集Solidworks和Adams結合的機構運動綜合性實踐設計

田卡 王世明 李慶軍 龍振東 張項羽

摘要：基于高校課程群之間的融合趨勢以及對工科學生在學、思、用三方面的綜合性培養，設計了一種針對機制專業學生的集Solidworks三維建模和Adams運動仿真結合的機構運動綜合性實踐。根據我院創新小組的實踐表明，該實驗為本科學生就各課程的知識進行聯合應用提供引導，為后續協助創新項目和畢業論文提供幫助，具有廣泛推廣價值。

關鍵詞：機械原理；機構簡圖；三維建模；Adams

中圖分類號：G642.41 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）48-0055-02

一、引言

隨著行業競爭的加劇，企業對具有高專業性、高創新能力、高動手實踐能力的“三高”人才的需求日益增加。高校作為社會人才的主要輸出陣地，肩負著培養高素質人才的重要使命，如何建立適應社會需求的高素質人才培養體系，成為各高校重點關注話題。實驗實踐一直以來都是高校學生實現創新和實踐應用的第一途徑[1]，其在開拓學生創新思維、培養學生獨立思考、團隊合作和問題解決能力等方面具有引導和促進的作用，但因傳統傳授式教學實踐的根深蒂固，高校創新性的實踐教學改革依舊顯得無力。目前，高校實驗教學依舊普遍存在簡單、單一、獨立、重復等缺點[2-4]，這些短板淡化了實踐教學的內涵，降低了學生對實踐教學的重視、對問題的延伸和自主思考能力，讓學生對知識缺乏了“想象”，嚴重制約了“三高”人才的培養，其改革迫在眉睫。

二、實踐概述

集Solidworks與Adams結合的機構運動簡圖綜合性實踐，隸屬于《機械原理》、《機械設計基礎》和《計算機輔助設計》課程的融合創新，主要面向機制專業大二學生，涉及2個課時。從專業內容來講，該實驗旨在加強學生對機構運動簡圖的測繪、結構自由度計算理解，基于Solidworks對機構的建模能力以及應用Adams對機構運動學分析能力；從學生素質培養來講，則在于拓展學生思維空間，鍛煉學生團隊合作能力，提高學生動手實踐能力以及文字撰寫功底等綜合性能力。

三、實踐內容

該實踐以3—4名學生為一小組，由學生自主選擇機構模型，主要包含三個部分，其一為根據機構運動簡圖測繪，其二為模型的三維建模，其三為基于Adams的機構運動學仿真。

（一）機構運動簡圖測繪

機構運動簡圖測繪采用我院原有的典型的機械機構模型，諸如曲柄導桿泵、鉚釘機構、鄂式破碎機構、仿膝關節機構及機械手機構等。小組選定某一確定模型結構，參考《機械原理》課程內容，對該機構模型活動構件、運動副關系、自由度等進行分析；通過對機構模型的拆卸，用尺規等工具量取各構件的長度；選定比例尺，進行模型構件的簡圖測繪。為簡要說明本環節內容，此以鉚釘機構模型為例，對其進行自由度計算和機構運動簡圖測繪，如下表1所示。

（二）機構模型的三維建模

根據第一環節所測各零件關鍵特征尺寸，通過Solidworks對各零件建模和組裝，最終保存三維模型，鞏固三維建模的過程。如下圖1鉚釘機構的三維模型所示。（三）基于Adams的機構運動學仿真

繼學生對機構的三維建模之后，采用Adams對機構進行仿真分析。將模型裝配體轉為Parasolid格式導入到Adams中，在該軟件中按照實驗第一環節所了解的運動副情況進行各構件的屬性設置，如上圖2所示。該環節旨在鞏固學生對機構運動副、自由度的理解，加強學生對所學零散的軟件進行聯合通訊應用，拓展學生對所學知識的主動思考和應用能力。以上述鉚釘機構為例，設置原動件曲柄2的轉速，導出連桿4質心在Y方向上的位移，以及連桿3與連桿1的夾角變化關系，通過對理論計算和仿真曲線的對比分析，進一步判定和理解機構運動過程。

四、實踐考核及效果

（一）考核

該考核方式采用小組課堂表現和報告的形式，分別占30%和70%。小組課堂表現體現在小組成員出勤、討論和是否課堂完成三環節任務完成情況；報告則每小組一份，須由組長指明各小組成員負責模塊，報告依照本科畢設要求，包含目錄、摘要、關鍵詞、頁碼等，其中所包含的圖表和圖形等，均嚴格按照機械繪圖要求。此種以報告為重的考核方式關注培養學生將思維語言轉化為文字語言的能力，提高學生文字撰寫素養，讓學生成為“能文能武”的綜合性人才。

（二）效果

1.基于我院為期1年的創新小組的實踐表明，該實踐的恰當難度加強了學生對實踐的重視。課堂中學生自發思考難題并主動探尋解決途徑，由常規的被接受知識轉變為主動靠近知識，學習氛圍明顯改善。

2.以此為引導，學生懂得了如何對機制專業知識的交叉應用，深化了機制專業的內涵理解；此外，學生將實踐思路應用于教師科研中，進一步提升學生對實際工程問題的分析和解決能力。

3.以此為延伸，學生積極投入機械類競賽中。小組成員基于對機械機構的創新改進，并結合Solidworks和Adams軟件對機構的立體表達和優化仿真設計，積極制作和改進具有自主知識產權的創新作品，在2017年間，創新小組成員約10人次獲得上海市級一等獎，5人次獲得上海市級二等獎，并獲得專利3項，學生受益良多。

五、結論

基于課程間的交叉發展和培養“三高”人才宗旨，設計了一個集Solidworks和Adams結合的機構運動綜合性實踐。通過在我校創新小組的應用表明，該實驗在改善學生實踐氛圍，引導學生對機制專業知識的交叉應用，以及拓展學生創新思維等方面具有顯著成效。基于該實踐的教學思路，可為類似創新性實驗項目的開展提供借鑒。

參考文獻：

[1]梁宏.搭建實驗實踐一體化平臺 深化實驗實踐教學改革[J].實驗技術與管理，2013，30（5）：1-4.

[2]朱志敏.深化高校實驗實踐教學改革的思考[J].江蘇高教，2001，（4）：56-58.

[3]于海峰.以能力培養為核心 深化實驗實踐教學改革[J].中國高等教育，2011，（22）：29-31.

[4]洪林，王愛軍.應用型本科高校實踐教學改革與創新[J].實驗室研究與探索，2004，23（9）：5-8.

Abstract：Based on the trend of integration between university curriculum groups，and the comprehensive training for engineering students in studying，thinking and application，designed a mechanism comprehensive experiment for students whose major is Mechanism，which combined 3D modeling by Solidworks and motion simulation by Adams.According to its practice in a Innovation Group，It is not only can guide the students to combine each course for engineering application，but also can help to their innovation projects and graduation thesis，which has broad popularization value.

Key words：mechanical principle；mechanism diagram；3D-modeling；Adams