ADAMS在机械原理课程实践教学中的探索

廖达海，花拥斌，宁翔，刘玉涛，朱祚祥

摘要：将ADAMS软件引入机械原理课程教学，应用该软件对虚拟机构进行三维建模、动态仿真以及运动学分析可有效解决学生对机构组成、运动特性理解掌握困难的问题，同时极大地提高学生学习积极性，从而提高课堂教学效果。

关键词：ADAMS；机械原理；课程教学；运动学分析

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）47-0140-02

一、引言

机械原理课程是机械类专业的一门主干技术基础课，在机械类系列课程体系中占有十分重要的地位[1]。传统课程教学中，只是对书本上静态的机构变位通过计算机进行动态演示，讲解内容枯燥，花费时间长，学生难以准确理解其基本原理与概念[2]。

针对上述问题，笔者结合多年的机械原理课程教学经验和科研实践，将ADAMS虚拟样机分析的应用软件与机械原理机构课程教学相结合，通过对虚拟机构进行三维建模、动态仿真以及运动学分析，克服了运算步骤烦琐的缺点，提高了课堂教学效果，并有效解决了学生对机构组成、运动特性不易掌握的问题。

二、基于ADAMS的机械原理课程实践教学案例

笔者以ADAMS软件对平面六杆机构做运动学仿真分析为例，探究ADAMS软件在机械原理课程教学中的应用。具体如图1所示为平面六杆机构运动简图，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順时针旋转。求构建5滑块C点位移、速度及加速度。

1.模型建立。（1）建立机构运动实体模型。借助ADAMS软件建立平面六杆机构运动实体模型，由各构建的尺寸参数，提取ADAMS/View零件库中的连杆构建（Link），依次建立曲柄4、连杆2、摇杆1、摇杆3；再提取ADAMS/View零件库中的长方体构建（Box），建立滑块5，使其与摇杆3相连。机构运动实体模型如图2所示。

（2）建立运动副。通过对平面六杆机构的运动分析，该机构共有7个运动副，其中含有6个旋转副，含有1个移动副，机构自由度为1。提取ADAMS/View约束库中的固定副（Joint：Fixed），依次在杆EF和杆FD，杆EF和杆ED，杆FD和杆ED之间施加固定副；再提取ADAMS/View约束库中的旋转副（Joint：Revolute），依次完成曲柄4与机架，曲柄4与连杆2，连杆2与摇杆1，连杆2与摇杆3，摇杆1与机架，摇杆3与滑块5之间旋转副的施加；最后提取ADAMS/View约束库中的移动副（Joint：Translational），完成滑块5与机架之间移动副的施加。最后具体含运动副的机构运动实体模型如图3所示。

（3）建立驱动。提取ADAMS/View约束库中的旋转驱动，为曲柄BE施加顺时针的旋转驱动，设置曲柄4的旋转角速度为πrad/s，含驱动的机构运动实体模型如图4所示。

2.仿真分析。点击仿真工具按钮，设置仿真结束时间5s（曲柄用πrad/s的角速度旋转2.5周，所用时间为5s）。然后点击开始仿真工具按钮，即开始机构仿真分析。

（1）运动实体模型分析。机构开始以2s为一个周期进行运动仿真，分别选取机构仿真时间为T=0s，T=0.5s，T=1s得到机构的仿真如图5所示。

（2）运动曲线图分析。对该机构进行运动学仿真分析，借助ADAMS软件中的测量工具，得到滑块C位移，速度、加速度随时间变化曲线图。

①位移曲线图。如图6位移曲线图所示，滑块C的位移随时间进行周期性变化。在第一个运动周期内，滑块C位移随着时间的增大总体呈增大趋势，并且滑块C位移在T=1.1s时达到最大值，之后滑块C位移随着时间的增大而减小。

②速度曲线图。如图7速度曲线图所示，滑块C的速度随时间进行周期性变化。在第一个周期内，滑块C的速度变化较大，并且在T=0.2s与T=1.1s两个时刻速度为0。说明此时滑块C分别处在距离摇杆B最近与最远的两个位置。

③加速度曲线图。如图8速度曲线图所示，滑块C的加速度随时间进行周期性变化。在第一个周期内，滑块C的加速度随着时间增大出现较大波动，并在T=0.3s时达到最大值，在T=1.8s时加速度为0。

三、结语

本文研究ADAMS软件与机械原理课程教学相互结合，将先进的计算机技术运用于机械原理课程教学。在教学中先对机构的基本概念与基本原理进行讲解，再利用ADAMS软件进行机构的三维建模、运动仿真与运动学分析，将枯燥且抽象的理论用计算机技术生动形象地展现出来，促进了学生机械综合素质的提升和增强了学生创新意识。

参考文献：

[1]王德伦，高媛.机械原理[M].机械工业出版社，2011.

[2]任必春.变参数欠驱动平面五杆机构混沌运动的研究[D].西南交通大学，2014.