第 31 卷 第 4 期
2014 年 12 月
上海第二工业大学学报
JOURNAL OF SHANGHAI SECOND POLYTECHNIC UNIVERSITY
Vol. 31 No. 4
Dec. 2014
文章编号: 1001-4543(2014)04-0311-05
ADAMS 在在在机机机械械械原原原理理理机机机构构构教教教学学学中中中的的的应应应用用用
崔 立, 梁彩平, 李 宁, 吴 俊
(上海第二工业大学机电学院, 上海 201209)
摘 要: 介绍了应用虚拟样机仿真软件 ——ADAMS (Automatic Dynamic Analysis of Mechanical Systems, 机械系统
动力学自动分析) 在机械原理课程中进行机构动力学求解与机构设计优化的原理与方法, 分析了传统机构教学方法
的缺点以及虚拟样机仿真软件在机构教学中的应用过程。通过分别对内燃机机构、共轭凸轮机构进行仿真, 说明了
ADAMS 软件在机械原理机构动力学教学以及机构创新设计与优化中的应用。
关键词: 虚拟样机; ADAMS; 机械原理; 机构教学
中图分类号: TH111 文献标志码: A
0 引言
机械原理课程的主要组成部分为机构学和机械
动力学
[1]
。机构学研究机构运动时仅对几何结构进
行计算, 而不考虑力对机械系统运动产生的影响
[2]
。
机械动力学研究的是机器在已知载荷作用下的真实
运动规律和调节方法、机械效率以及如何平衡惯性
力等问题。一方面, 在机械原理课程中要使学生掌
握对机构的结构、运动学和动力学进行分析的理论
知识, 培养学生对现有机构的理论分析能力; 另一方
面, 机械原理课程的培养目标是使学生具有机构运
动方案的创新设计能力, 针对不同的设计任务, 提出
多种机构运动方案, 并进行综合评价, 因此它又是一
门实践性很强的课程。
对机械和机构开展运动学、动力学分析的方法
有图解法和解析法。图解法较为形象、直观, 但求解
精度不高, 对于较复杂的机构需要反复作图, 其过程
相当繁琐, 且由于测量误差等原因, 求解的准确性较
差。解析法通过数学关系式将机构中已知的尺寸参
数和运动变量与未知的运动变量相关联, 然后进行
求解, 因此解析方程一旦列出, 即可求解机构在不同
位置处的运动变量, 但对于复杂机构则需要编制求
解的计算机程序, 工作量很大, 输出的结果也很难直
观地演示。
ADAMS 虚拟样机软件可在交互式的图形环境
下创建机械系统的三维模型
[3-4]
, 采用拉格朗日方
程法求解系统动力学方程; 可以对机械系统开展静
力学、运动学和动力学分析, 输出位移、速度、加速
度和作用力曲线
[5]
; 可用于机构的设计、装配、运动
性检测、机构动力学分析等过程
[5-6]
。王鸿云、刘相
权等
[1,7]
探讨了机械原理教学中引入 ADAMS 软件
的必要性, 但目前仅将动画应用到了课堂教学中。
上海第二工业大学机械专业 FH 班的使用了
ADAMS 虚拟样机软件。本文通过实例, 分析介绍了
ADAMS 软件在机构运动学分析、动力学分析和机
构设计与优化中的应用, 使用 ADAMS 仿真实现了
机械原理教学中机构的创新设计、优化及动力学分
析。
1 ADAMS 软件在机构分析中的应用
使用 ADAMS 软件进行机构建模仿真的步骤:
首先对运动部件建模并用运动副的模型和约束连
接, 然后施加外力或运动驱动, 采用拉格朗日方程法
建立微分方程求解, 仿真过程完成后在后处理界面
中观察模型的运动并提取计算结果。
收稿日期: 2014-03-07
通讯作者: 崔 立 (1981–), 男, 河南人, 讲师, 博士, 主要研究方向为高速轴承技术和数字化设计制造。
电子邮箱 cuili@sspu.edu.cn。
基金项目: 上海第二工业大学校基金项目 (No. EGD14XQD12)、上海市自然科学基金项目 (No. 14ZR1416800)、上海市联盟计
划项目 (No. LM201408) 资助
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