組。在這一階段，采取教師演示ADAMS環境下鉸鏈四桿機構與曲柄滑塊機構建模與運動仿真操作，學生小組討論、查找資料學習并復現，通過四桿機構的仿真任務初步學習掌握軟件操作技能。

基于AutoCAD環境進行相對運動圖解法分析計算，完成傳統的構件速度、加速度分析，此處不再贅述。在ADAMS環境下完成六桿機構的運動仿真，并要求小組自主學習構件非質心位置的物理量測量及后置處理，包括鉸鏈點處的速度、加速度以及壓力角曲線，并確定最小傳動角、行程速比系數等。在這一過程中，要求小組以閱讀軟件幫助文件、查找網上資料為主，教師僅對關鍵問題進行提示，如添加Marker點、角度測量、速度曲線的數據導出等。在第一階段，分配2個工作日，其中教師布置任務1學時，軟件講授演示占2學時，其余時間為全天候答疑。

二、基于ADAMS的工程問題拓展

通過基于工程實際問題的拓展，引發學生思考討論，真實狀態下平面連桿機構是怎樣的運動狀態？運動副間隙的存在對于傳動精度有怎樣的影響？在思考討論后，教師演示轉動副含間隙的曲柄搖桿機構建模與仿真過程，并要求學生自學并復現。在這一過程中，涉及銷軸建模、連桿孔的布爾運算建模、接觸力與摩擦力設置等新的仿真技巧，并增加了構件上參考點的軌跡追蹤，使學生在對機構運動分析探索深入的同時強化對虛擬樣機軟件ADAMS的操作技能。

基于含間隙曲柄搖桿機構的運動仿真，布置各小組自主選擇嘗試將牛頭刨六桿機構不同位置的鉸鏈設置為含間隙鉸鏈，通過運動仿真觀察速度、加速度及接觸力的規律，加深對更為貼近工程實際的機構運動規律的了解。

三、課程設計小結

課程設計小結與傳統的課程設計答辯有所差別，不僅要各小組匯報課程設計完成的結果，還要求學生梳理在課程設計任務中的收獲特別是錯誤的操作及走過的彎路，包括在建模階段、仿真階段、間隙設置及接觸力設置階段以及其他階段，通過對失敗案例的總結更有助于加深對任務完成的印象和理解。同時，小結階段幫助學生梳理課程設計中涉及的相關領域課程知識，如制圖、公差、理論力學乃至間隙問題擴展到摩擦磨損失效，為后續《機械設計》課程的引入也起到銜接過渡的作用。

四、總結

本文基于ADAMS環境實踐了一種任務導向、自主學習為核心的課程設計模式，較為充分地利用有限教學資源和學時培養學生多維度的工程能力，強化學生對《機械原理》課程知識點的理解和應用，同時形成跨課程的綜合能力以及自主學習與協作能力，為《機械原理》課程設計組織模式的改進與任務內容充實提供了一種新的思路。

參考文獻：

[1]陳修龍，王春麗，宋浩，等.機械原理課程設計改革探索[J].教育現代化，2017，4（36）：89-90+103.

[2]萬朝燕，雷蕾，劉彥奎.《機械原理課程設計》改革的探索與實踐[J].教育教學論壇，2013，（2）：213-214.

[3]陳修龍，宋浩，姜帥，等.機械原理課程設計中典型機構的建模和仿真[J].實驗室科學，2018，21（01）：42-48+51.

[4]王芳，王瑞芳，平學成，等.基于虛擬樣機技術的機械原理課程改革與實踐[J].中國輕工教育，2017，（01）：60-62.