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基于虚拟样机技术的机械原理辅助教学研究[摘要]机械原理是高校机械类专业的重要基础课是一门以机器和机构为主要研究对象的课程。为满足复合型机械应用型人才的培养需要将虚拟样机技术应用于机械原理教学中可以在授课过程中对各种机构的运动特性进行直观的演示使学生们观察到模型的虚拟运动及主要参数的变化规律就像做实际的物理试验一样能够很好地改善教学效果提高学生课堂学习的积极性加深学生对课程的理解从而提高了教学效果和质量。[关键词]机械原理机构虚拟样机技术运动分析[中图分类号]TH111-4[文献标识码]A[文章编号]2095-3437（2015）03-0125-03应用型职业人才教育是社会发展与科技进步的产物也是社会职业岗位分化发展的结果它以培养高等技术应用型人才为目的。机械原理是高校机械类专业的重要基础课是一门以机器和机构为主要研究对象的课程。它较理论、材料力学等理论课程更结合工程实际同时它又与专业的机械课程不同其不具体研究某种特定机械而是研究各种机械中的共性问题并对常用的机械机构的工作原理进行深入的探讨。对机构进行运动学和动力学分析是贯穿于这门课程的主线具有知识点多而难的特点在课堂的教学过程中常涉及到较多的理论分析计算以及机械运动方案的设计实现等问题由于理论教学占用了大量的时间往往使学生对课堂教学的兴趣越来越少导致教学效果较差。为满足复合型工程技术人员培养的需要需要对传统的以理论教学为主的机械原理课程教学进行有意的改革探索。现有的改革成果更多的把重点放在教学体系和内容的调整上但该课程与工程实际结合较紧密具有较强的实践性而在校学生往往缺乏工程应用背景这就要求在课堂理论教学过程中将知识点与实际的机构运动相结合帮助学生理解机械结构原理以及在工程中的应用。这样才能提高机械原理课程的教学效果。为此本文结合具体案例借助现代化多媒体教学手段充分利用机械设计、仿真等软件直观的实现对机构运动学和动力学分析以及机械的综合性能分析充分的提高学生的理解力调动学生的积极性和主动性。一、虚拟样机技术在教学中的应用学生学习水平分为两个层面初级层面由基本知识原理和定律组成这些知识比较抽象；高级层面是指有关知识应用的能力通过一些案例分析和实际问题解决活动过程分析各知识之间关系的复杂性达到灵活应用知识来解决问题。机械原理课程理论性强、内容较抽象仅凭文字说明、理论公式及大脑的想象学生很难对机械机构的原理和运动有清晰地认识。传统的教学方法是靠教师的讲解使机构动起来一些多媒体课件也是停留在预设一些动画的水平上缺少互动性。而机构是运动着的在课堂上如何让分析的机构运动起来是提高学生学习兴趣与掌握相关知识点的关键。虚拟样机技术是随着计算机技术的发展而迅速发展形成的一项应用广泛地计算机辅助工程技术。虚拟样机通过计算机技术实现对机械模型的数字化建模并进行分析能够快速方便的实现机械原理教学中对机构的运动学和动力学仿真分析仿真现实下机械机构的工作特性并能实现多软件联合仿真分析。例如可利用PROE强大的造型、变参和装配等功能帮助学生进行机械结构的参数化设计并导入到动力学分析软件中进行运动学及动力学分析再现机构的运动。把理论教学和实际的机构运动展示结合起来提高学生对本门课程的理解为后续专业课程的学习打下坚实的基础。二、虚拟样机技术教学应用案例本文以牛头刨床为例在教学过程中灵活运用虚拟样机技术来讲解其运动特征直观再现牛头刨床的工作过程同时分析牛头刨床各从动件的运动规律教学效果较好。（一）牛头刨床的机构运动分析牛头刨床是一种靠刀具的往复直线运动及工作台的间歇运动来完成工件的平面切削加工的机床。牛头刨床工作时由导杆机构2-3-4-5-6带动刨刀和刨头做往复运动刨头向左时刨刀进行切削此行程称作工作行程；刨头右行时刨刀不切削称空回行程且要求工作行程的移动速度低于空行程速度即刨刀有急回现象机构简图如图1所示。根据如图1所示的牛头刨床机构由于结构较复杂一般采用解析法对其进行运动分析为求解各从动件的方位角、角速度和角加速度以及刨头的运动学参数需要建立封闭矢量方程并列出其投影方程进行求解。课堂教学过程中理论推算过程较繁琐学生较难理解实物的真正运动情况。下面采用虚拟样机技术运用PROE_ADAMS联合仿真技术直观的再现机构的运动情况并能输出各种运动曲线辅助课堂教学效果较好。（二）PROE_ADAMS联合仿真技术ADAMS软件在机械系统仿真分析中应用广泛包含功能强大的零件库、约束库和力库其求解器具有的强有力数值分析功能并基于多体系统动力学理论的拉格朗日方程能够自动建立系统的动力学方程准确、快速的求解机械系统的各种静力学、运动学和动力学问题并能以图形和曲线等