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【摘要】机械原理课程设计是机械学习中的一个重要实践环节,应采用简单可行的方法。在传统的机械原理课程设计中,计算效率低,计算的结果还不准确,手工绘图精度不高,达不到理想设计的目的。本文从当前机械原理教学中存在的问题出发,以牛头刨床为实例说明了应用ADAMS虚拟样机软件进行机构建模和仿真分析,并阐明了该软件在机械原理教学中应用的意义。
【关键词】牛头刨床 ADAMS 机械原理课程设计 仿真
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)07(b)-0166-02
“机械原理课程设计”是机械类课程中最适合培养学生创新能力的一门课程, 是培养学生综合运用机械原理课程所学理论知识、技能和解决实际问题的能力,使学生获得工程技术训练的必不可少的实践性环节。
在传统的机械原理设计中计算效率低,况且出错率还非常高,导致所设计的结果不准确或者是错误的。长期以来,各校在“机械原理课程设计”中尝试了不同的学习改革。进入21世纪后,我国高校机械原理课程设计的教学改革更是进入新一轮高潮。各校对“机械原理课程设计”的目的、内容、方法、题目、组织形式作了深入研究,探索机械原理课程设计中如何培养学生的机械运動方案设计、创新设计和解决工程实际问题能力,提出适合创新人才培养目标的机械原理课程设计实施方案。
如果将课程设计第二阶段采用比较容易、直观的分析方法,如采用ADAMS机械系统自动动力学仿真软件来进行动力学分析,对改善图解法和解析法的弊端,提高学生对课程设计的兴趣是非常有帮助的。本文以我校机械原理课程设计为例来说明将ADAMS运用于机械原理课程设计中的意义。
1 牛头刨床机构模型的动力学分析
设计题目:牛头刨床刨刀的往复运动机构的运动学分析
要求牛头刨床刨刀工作行程时, 刨刀速度要平稳;空行程时,刨刀要快速退回,即要有急回作用。切削阶段刨刀应近似匀速运动,以提高刨刀的使用寿命和工件的表面质量。其机构简图如图1所示,其不同运动方案的参数如表1所示。
经过复杂的传统方法计算,用图解法表示所得的速度、加速度、位移曲线分别如图2、3、4所示：
2 牛头刨床机构模型的仿真分析
2.1 牛头刨床机构三维模型的建立
牛头刨床机构没有涉及到特别复杂的曲面、曲线。基本上零件的建模采用的方法是,先建立二维草图,然后进行拉伸等操作。其中部分零件采用先建立基本的特征体,例如圆柱、圆锥、立方体、球等然后利用交、并、差等布尔运算实现。[3]因此该机构模型我们可以通过ADAMS进行建模,其机构模型如图5所示:
2.2 作用力和约束的添加
牛头刨床刨刀工作行程时,刨刀速度要平稳;空行程时,刨刀要快速退回,即要有急回作用。切削阶段刨刀应近似匀速运动,以提高刨刀的使用寿命和工件的表面质量。为了模拟工作阻力,刨头在向右的工作行程中,在切削的前后段各有一段约0.05H的空间距离,在向左的切削过程没有切削阻力。因此工作阻力是多段函数,在ADAMS建立虚拟样机的时候,在可以用条件函数IF进行多重嵌套来建立的关系:
IF(time-0.05×t1;0,5000,IF(time-(1-0.05)×t1;5000,0,IF(time-1.0;0,0,0) ) )
经过上面处理后,虽然看上去是牛头刨床的虚拟样机,但其各个部件之间还没有任何的约束,为了进行运动仿真,我们必须在各个机构之间加上约束关系,以及运动发生器。
2.3 仿真分析后处理
ADMAS软件仿真分析结果的后处理,是通过调用独立的后处理模块ADMAS/Post Processor来完成,ADMAS/PostProcessor模块主要提供了两个功能:仿真结果回放功能和分析曲线绘制功能。[4]在完成仿真分析过程后,选择后处理工具图标,即可启动并显示ADMAS/PostProcessor窗口。在后处理窗口中我们便能很容易地得到我们所关心的输出结果。
以下是牛头刨床在ADAMS中模拟得到的结果位移、速度、加速度分别如图6、7、8所示。
通过ADAMS仿真软件得到的结果与计算得到的结果对比:我们可以了解到运用ADAMS进行仿真的优越性,不仅计算过程简单,而且得到的设计结果更加准确。通过以上速度,加速度和位移的线性图,我们更加直观的了解到传统的机械原理设计方法不但计算麻烦,而且计算结果还不准确。应用ADAMS仿真软件进行机械原理课程设计不但提高了效率,还提高了学生进行课程设计的积极性。
3 结论
本文用机械原理虚拟建模仿真系统改变了原有的教学模式,取得了良好的教学效果。不仅有利于学生全面理解和掌握相关理论知识,而且激发了学生的学习与创新兴趣,大大提高了课堂教学、实验教学的质量,把机械原理教学水平提高到一个新的高度。因此,ADAMS仿真与机械原理课程设计科学合理地配合,才能使机械原理体系更加完善,有效地提高教学质量。
参考文献
[1] 孙桓.陈作梗等主编.机械原理(第五版)[M].北京:高等教育出版社.1996.
[2] 邹曼主编.机械原理实验的改革思路[J].实验室研究与探索.2001.20(3):14—15.
