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基于ADAMS的《机械原理》课程设计实践与探索

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  摘要:《机械原理》课程设计是机械类专业本科生面向机构运动分析及设计任务培养解决复杂工程问题能力的主要实践过程。在传统课程设计任务的基础上,通过任务导向与自主学习相结合的方式,围绕ADAMS软件“做中学”、机构运动分析仿真以及含间隙机构运动分析拓展,实现了课程设计的新模式、新内容,有效提升学生对自主学习与协作、平面机构运动理论分析以及对新问题的探索等能力。
  关键词:ADAMS;课程设计;任务导向;含间隙机构
  中图分类号:G642.0     文献标志码:A     文章编号:1674-9324(2019)20-0139-02
   课程设计是《机械原理》教学中不可或缺的综合实践环节,在教学过程中占有极为重要的地位。牛头刨床六杆机构运动分析是《机械原理》课程设计的经典任务,具有较强的典型性和代表性。但传统的课程设计以相对运动图解法或解析法为核心,由教师布置任务及答疑,学生进行图解法计算分析或解析法编程,这样的任务及组织模式无法完全满足工程教育认证、新工科建设对解决复杂工程问题能力的要求,各院校课程组围绕这一问题展开了较多的有益探索和实践[1-2]。本文提出任务导向与自主研讨相结合的方式,基于ADAMS软件对经典设计分析任务进行实践与拓展,力求更好地提升学生多维度综合素质能力。本文基于本校机械设计制造及其自动化专业2016级本科生100余人的教学实践,主要从课设计任务组织与实践、工程问题拓展以及课程设计小结三个核心环节进行阐述。
  一、基于ADAMS的课程设计任务组织与实践
  虚拟样机技术在《机械原理》课程教学及课程设计中得到了广泛应用[3-4],既有助于加深学生对机构运动规律的认识,又可以对复杂工程问题中的机构设计、分析等任务进行贴合实际的实践训练。本文借鉴翻转课堂的理念,在课程设计中首先引入虚拟样机仿真的任务要求,提出基于ADMAS的小组学习任务,一般3—4人一组。在这一阶段,采取教师演示ADAMS环境下铰链四杆机构与曲柄滑块机构建模与运动仿真操作,学生小组讨论、查找资料学习并复现,通过四杆机构的仿真任务初步学习掌握软件操作技能。
  基于AutoCAD环境进行相对运动图解法分析计算,完成传统的构件速度、加速度分析,此处不再赘述。在ADAMS环境下完成六杆机构的运动仿真,并要求小组自主学习构件非质心位置的物理量测量及后置处理,包括铰链点处的速度、加速度以及压力角曲线,并确定最小传动角、行程速比系数等。在这一过程中,要求小组以阅读软件帮助文件、查找网上资料为主,教师仅对关键问题进行提示,如添加Marker点、角度测量、速度曲线的数据导出等。在第一阶段,分配2个工作日,其中教师布置任务1学时,软件讲授演示占2学时,其余时间为全天候答疑。
  二、基于ADAMS的工程問题拓展
  通过基于工程实际问题的拓展,引发学生思考讨论,真实状态下平面连杆机构是怎样的运动状态?运动副间隙的存在对于传动精度有怎样的影响?在思考讨论后,教师演示转动副含间隙的曲柄摇杆机构建模与仿真过程,并要求学生自学并复现。在这一过程中,涉及销轴建模、连杆孔的布尔运算建模、接触力与摩擦力设置等新的仿真技巧,并增加了构件上参考点的轨迹追踪,使学生在对机构运动分析探索深入的同时强化对虚拟样机软件ADAMS的操作技能。
  基于含间隙曲柄摇杆机构的运动仿真,布置各小组自主选择尝试将牛头刨六杆机构不同位置的铰链设置为含间隙铰链,通过运动仿真观察速度、加速度及接触力的规律,加深对更为贴近工程实际的机构运动规律的了解。
  三、课程设计小结
  课程设计小结与传统的课程设计答辩有所差别,不仅要各小组汇报课程设计完成的结果,还要求学生梳理在课程设计任务中的收获特别是错误的操作及走过的弯路,包括在建模阶段、仿真阶段、间隙设置及接触力设置阶段以及其他阶段,通过对失败案例的总结更有助于加深对任务完成的印象和理解。同时,小结阶段帮助学生梳理课程设计中涉及的相关领域课程知识,如制图、公差、理论力学乃至间隙问题扩展到摩擦磨损失效,为后续《机械设计》课程的引入也起到衔接过渡的作用。
  四、总结
  本文基于ADAMS环境实践了一种任务导向、自主学习为核心的课程设计模式,较为充分地利用有限教学资源和学时培养学生多维度的工程能力,强化学生对《机械原理》课程知识点的理解和应用,同时形成跨课程的综合能力以及自主学习与协作能力,为《机械原理》课程设计组织模式的改进与任务内容充实提供了一种新的思路。
  参考文献:
  [1]陈修龙,王春丽,宋浩,等.机械原理课程设计改革探索[J].教育现代化,2017,4(36):89-90+103.
  [2]万朝燕,雷蕾,刘彦奎.《机械原理课程设计》改革的探索与实践[J].教育教学论坛,2013,(2):213-214.
  [3]陈修龙,宋浩,姜帅,等.机械原理课程设计中典型机构的建模和仿真[J].实验室科学,2018,21(01):42-48+51.
  [4]王芳,王瑞芳,平学成,等.基于虚拟样机技术的机械原理课程改革与实践[J].中国轻工教育,2017,(01):60-62.
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