集Solidworks和Adams結(jié)合的機構(gòu)運動綜合性實踐設(shè)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(xué)生在學(xué)、思、用三方面的綜合性培養(yǎng)，設(shè)計了一種針對機制專業(yè)學(xué)生的集Solidworks三維建模和Adams運動仿真結(jié)合的機構(gòu)運動綜合性實踐。根據(jù)我院創(chuàng)新小組的實踐表明，該實驗為本科學(xué)生就各課程的知識進(jìn)行聯(lián)合應(yīng)用提供引導(dǎo)，為后續(xù)協(xié)助創(chuàng)新項目和畢業(yè)論文提供幫助，具有廣泛推廣價值。

關(guān)鍵詞：機械原理；機構(gòu)簡圖；三維建模；Adams

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

一、引言

隨著行業(yè)競爭的加劇，企業(yè)對具有高專業(yè)性、高創(chuàng)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(fù)著培養(yǎng)高素質(zhì)人才的重要使命，如何建立適應(yīng)社會需求的高素質(zhì)人才培養(yǎng)體系，成為各高校重點關(guān)注話題。實驗實踐一直以來都是高校學(xué)生實現(xiàn)創(chuàng)新和實踐應(yīng)用的第一途徑[1]，其在開拓學(xué)生創(chuàng)新思維、培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、團(tuán)隊合作和問題解決能力等方面具有引導(dǎo)和促進(jìn)的作用，但因傳統(tǒng)傳授式教學(xué)實踐的根深蒂固，高校創(chuàng)新性的實踐教學(xué)改革依舊顯得無力。目前，高校實驗教學(xué)依舊普遍存在簡單、單一、獨立、重復(fù)等缺點[2-4]，這些短板淡化了實踐教學(xué)的內(nèi)涵，降低了學(xué)生對實踐教學(xué)的重視、對問題的延伸和自主思考能力，讓學(xué)生對知識缺乏了“想象”，嚴(yán)重制約了“三高”人才的培養(yǎng)，其改革迫在眉睫。

二、實踐概述

集Solidworks與Adams結(jié)合的機構(gòu)運動簡圖綜合性實踐，隸屬于《機械原理》、《機械設(shè)計基礎(chǔ)》和《計算機輔助設(shè)計》課程的融合創(chuàng)新，主要面向機制專業(yè)大二學(xué)生，涉及2個課時。從專業(yè)內(nèi)容來講，該實驗旨在加強學(xué)生對機構(gòu)運動簡圖的測繪、結(jié)構(gòu)自由度計算理解，基于Solidworks對機構(gòu)的建模能力以及應(yīng)用Adams對機構(gòu)運動學(xué)分析能力；從學(xué)生素質(zhì)培養(yǎng)來講，則在于拓展學(xué)生思維空間，鍛煉學(xué)生團(tuán)隊合作能力，提高學(xué)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(nèi)容

該實踐以3—4名學(xué)生為一小組，由學(xué)生自主選擇機構(gòu)模型，主要包含三個部分，其一為根據(jù)機構(gòu)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(gòu)運動學(xué)仿真。

（一）機構(gòu)運動簡圖測繪

機構(gòu)運動簡圖測繪采用我院原有的典型的機械機構(gòu)模型，諸如曲柄導(dǎo)桿泵、鉚釘機構(gòu)、鄂式破碎機構(gòu)、仿膝關(guān)節(jié)機構(gòu)及機械手機構(gòu)等。小組選定某一確定模型結(jié)構(gòu)，參考《機械原理》課程內(nèi)容，對該機構(gòu)模型活動構(gòu)件、運動副關(guān)系、自由度等進(jìn)行分析；通過對機構(gòu)模型的拆卸，用尺規(guī)等工具量取各構(gòu)件的長度；選定比例尺，進(jìn)行模型構(gòu)件的簡圖測繪。為簡要說明本環(huán)節(jié)內(nèi)容，此以鉚釘機構(gòu)模型為例，對其進(jìn)行自由度計算和機構(gòu)運動簡圖測繪，如下表1所示。

