虛擬樣機技術在《機械設計基礎》教學中的應用研究

摘 要： 虛擬樣機技術典型軟件ADAMS引入《機械設計基礎》課程教學。本文首先介紹了《機械設計基礎》課程的特點，接著介紹了ADAMS軟件的特點及功能，最后舉例了 ADAMS軟件在教學中的應用。教學實踐證明這種教學方法能夠激發學生的學習興趣、加深學生對課程的理解，從而提高教學質量。

關鍵詞： 虛擬樣機技術 《機械設計基礎》 應用

前言

高校《機械設計基礎》課程是機械類專業一門重要的技術基礎課程。本課程是培養學生機械綜合設計能力、創新能力和工程意識的重要環節，是啟迪學生的創新思維、開拓學生創新潛能的重要課程，將為以后的專業課程設計和畢業設計奠定基礎，在教學計劃中具有承上啟下的重要作用。

1.課程教學現狀

《機械設計基礎》是機械原理和機械零件的綜合，主要討論機械設計的常用方法和一般過程。傳統教學方法，授課內容多，而實際教學課時安排不足；講述原理多，難理解，結合實際偏少；縱向論述多，橫向比較少；講述常規原理多，介紹行業最新技術成果少；課堂講授多，課堂課外討論少。教學手段也不盡如人意，課堂教學仍沿襲粉筆板書、掛圖和簡單的教具，很難取得好的教學效果。

隨著現代教學方式的發展，計算機技術越來越多地應用于教學過程中，打破了開始的PPT多媒體教學，人們利用新技術進行教育教學已經成為評價體系中的一個重要環節。虛擬樣機技術是一項新的計算機輔助工程（CAE）技術，同時包括三維CAD建模技術、有限元分析技術、機電液控制技術、最優化技術等相關技術。國內已經有多家學校在利用虛擬樣機技術融入教學過程中，并取得了一定的效果。

2.虛擬樣機技術及ADAMS軟件簡介

機械工程中的虛擬樣機技術又稱為機械系統動態仿真技術，是國際上20世紀80年代隨著計算機技術的發展而迅速發展起來的一項計算機輔助工程（CAE）技術，可以在計算機上建立三維CAD樣機模型，對模型進行各種動態性能分析，然后改進樣機設計方案，用數字化形式代替傳統的實物樣機試驗，而且可以將樣機的運動過程以AVI視頻格式輸出。

虛擬樣機技術的典型應用軟件是ADAMS軟件。利用ADAMS軟件可以快捷地在計算機上建立三維虛擬模型，進行運動學和動力學的仿真，并以AVI格式動畫輸出。

3.應用實例

ADAMS可以像建立物理樣機一樣建立任何機械系統的虛擬樣機。首先建立運動部件（或者從CAD軟件中導入）、用約束將它們連接、通過裝配成為系統、利用外力或運動將他們驅動。用戶在仿真過程進行中或者當仿真完成后，都可以觀察主要的數據變化，以及模型的運動。這些就像做實際的物理試驗一樣。

例如講到“四桿機構判別類型”時（如圖1），我們可以用ADAMS軟件快速地建立仿真模型，通過修改桿長參數即可得到各種四桿機構并輸出AVI格式動畫，既直觀又易懂。

講“凸輪結構”時，我們可以在ADAMS上建立凸輪機構模型如圖2，通過仿真可以得到凸輪機構的運動過程，尖頂從動件的時間位移曲線即可得出如圖3。

將ADAMS用在機械課程教學中可以直觀地將機械系統的運動過程及特性展現給學生，有利于學生對知識的接受，提高教學質量。

結語

目前，虛擬樣機技術多用于企業的產品設計開發，從筆者調研結果來看，國內已經有多家學校在利用虛擬樣機技術融入教學過程中，并取得了一定的效果，但是虛擬樣機技術的功能強大，還有很大的教學應用潛力有待開發。

現代虛擬樣機技術在教學中的應用正逐步走向成熟，微機平臺技術也已開始在實踐中發揮作用，并且以其對硬件要求不高，操作簡便，容易上手，價格較低等優點，被學校所接受，希望這種技術能夠為學校帶來效益，提高學校的教學質量。

在教學實踐中，恰到好處地利用虛擬樣機技術能夠使學生在交互狀態下進行學習，充分調動學生學習的積極性、主動性，優化課堂教學過程，提高學習效率，同時也激發了學生了解和使用軟件的積極性，為今后的課程設計，以及畢業設計做了前期的準備。

參考文獻：

［1］陶峰.ADAMS虛擬樣機技術在機械原理教學中的應用［J］.化工高等教育，2005，（2）.

［2］王湘.基于虛擬樣機技術的機械原理課程設計教學探索［J］.廣西大學學報，2007，（z2）.

［3］黃效賀.Pro/E軟件用于機械專業課程的輔助教學［J］.中國制造業信息化，2005，（10）.

［4］余新康等．基于ADAMS的液壓系統虛擬樣機［J］.工程機械，2003，（11）：42-45.

［5］李軍等.ADAMS實例教程［M］.北京：北京理工大學出版社，2002.

［6］王國強，張進平，馬若丁.虛擬樣機技術及其在ADAMS上的實踐［M］.西安：西北工業大學出版社，2002.

［7］侯紅玲，趙永強等.基于ADAMS的平面桿機構運動分析與仿真［J］.機械，2005，（6）.

［8］鄭凱.ADAMS2005機械設計高級應用實例［M］.北京：機械工業出版社，2006.