AMESim軟件在機械原理課程教學中的應用研究

張龍 王世偉

摘要：針對機械原理課程教學中存在的問題，本文提出將AMESim軟件引入課堂教學。通過具體實例介紹AMESim軟件在機構建模、參數設置和運動特性分析等方面的應用，表明采用AMESim軟件進行機械原理課程教學，有助于改善教學效果，激發學生的學習興趣。

關鍵詞：AMESim；機械原理；教學改革

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）08-0193-02

機械原理課程作為機械類專業一門重要的專業基礎課，在教育部發布的《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》中已經被認定為核心課程[1]。機械原理課程的主要內容為機構的結構分析、運動分析和動力學分析，涉及到許多計算和方程求解問題。目前傳統的教學方法有圖解法和解析法。圖解法采用作圖的方式對機構進行分析，形象直觀，但計算的精度不高，且作圖過程繁瑣；解析法通過建立機構的數學模型進行分析，計算精度較圖解法高，但缺乏直觀性，且計算過程復雜，計算量大[2]。

一、AMESim軟件簡介

AMESim軟件是由法國IMAGINE公司開發的一款基于功率鍵合圖的多物理域建模仿真與分析軟件，目前已被廣泛用于車輛、發動機、航天航空、工程機械等領域。利用AMESim軟件進行建模和仿真分析，只需用軟件提供的元件庫搭建系統的物理模型即可，而無需編寫任何程序或建立系統的數學模型。同時，AMESim軟件還可通過接口與MATLAB、ADAMS等軟件進行聯合仿真，對復雜系統進行分析。

二、AMESim在機械原理課程教學中的應用

下面通過一個具體實例，從建立機構仿真模型、設置機構參數和分析機構運動特性等方面詳細論述AMESim軟件在機械原理課程教學中的應用。曲柄搖桿機構ABCD如圖1所示，其中曲柄AB為主動件，桿BC延伸至E點。已知LAB=100mm，LAD=200mm，LBC=LCD= LCE=250mm，主動件曲柄AB以ω的角速度繞鉸接點A做勻速轉動，分析E點的運動規律。

1.建立曲柄搖桿機構仿真模型。打開AMESim軟件，選擇草圖模式，根據圖1所示的機構簡圖，選取Planer Mechanical元件庫中的合適元件搭建曲柄搖桿機構仿真模型。（1）由于曲柄AB在運動過程中做勻速轉動，因此在模型庫中選取可驅動的轉動副模擬鉸接點A，并在其驅動輸入端連接扭簧模型和恒定信號源。（2）為了模擬圖1中的桿BCE，在模型庫中選取three port body，并將其中一個端口連接zero force source，其他端口分別接轉動副B和轉動副C。上述模型搭建完成后，再從元件庫中選取其他所需的元件并完成接線，建立曲柄搖桿機構仿真模型如圖2所示。

2.設置曲柄搖桿機構參數。仿真模型搭建完畢后，選擇子模型模式，將仿真模型中的所有元件設置為默認子模型。然后選擇參數模式，根據曲柄搖桿機構的已知條件，設置模型參數如表1所示，其余參數均設置為默認值。

3.分析曲柄搖桿機構運動特性。完成上述步驟后，選擇仿真模式，設置仿真時長為4.5s，采樣時間間隔為0.01s，運行仿真模型得到E點運動軌跡如圖3所示，其在X、Y軸的位移和速度分量隨時間變化的情況如圖4～圖7所示。

從圖3～圖7可以看出，E點在運動過程中，有一段位移近似保持直線，而另一段位移近似為圓弧形，因此可將該曲柄搖桿機構用于物料傳送。

三、結論

本文通過采用AMESim軟件對曲柄搖桿機構進行仿真分析，表明將AMESim引入到機械原理課程教學中，可以更加直觀、形象的向學生展示機構的運動特性和運動過程，有助于改善教學效果，激發學生的學習興趣。

參考文獻

[1]教育部高等學校教學指導委員會.普通高等學校本科專業類教學質量國家標準（上、下冊）[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2]李玉蘭.AMESim在四連桿機構教學中的應用及效果分析[J].價值工程，2013，32（03）：213-214.