（二）機構(gòu)模型的三維建模

根據(jù)第一環(huán)節(jié)所測各零件關(guān)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(gòu)的三維模型所示。（三）基于Adams的機構(gòu)運動學(xué)仿真

繼學(xué)生對機構(gòu)的三維建模之后，采用Adams對機構(gòu)進(jìn)行仿真分析。將模型裝配體轉(zhuǎn)為Parasolid格式導(dǎo)入到Adams中，在該軟件中按照實驗第一環(huán)節(jié)所了解的運動副情況進(jìn)行各構(gòu)件的屬性設(shè)置，如上圖2所示。該環(huán)節(jié)旨在鞏固學(xué)生對機構(gòu)運動副、自由度的理解，加強學(xué)生對所學(xué)零散的軟件進(jìn)行聯(lián)合通訊應(yīng)用，拓展學(xué)生對所學(xué)知識的主動思考和應(yīng)用能力。以上述鉚釘機構(gòu)為例，設(shè)置原動件曲柄2的轉(zhuǎn)速，導(dǎo)出連桿4質(zhì)心在Y方向上的位移，以及連桿3與連桿1的夾角變化關(guān)系，通過對理論計算和仿真曲線的對比分析，進(jìn)一步判定和理解機構(gòu)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(xiàn)和報告的形式，分別占30%和70%。小組課堂表現(xiàn)體現(xiàn)在小組成員出勤、討論和是否課堂完成三環(huán)節(jié)任務(wù)完成情況；報告則每小組一份，須由組長指明各小組成員負(fù)責(zé)模塊，報告依照本科畢設(shè)要求，包含目錄、摘要、關(guān)鍵詞、頁碼等，其中所包含的圖表和圖形等，均嚴(yán)格按照機械繪圖要求。此種以報告為重的考核方式關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生將思維語言轉(zhuǎn)化為文字語言的能力，提高學(xué)生文字撰寫素養(yǎng)，讓學(xué)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(chuàng)新小組的實踐表明，該實踐的恰當(dāng)難度加強了學(xué)生對實踐的重視。課堂中學(xué)生自發(fā)思考難題并主動探尋解決途徑，由常規(guī)的被接受知識轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃涌拷R，學(xué)習(xí)氛圍明顯改善。

2.以此為引導(dǎo)，學(xué)生懂得了如何對機制專業(yè)知識的交叉應(yīng)用，深化了機制專業(yè)的內(nèi)涵理解；此外，學(xué)生將實踐思路應(yīng)用于教師科研中，進(jìn)一步提升學(xué)生對實際工程問題的分析和解決能力。

3.以此為延伸，學(xué)生積極投入機械類競賽中。小組成員基于對機械機構(gòu)的創(chuàng)新改進(jìn)，并結(jié)合Solidworks和Adams軟件對機構(gòu)的立體表達(dá)和優(yōu)化仿真設(shè)計，積極制作和改進(jìn)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新作品，在2017年間，創(chuàng)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(xué)生受益良多。

五、結(jié)論

基于課程間的交叉發(fā)展和培養(yǎng)“三高”人才宗旨，設(shè)計了一個集Solidworks和Adams結(jié)合的機構(gòu)運動綜合性實踐。通過在我校創(chuàng)新小組的應(yīng)用表明，該實驗在改善學(xué)生實踐氛圍，引導(dǎo)學(xué)生對機制專業(yè)知識的交叉應(yīng)用，以及拓展學(xué)生創(chuàng)新思維等方面具有顯著成效?；谠搶嵺`的教學(xué)思路，可為類似創(chuàng)新性實驗項目的開展提供借鑒。

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[4]洪林，王愛軍.應(yīng)用型本科高校實踐教學(xué)改革與創(chuàng)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