AMESim软件在机械原理课程教学中的应用研究

张龙 王世伟

摘要：针对机械原理课程教学中存在的问题，本文提出将AMESim软件引入课堂教学。通过具体实例介绍AMESim软件在机构建模、参数设置和运动特性分析等方面的应用，表明采用AMESim软件进行机械原理课程教学，有助于改善教学效果，激发学生的学习兴趣。

关键词：AMESim；机械原理；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）08-0193-02

机械原理课程作为机械类专业一门重要的专业基础课，在教育部发布的《普通高等学校本科专业类教学质量国家标准》中已经被认定为核心课程[1]。机械原理课程的主要内容为机构的结构分析、运动分析和动力学分析，涉及到许多计算和方程求解问题。目前传统的教学方法有图解法和解析法。图解法采用作图的方式对机构进行分析，形象直观，但计算的精度不高，且作图过程繁琐；解析法通过建立机构的数学模型进行分析，计算精度较图解法高，但缺乏直观性，且计算过程复杂，计算量大[2]。

一、AMESim软件简介

AMESim软件是由法国IMAGINE公司开发的一款基于功率键合图的多物理域建模仿真与分析软件，目前已被广泛用于车辆、发动机、航天航空、工程机械等领域。利用AMESim软件进行建模和仿真分析，只需用软件提供的元件库搭建系统的物理模型即可，而无需编写任何程序或建立系统的数学模型。同时，AMESim软件还可通过接口与MATLAB、ADAMS等软件进行联合仿真，对复杂系统进行分析。

二、AMESim在机械原理课程教学中的应用

下面通过一个具体实例，从建立机构仿真模型、设置机构参数和分析机构运动特性等方面详细论述AMESim软件在机械原理课程教学中的应用。曲柄摇杆机构ABCD如图1所示，其中曲柄AB为主动件，杆BC延伸至E点。已知LAB=100mm，LAD=200mm，LBC=LCD= LCE=250mm，主动件曲柄AB以ω的角速度绕铰接点A做匀速转动，分析E点的运动规律。

1.建立曲柄摇杆机构仿真模型。打开AMESim软件，选择草图模式，根据图1所示的机构简图，选取Planer Mechanical元件库中的合适元件搭建曲柄摇杆机构仿真模型。（1）由于曲柄AB在运动过程中做匀速转动，因此在模型库中选取可驱动的转动副模拟铰接点A，并在其驱动输入端连接扭簧模型和恒定信号源。（2）为了模拟图1中的杆BCE，在模型库中选取three port body，并将其中一个端口连接zero force source，其他端口分别接转动副B和转动副C。上述模型搭建完成后，再从元件库中选取其他所需的元件并完成接线，建立曲柄摇杆机构仿真模型如图2所示。

2.设置曲柄摇杆机构参数。仿真模型搭建完毕后，选择子模型模式，将仿真模型中的所有元件设置为默认子模型。然后选择参数模式，根据曲柄摇杆机构的已知条件，设置模型参数如表1所示，其余参数均设置为默认值。

3.分析曲柄摇杆机构运动特性。完成上述步骤后，选择仿真模式，设置仿真时长为4.5s，采样时间间隔为0.01s，运行仿真模型得到E点运动轨迹如图3所示，其在X、Y轴的位移和速度分量随时间变化的情况如图4～图7所示。

从图3～图7可以看出，E点在运动过程中，有一段位移近似保持直线，而另一段位移近似为圆弧形，因此可将该曲柄摇杆机构用于物料传送。

三、结论

本文通过采用AMESim软件对曲柄摇杆机构进行仿真分析，表明将AMESim引入到機械原理课程教学中，可以更加直观、形象的向学生展示机构的运动特性和运动过程，有助于改善教学效果，激发学生的学习兴趣。

参考文献

[1]教育部高等学校教学指导委员会.普通高等学校本科专业类教学质量国家标准（上、下册）[M].北京：高等教育出版社，2018.

[2]李玉兰.AMESim在四连杆机构教学中的应用及效果分析[J].价值工程，2013，32（03）：213-214.