ADAMS在機械原理課程實踐教學中的探索

廖達海，花擁斌，寧翔，劉玉濤，朱祚祥

摘要：將ADAMS軟件引入機械原理課程教學，應用該軟件對虛擬機構進行三維建模、動態仿真以及運動學分析可有效解決學生對機構組成、運動特性理解掌握困難的問題，同時極大地提高學生學習積極性，從而提高課堂教學效果。

關鍵詞：ADAMS；機械原理；課程教學；運動學分析

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）47-0140-02

一、引言

機械原理課程是機械類專業的一門主干技術基礎課，在機械類系列課程體系中占有十分重要的地位[1]。傳統課程教學中，只是對書本上靜態的機構變位通過計算機進行動態演示，講解內容枯燥，花費時間長，學生難以準確理解其基本原理與概念[2]。

針對上述問題，筆者結合多年的機械原理課程教學經驗和科研實踐，將ADAMS虛擬樣機分析的應用軟件與機械原理機構課程教學相結合，通過對虛擬機構進行三維建模、動態仿真以及運動學分析，克服了運算步驟煩瑣的缺點，提高了課堂教學效果，并有效解決了學生對機構組成、運動特性不易掌握的問題。

二、基于ADAMS的機械原理課程實踐教學案例

筆者以ADAMS軟件對平面六桿機構做運動學仿真分析為例，探究ADAMS軟件在機械原理課程教學中的應用。具體如圖1所示為平面六桿機構運動簡圖，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順時針旋轉。求構建5滑塊C點位移、速度及加速度。

1.模型建立。（1）建立機構運動實體模型。借助ADAMS軟件建立平面六桿機構運動實體模型，由各構建的尺寸參數，提取ADAMS/View零件庫中的連桿構建（Link），依次建立曲柄4、連桿2、搖桿1、搖桿3；再提取ADAMS/View零件庫中的長方體構建（Box），建立滑塊5，使其與搖桿3相連。機構運動實體模型如圖2所示。

（2）建立運動副。通過對平面六桿機構的運動分析，該機構共有7個運動副，其中含有6個旋轉副，含有1個移動副，機構自由度為1。提取ADAMS/View約束庫中的固定副（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約束庫中的旋轉副（Joint：Revolute），依次完成曲柄4與機架，曲柄4與連桿2，連桿2與搖桿1，連桿2與搖桿3，搖桿1與機架，搖桿3與滑塊5之間旋轉副的施加；最后提取ADAMS/View約束庫中的移動副（Joint：Translational），完成滑塊5與機架之間移動副的施加。最后具體含運動副的機構運動實體模型如圖3所示。

（3）建立驅動。提取ADAMS/View約束庫中的旋轉驅動，為曲柄BE施加順時針的旋轉驅動，設置曲柄4的旋轉角速度為πrad/s，含驅動的機構運動實體模型如圖4所示。

2.仿真分析。點擊仿真工具按鈕，設置仿真結束時間5s（曲柄用πrad/s的角速度旋轉2.5周，所用時間為5s）。然后點擊開始仿真工具按鈕，即開始機構仿真分析。

（1）運動實體模型分析。機構開始以2s為一個周期進行運動仿真，分別選取機構仿真時間為T=0s，T=0.5s，T=1s得到機構的仿真如圖5所示。

（2）運動曲線圖分析。對該機構進行運動學仿真分析，借助ADAMS軟件中的測量工具，得到滑塊C位移，速度、加速度隨時間變化曲線圖。

①位移曲線圖。如圖6位移曲線圖所示，滑塊C的位移隨時間進行周期性變化。在第一個運動周期內，滑塊C位移隨著時間的增大總體呈增大趨勢，并且滑塊C位移在T=1.1s時達到最大值，之后滑塊C位移隨著時間的增大而減小。

②速度曲線圖。如圖7速度曲線圖所示，滑塊C的速度隨時間進行周期性變化。在第一個周期內，滑塊C的速度變化較大，并且在T=0.2s與T=1.1s兩個時刻速度為0。說明此時滑塊C分別處在距離搖桿B最近與最遠的兩個位置。

③加速度曲線圖。如圖8速度曲線圖所示，滑塊C的加速度隨時間進行周期性變化。在第一個周期內，滑塊C的加速度隨著時間增大出現較大波動，并在T=0.3s時達到最大值，在T=1.8s時加速度為0。

三、結語

本文研究ADAMS軟件與機械原理課程教學相互結合，將先進的計算機技術運用于機械原理課程教學。在教學中先對機構的基本概念與基本原理進行講解，再利用ADAMS軟件進行機構的三維建模、運動仿真與運動學分析，將枯燥且抽象的理論用計算機技術生動形象地展現出來，促進了學生機械綜合素質的提升和增強了學生創新意識。

參考文獻：

[1]王德倫，高媛.機械原理[M].機械工業出版社，2011.

[2]任必春.變參數欠驅動平面五桿機構混沌運動的研究[D].西南交通大學，2014.