机械系统仿真课程与其他课程联系的教学探索

乔印虎，张春燕，张树锋

（安徽科技学院 工学院，安徽 凤阳 233100）

机械系统仿真课程与其他课程联系的教学探索

乔印虎，张春燕，张树锋

（安徽科技学院 工学院，安徽 凤阳 233100）

机械系统仿真课程是一门车辆工程专业大四的专业方向课程，涉及的知识面广且泛，课时较少，单从课程内容或者教材内容讲解学生理解比较困难，而且很难调动起学生的学习积极性，为了便于学生在短时间内掌握、理解课程知识点，同时能调动学生的学习积极性，作者尝试在上课过程的知识点讲解中引用案例和前期课程相联系，让广而泛的知识点更加具体化，易于理解、掌握，取得了较好的效果.

机械系统仿真课程；案例；教学

1 引言

机械系统仿真课程是我校车辆工程专业大四学生的一门专业方向课，这门课程涉及的知识面广，从课程表面看好像和前期课程及专业没有太大的关联，而且课时较少，18个实验课时，18个理论课时，共36课时，学生到了大四精力分散严重，同时学习的选择性和主动性有所提高，如果单从这门课程内容或者教材本身去讲解，学生理解起来比较困难，很难吸引学生的学习注意力，作者在认真分析以上情况后，尝试在上课过程中讲解主要知识点后，主要引用一些与前期课程、专业等相关的实例分析，并在此基础上进一步深化内容，提出具有拓展思维的问题留给学生课下去完成，并以创新分成绩加到学生平时成绩，这样，既便于学生很快掌握这门课程，在短时间内理解、掌握课程的知识点，又激发了学生的学习兴趣，同时也拓展了学生的学习思维方法，培养了学生综合应用专业知识解决实际问题的能力，通过学生作业、实验、课堂表现及学期末老师和学生交谈、学生评教、考试成绩等综合分析，作者的尝试取得了较好的效果.

2 实施方案

表1 机械系统仿真课程实施方案

机械系统仿真课程理论与实验均为18个课时，为了使理论与实践结合，理论与实验都按照2课时/次安排，实验和理论各为8次，实验课晚于理论课1次，实验课程教材是作者自己编写，使理论与实验紧密结合，根据课程次数，把这门课程的知识点归为8大类，每次课程一个大的知识点，知识点后讲解一个和前期课程、专业或实践等相关且又便于理解的实例，具体安排参见表1.

3 具体案例

3.1 与前期课程联系

以第2次课程实例为例进行阐述.

3.1.1 案例内容

设一个直齿二级齿轮减速器，基本结构几何参数如下：第一级：模数 m=4mm，z1=20，z2=50；齿宽 B=40mm；第二级：模数 m=4mm，z1=30，z2=70；齿宽 B=40mm；则第一级传动小齿轮分度圆直径为d1=m×z1=80mm,d2=m×z2=200mm；第二级传动小齿轮分度圆直径为 d1=m×z1=120mm，d2=m×z2=280mm.

3.1.2 减速器虚拟样机设计

首先根据题目要求建立减速器虚拟样机模型[3]如图1所示，然后设置运动副，包括4个转动副、1个固定副及2个齿轮副，如图2所示，最后设置仿真参数，在ADAMS/View驱动库中选择旋转驱动（Rotational Joint Motion）按钮，在Speed一栏中输入3000，表示旋转速度3000度/秒.左键选小齿轮轴JOINT_1作为驱动.为便于计算，设置仿真终止时间（End Time）为 1，仿真工作步长（Step Size）为 0.01.

图1 减速器虚拟样机模型

图2 减速器虚拟样机添加运动副

图3 减速器仿真结果

3.1.3 结果分析

减速器仿真[4]结果如图3所示，先对结果进行分析.

①第一级啮合运动分析.因小齿轮齿数20，大齿轮齿数50，模数m=4m，据传动原理知，对标准外啮合渐开线直齿圆柱齿轮传动，大齿轮转速为小齿轮的2/5，即3000×(2/5)=1200deg/s.即当输入转速3000deg/s时，一级减速获得转速－1200deg/s，负号表示方向相反；同样对第二级啮合进行运动分析.因为小齿轮齿数为30，大齿轮齿数70，则最后理论上获得的转速应为1200×3/7=514.286deg/s，二级减速获得输出转速514.3deg/s，所建模型正确，符合标准外啮合直齿齿轮传动角速度与齿轮的分度圆直径成反比的结论.

②ADAMS是以相邻两回转轴MARKER点与啮合MARKER点的距离之比确定传动比的，改变回转轴上MARKER点的位置不影响最终结果.

③以旋转方式建立齿轮模型可以省却调整MARKER点位置的麻烦，但MARKER点z轴的指向应根据实际线速度方向作相应的调整.

④在啮合点处，将标记点(MARKER)的z轴方向旋转一定角度，就可以仿真斜齿齿轮传动情况.

经分析及理论计算验证，仿真结果合理，用虚拟样机技术既和前期机械设计课程设计知识紧密联系，又证明了应用仿真技术提高了设计效率，并保证了设计质量，使学生较轻松的掌握了这种仿真方法及ADAMS软件的使用.

3.2 与专业、实际应用的联系

以第2次课程实例为例进行阐述.

因ADAMS软件具有很好的动力学仿真性能，但是其只能建立简单的机械结构或系统模型，对于较复杂的模型建立费时，所以作者尝试将三维建模功能较好的CATIA软件和ADAMS结合使用，突出二者的优点，具体实施方法是应用CATIA等三维建模软件建立好三维模型后导入ADAMS如图4是应用CATIA软件建立并通过专用接口导入到ADAMS中的曲轴连杆活塞机构，然后在ADAMS对导入的活塞连杆机构设置运动副及仿真参数等，并进行仿真求解其运动等参数，如图5所示.

图4 曲轴连杆活塞机构模型

图5 曲轴连杆活塞机构仿真结果

将ADAMS软件和CATIA软件相结合，并选择和机械结构关系密切又易于理解的单缸曲轴连杆活塞机构作为实例对象，让学生易于接受，并形成较直观的理解，同时和前期现代工程图学实训CATIA软件应用结合，帮助学生认识前期课程的重要性并加强理解，也间接的培养学生综合应用知识的能力.

4 实施效果

通过学生作业、实验、课堂表现及学期结束作者和学生交谈、学生评教、考试成绩等综合分析，作者的尝试取得了较好的效果.

〔1〕余联庆,梅顺齐，杜利珍，等.ADAMS在机械系统仿真技术教学中的应用[J].武汉科技学院学报，2008,3(21):5-8.

〔2〕陈立平,张云清,任卫群,等.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程[M].北京:清华大学出版社,2005.

〔3〕王洪伦,龚烈航,肖斌安.基于虚拟样机技术的工程机械仿真分析与应用研究[J].机床与液压，2008,7(36):140-163.

〔4〕宋理敏,汤志远.产品的机械系统仿真设计[J].机械工程与自动化，2011,4(2):211-216.

G642

A < class="emphasis_bold"> 文章编号：1

1673-260X（2012）07-0225-02

安徽科技学院重点建设学科（AKXK20102-5）；安徽省教育厅基金项目（KJ2010B051）；安徽科技学院重点建设课程（ZDKC1124）