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集Solidworks和Adams结合的机构运动综合性实践设计
摘 要：基于高校课程群之间的融合趋势以及对工科学生在学、思、用三方面的综合性培养,设计了一种针对机制专业学生的集Solidworks三维建模和Adams运动仿真结合的机构运动综合性实践.根据我院创新小组的实践表明,该实验为本科学生就各课程的知识进行联合应用提供引导,为后续协助创新项目和毕业论文提供帮助,具有广泛推广价值.
关键词：机械原理；机构简图；三维建模；Adams
中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）48-0055-02
一、引言
随着行业竞争的加剧,企业对具有高专业性、高创新能力、高动手实践能力的“三高”人才的需求日益增加.高校作为社会人才的主要输出阵地,肩负着培养高素质人才的重要使命,如何建立适应社会需求的高素质人才培养体系,成为各高校重点关注话题.实验实践一直以来都是高校学生实现创新和实践应用的第一途径[1],其在开拓学生创新思维、培养学生独立思考、团队合作和问题解决能力等方面具有引导和促进的作用,但因传统传授式教学实践的根深蒂固,高校创新性的实践教学改革依旧显得无力.目前,高校实验教学依旧普遍存在简单、单一、独立、重复等缺点[2-4],这些短板淡化了实践教学的内涵,降低了学生对实践教学的重视、对问题的延伸和自主思考能力,让学生对知识缺乏了“想象”,严重制约了“三高”人才的培养,其改革迫在眉睫.
二、实践概述
集Solidworks与Adams结合的机构运动简图综合性实践,隶属于《机械原理》、《机械设计基础》和《计算机辅助设计》课程的融合创新,主要面向机制专业大二学生,涉及2个课时.从专业内容来讲,该实验旨在加强学生对机构运动简图的测绘、结构自由度计算理解,基于Solidworks对机构的建模能力以及应用Adams对机构运动学分析能力；从学生素质培养来讲,则在于拓展学生思维空间,锻炼学生团队合作能力,提高学生动手实践能力以及文字撰写功底等综合性能力.
三、实践内容
该实践以3—4名学生为一小组,由学生自主选择机构模型,主要包含三个部分,其一为根据机构运动简图测绘,其二为模型的三维建模,其三为基于Adams的机构运动学仿真.
（一）机构运动简图测绘
机构运动简图测绘采用我院原有的典型的机械机构模型,诸如曲柄导杆泵、铆钉机构、鄂式破碎机构、仿膝关节机构及机械手机构等.小组选定某一确定模型结构,参考《机械原理》课程内容,对该机构模型活动构件、运动副关系、自由度等进行分析；通过对机构模型的拆卸,用尺规等工具量取各构件的长度；选定比例尺,进行模型构件的简图测绘.为简要说明本环节内容,此以铆钉机构模型为例,对其进行自由度计算和机构运动简图测绘,如下表1所示.
（二）机构模型的三维建模
根据第一环节所测各零件关键特征尺寸,通过Solidworks对各零件建模和组装,最终保存三维模型,巩固三维建模的过程.如下图1铆钉机构的三维模型所示.
（三）基于Adams的机构运动学仿真
继学生对机构的三维建模之后,采用Adams对机构进行仿真分析.将模型装配体转为Parasolid格式导入到Adams中,在该软件中按照实验第一环节所了解的运动副情况进行各构件的属性设置,如上图2所示.
该环节旨在巩固学生对机构运动副、自由度的理解,加强学生对所学零散的软件进行联合通讯应用,拓展学生对所学知识的主动思考和应用能力.以上述铆钉机构为例,设置原动件曲柄2的转速,导出连杆4质心在Y方向上的位移,以及连杆3与连杆1的夹角变化关系,通过对理论计算和仿真曲线的对比分析,进一步判定和理解机构运动过程.
四、实践考核及效果
（一）考核
该考核方式采用小组课堂表现和报告的形式,分别占30%和70%.小组课堂表现体现在小组成员出勤、讨论和是否课堂完成三环节任务完成情况；报告则每小组一份,须由组长指明各小组成员负责模块,报告依照本科毕设要求,包含目录、摘 要、关键词、页码等,其中所包含的图表和图形等,均严格按照机械绘图要求.此种以报告为重的考核方式关注培养学生将思维语言转化为文字语言的能力,提高学生文字撰写素养,让学生成为“能文能武”的综合性人才.
（二）效果
1.基于我院为期1年的创新小组的实践表明,该实践的恰当难度加强了学生对实践的重视.课堂中学生自发思考难题并主动探寻解决途径,由常规的被接受知识转变为主动靠近知识,学习氛围明显改善.
2.以此为引导,学生懂得了如何对机制专业知识的交叉应用,深化了机制专业的内涵理解；此外,学生将实践思路应用于教师科研中,进一步提升学生对实际工程问题的分析和解决能力.
3.以此为延伸,学生积极投入机械类竞赛中.小组成员基于对机械机构的创新改进,并结合Solidworks和Adams软件对机构的立体表达和优化仿真设计,积极制作和改进具有自主知识产权的创新作品,在2017年间,创新小组成员约10人次获得上海市级一等奖,5人次获得上海市级二等奖,并获得专利3项,学生受益良多.
五、结论
基于课程间的交叉发展和培养“三高”人才宗旨,设计了一个集Solidworks和Adams结合的机构运动综合性实践.通过在我校创新小组的应用表明,该实验在改善学生实践氛围,引导学生对机制专业知识的交叉应用,以及拓展学生创新思维等方面具有显著成效.基于该实践的教学思路,可为类似创新性实验项目的开展提供借鉴.
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