ADAMS在机械原理课程教学中的应用研究

李新+王小飞+黄艳+贺艳

摘 要：本文针对传统教学方法在机械原理课程机构运动分析教学过程中出现的问题，将ADAMS软件引入到课程教学中，应用该软件对机构进行三维建模、动态仿真分析，以实例说明ADAMS软件求解机械原理常见问题的简便准确易懂，可提高课堂直观性教学，增强学生学习积极性，促进培养学生机构综合设计能力。

关键词：机械原理；课程教学；应用研究；ADAMS

中图分类号： TH111 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）23-76-2

1 机械原理传统教学存在的一些问题

机械原理是机械类专业一门重要的技术基础课程，其研究对象是机器或机构，主要研究内容包括机构的组成理论、机构运动学、机器动力学以及机械系统方案设计等方面。其中对机构运动分析的方法主要有图解法和解析法。图解法在对构件少结构简单的平面结构进行运动分析时直观简便，一张图仅能反映一个位置的运动情况，如果机构运动简图不准确，速度及加速度分析不严格按比例尺作图求解，都将严重影响分析结构的正确性[1]；解析法虽然能够获得精确的计算结果，但其数学模型的建立和计算程序的编制相当烦琐，需要花费大量的时间和精力。

2 ADAMS软件在机械原理教学中的选用

机械系统动力学分析软件（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System，ADAMS），是由美国MCS公司旗下的一款虚拟样机分析软件，也是一款应用范围最广、应用行业最多的机械系统动力学仿真工具。

ADAMS软件利用交互式图形环境建立机械系统三维参数化模型；进行运动学、动力学、线性、非线性、刚体、非刚体等分析；具有先进的数值分析技术和强有力的求解器，使求解快速准确；仿真结果可自动显示为动画和曲线图形[2]。

利用ADAMS的三维建模仿真技术，可实现对各种机构的运动学、动力学等分析。特别是针对新疆工程学院当前生源质量，将ADAMS技术引用到机械原理课程教学中，更有效地提高该门课程的教学直观性，培养学生对机械原理课程的兴趣感和积极性，便于学生对机构的组成、运动副的施加、运动动作过程有现场直观认识。

3 ADAMS在机械原理教学中的实例应用

本文以机械原理[1]中的平面四杆机构为例，探讨分析ADAMS软件在机械原理课程教学中的具体应用。如图1-a所示，已知各构件的尺寸为：lAB=24mml，lAD=78mm，γ=100°； 并知原动件1以等角速度ω1=10rad/s沿逆时针方向回转，求机构构件2、3的角速度和角加速度。

3.1 传统解法——图解法

对于该四杆机构，利用两构件重合点间的速度及加速度矢量方程作图求解。作速度分析，根据已知条件，速度分析从B点开始，并取重合点B3及B2进行求解。计算得出v=ωl=0.24m/s，方向垂直于AB，指向与ω1的转向一致。构件3与构件2组成移动副，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，取点p作为速度图极点，作速度图如图1-b所示，得出机构在？渍1=60°时，构件2、3的角速度ω2=ω3=3.91rad/s。同理作加速度分析的步骤与速度分析相同，作出如图1-c所示的加速度图，得出？琢2=？琢3=62.3rad/s。采用矢量方程作图法仅求解出某一特定位置时构件的角速度和角加速度，如果要求机构在一个运动循环过程中位移速度和加速度，就需要在每个位置重复上述步骤，因此，运用传统求解法作机构的运动分析，存在操作烦琐，学生难以理解掌握等问题。

3.2 ADAMS在机构中的运动仿真分析

3.2.1 创建机构模型

3.2.1.1 创建机构各部分

用ADAMS软件创建机构的各个部件，按照所给尺寸参数，先在ADAMS/View零件库中选择连杆（Link）图标，分别创建曲柄AB，摇杆CD，连杆BC。再在零件库中选择长方体（Box）图标，创建滑块。机构模型构建如图2所示。

3.2.1.2 创建运动副

经分析，在该平面四杆机构中，共有4个运动副，其中3个旋转副，1个移动副。选择ADAMS/View约束库中的旋转副（Joint： Revolute）图标，依次完成曲柄和机架间、连杆和曲柄间、摇杆和机架间的旋转副施加；选择ADAMS/View约束库中的移动副（Joint： Translational）图标为滑块和连杆间施加移动副；再选择ADAMS/View约束库中的固定副（Joint： Fixed）图标将滑块和摇杆固定，如图3所示。

3.2.1.3 施加驱动

选择ADAMS/View约束库中的旋转驱动工具按钮，为曲柄AB施加旋转驱动，右击旋转驱动Motion1，选择Modify，在弹出对话框的Function（time）中输入10，如图4所示。

3.2.2 仿真分析

点击仿真工具按钮，设置仿真结束时间pi/5（曲柄用10rad/s的角速度旋转一周，所用时间为）。然后点击开始仿真工具按钮，即开始模型仿真分析，如图5所示。

4 结语

本文通过实例对比验证ADAMS软件在机械原理课程教学中应用的优越性，将抽象的理论用计算机软件直观动态展现出来，实现了机械原理课程教学方法的创新；加强了学生对机构组成、运动特性的理解，同时激发学生的兴趣，促进学生进一步的机构创新设计。

参 考 文 献

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

[2] 郭卫东虚拟样机技术与ADAMS应用实例教程[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011：3-7

[3] 高光娣.典型机械机构ADAMS仿真应用[M].北京：电子工业出版社，2013.6：161-174.