[3] 李军.邢俊文.覃文洁等主编.ADAMS实例教程.北京理工大学出版社.2002.
[4] 郑建英编著.ADAMS虚拟样机技术入门与提高.机械工业出版社.20.
【关键词】牛头刨床 ADAMS 机械原理课程设计 仿真
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】1009-9646(2008)07(b)-0166-02
“机械原理课程设计”是机械类课程中最适合培养学生创新能力的一门课程, 是培养学生综合运用机械原理课程所学理论知识、技能和解决实际问题的能力,使学生获得工程技术训练的必不可少的实践性环节。
在传统的机械原理设计中计算效率低,况且出错率还非常高,导致所设计的结果不准确或者是错误的。长期以来,各校在“机械原理课程设计”中尝试了不同的学习改革。进入21世纪后,我国高校机械原理课程设计的教学改革更是进入新一轮高潮。各校对“机械原理课程设计”的目的、内容、方法、题目、组织形式作了深入研究,探索机械原理课程设计中如何培养学生的机械运動方案设计、创新设计和解决工程实际问题能力,提出适合创新人才培养目标的机械原理课程设计实施方案。
如果将课程设计第二阶段采用比较容易、直观的分析方法,如采用ADAMS机械系统自动动力学仿真软件来进行动力学分析,对改善图解法和解析法的弊端,提高学生对课程设计的兴趣是非常有帮助的。本文以我校机械原理课程设计为例来说明将ADAMS运用于机械原理课程设计中的意义。
1 牛头刨床机构模型的动力学分析
设计题目:牛头刨床刨刀的往复运动机构的运动学分析
要求牛头刨床刨刀工作行程时, 刨刀速度要平稳;空行程时,刨刀要快速退回,即要有急回作用。切削阶段刨刀应近似匀速运动,以提高刨刀的使用寿命和工件的表面质量。其机构简图如图1所示,其不同运动方案的参数如表1所示。
经过复杂的传统方法计算,用图解法表示所得的速度、加速度、位移曲线分别如图2、3、4所示：
2 牛头刨床机构模型的仿真分析
2.1 牛头刨床机构三维模型的建立
牛头刨床机构没有涉及到特别复杂的曲面、曲线。基本上零件的建模采用的方法是,先建立二维草图,然后进行拉伸等操作。其中部分零件采用先建立基本的特征体,例如圆柱、圆锥、立方体、球等然后利用交、并、差等布尔运算实现。[3]因此该机构模型我们可以通过ADAMS进行建模,其机构模型如图5所示:
2.2 作用力和约束的添加
牛头刨床刨刀工作行程时,刨刀速度要平稳;空行程时,刨刀要快速退回,即要有急回作用。切削阶段刨刀应近似匀速运动,以提高刨刀的使用寿命和工件的表面质量。为了模拟工作阻力,刨头在向右的工作行程中,在切削的前后段各有一段约0.05H的空间距离,在向左的切削过程没有切削阻力。因此工作阻力是多段函数,在ADAMS建立虚拟样机的时候,在可以用条件函数IF进行多重嵌套来建立的关系:
IF(time-0.05×t1;0,5000,IF(time-(1-0.05)×t1;5000,0,IF(time-1.0;0,0,0) ) )
经过上面处理后,虽然看上去是牛头刨床的虚拟样机,但其各个部件之间还没有任何的约束,为了进行运动仿真,我们必须在各个机构之间加上约束关系,以及运动发生器。
2.3 仿真分析后处理
ADMAS软件仿真分析结果的后处理,是通过调用独立的后处理模块ADMAS/Post Processor来完成,ADMAS/PostProcessor模块主要提供了两个功能:仿真结果回放功能和分析曲线绘制功能。[4]在完成仿真分析过程后,选择后处理工具图标,即可启动并显示ADMAS/PostProcessor窗口。在后处理窗口中我们便能很容易地得到我们所关心的输出结果。
以下是牛头刨床在ADAMS中模拟得到的结果位移、速度、加速度分别如图6、7、8所示。
通过ADAMS仿真软件得到的结果与计算得到的结果对比:我们可以了解到运用ADAMS进行仿真的优越性,不仅计算过程简单,而且得到的设计结果更加准确。通过以上速度,加速度和位移的线性图,我们更加直观的了解到传统的机械原理设计方法不但计算麻烦,而且计算结果还不准确。应用ADAMS仿真软件进行机械原理课程设计不但提高了效率,还提高了学生进行课程设计的积极性。
3 结论
本文用机械原理虚拟建模仿真系统改变了原有的教学模式,取得了良好的教学效果。不仅有利于学生全面理解和掌握相关理论知识,而且激发了学生的学习与创新兴趣,大大提高了课堂教学、实验教学的质量,把机械原理教学水平提高到一个新的高度。因此,ADAMS仿真与机械原理课程设计科学合理地配合,才能使机械原理体系更加完善,有效地提高教学质量。
参考文献
[1] 孙桓.陈作梗等主编.机械原理(第五版)[M].北京:高等教育出版社.1996.
[2] 邹曼主编.机械原理实验的改革思路[J].实验室研究与探索.2001.20(3):14—15.
[3] 李军.邢俊文.覃文洁等主编.ADAMS实例教程.北京理工大学出版社.2002.
[4] 郑建英编著.ADAMS虚拟样机技术入门与提高.机械工业出版社.20.