虚拟样机技术在机械原理课程设计中的应用|牛头刨床机械原理课程设计
时间：2019-01-20 03:34:59 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：利用ADAMS软件可以对机构进行静力学、运动学和动力学分析，采用ADAMS对机械原理课程设计进行三维运动仿真后验证机构设计的合理性，观察主要的数据变化以及模型的运动情况。激发了学生的学习的兴趣，增强了教学效果。
关键词：ADAMS；机械原理课程设计；仿真
中图分类号：G622.3 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2009）017（c）-0113-01
机械原理课程设计能够培养机械类专业学生创新能力，是学生综合运用机械原理课程所学的理论知识解决实际问题，获得工程技术实训的实践性教学环节。长期以来，各个学校来对“机械原理”课程设计的教学内容与教学方法进行了不少的改革，取决了较好的效果。但在课程设计过程中对机械机构的方案进行对比分析或变参数分析存在很多局限性，这在一定程度上影响到这门课程的教学效果和学生的学习积极性。
为进一步巩固学生在课程阶段所学的理论知识，培养其独立分析和解决问题的能力，解决产品方案设计教学与结构设计教学相脱节的问题，获得产品开发的综合设计能力，笔者让学生利用ADAMS软件完成课程设计中的机械运动学及动力学的分析和设计，这改变了原来学生用图解法或解析法进行机械原理课程设计的传统做法。让学生在设计过程中得到系统的训练，这使学生变学生的被动学习为主动学习，教学效果很好。
一、虚拟样机技术――ADAMS简介
虚拟样机技术是一项新生的工程技术。借助于这项技术，工程师们可以在计算机上建立机械系统的模型，伴之以三维可视化处理，模拟在现实环境下系统的运动和动力特性，并根据仿真结果精化和优化系统的设计与过程。ADAMS是由美国MDI公司开发的一套应用最为广泛的机械系统运动学和动力学仿真分析软件，用户可以运用该软件非常方便地对虚拟样机进行静力学、运动学和动力学分析，利用ADAMS软件建立参数化模型可以进行设计研究、试验设计和优化分析，为系统参数优化提供了一种高效开发工具。因此，利用ADAMS软件可对机械原理中凸轮机构、齿轮机构、曲柄连杆机构等常用机构的静力学、运动学和动力学特性进行仿真，使学门了解现代计算机辅助机械设计的高效、直观、快捷的特点，从而提高他们的学习积极性。
二、ADAMS在机械原理课程设计中应用
机械原理课程设计的内容和步骤如图1所示。以机械运动方案设计与解析法机构设计好机构后，可以用ADAMS进行三维运动仿真验证机构设计的合理性。
ADAMS软件使用交互式图形环境和零件库、约束库、力库，创建完全参数化的机械系统几何模型，对虚拟机械系统进行静力学、运动学和动力学分析，输出位移、速度、加速度和反作用力曲线。同学用户在仿真过程进行中或者当仿真完成后，都可以观察主要的数据变化以及模型的运动。这些就像做实际的物理试验一样。ADAMS的仿真流程如图2所示。
1、建模：ADAMS/View是ADAMS系列产品的核心模块之一，可以像建立物理样机一样建立任何机械系统的虚拟样机。几何建模是ADAMS/View仿真分析的第一步，先要建立好几何模型（或者从CAD软件中导入）、然后用约束限制和定义ADAMS中各零件的位置和运动，模拟机械的实际运行状况。最后利用外力或运动将他们驱动。ADAMS/View支持参数化建模，以便能很容易地修改模型并用于实验研究。
2．求解：ADAMS/Solver会根据设定自行运算求解，得到如位移、速度、加速度、作用力及反作用力等信息，不但能得到最终结果，而且还可以获得计算过程中的每一步的信息。设定仿真时间及仿真步数，设定完毕后点击即可开始仿真，提交给求解器，在求解的同时，主窗口会同步显示模型的运动状况。待仿真结束我们通过可以进行动画回放模型的运动过程。
3．后处理：进入ADAMS/PostProcessor后处理模块，可以对仿真结果进行深入分析。ADAMS/PostProcessor模块主要提供了两大功能：仿真结果回放和分析曲线绘制功能。图3为一个挖土机用ADAMS建立模型后在后处理模块进行真结果回放和分析曲线绘制界面。通过仿真结果的后处理，可以：1）对进一步调试样机提供指南；2）可以通过多种方式验证仿真结果，并对仿真结果进行进一步的分析；3）可以绘制各种仿真分析曲线并进行一些曲线的数学和统计计算；4）可以通过图形和数据曲线比较不同条件下的分析结果；5）可以进行分析结果曲线图的各种编辑。
三、结束语：机械原理课程设计以机械运动方案设计与解析法机构设计为主，用ADAMS进行三维运动仿真验证机构设计的合理性。同学们可以对机构的静力学、运动学和动力学进行分析，可以观察主要的数据变化以及模型的运动，就像做实际的物理试验一样。这对激发学生的学习的兴趣，增强教学效果起到了很好的作用。
作者单位：浙江师范大学交通学院
