平面连杆机构急回特性教学实践-开槽机为例

白亚琼

摘要：針对高职《机械设计基础》平面连杆机构中急回特性教学中，学生难以理解、学习兴趣不高且效果差的状况，提出采用ADAMS软件为手段，以开槽机为例进行机构的运动仿真分析，分析开槽机机构的传动角、死点位置和急回特性。借此说明，将ADAMS软件应用高职《机械设计基础》于教学中，能增强学生的感性认识，提高学生学习兴趣，取得较好的教学效果。

关键词：ADAMS;急回特性;运动仿真;开槽机

0  引言

高职学生对《机械设计基础》这门课中的平面连杆机构急回特性的理解，停留在机构急回特性工作行程的速度比回程过程的速度慢。虽然我们使用了Flash动画、视频等多媒体方式展示其动画过程，在一定程度上提高学生的自主学习积极性，但这些方法并未在本质上对机械原理教学难以理解内容做改进。而学生在学习过程中更是不会应用其它计算机辅助软件学习机械原理中的“运动”，也就无从谈及创新设计了。本文借助于ADAMS软件为手段，以开槽机为例进行机构的运动仿真分析，分析开槽机机构的传动角、死点位置和急回特性，利用ADAMS快速将头脑中的构思以运动形式形象的表达出来，在Adams/View中的建立模型，在Adams/Postprocessor中得到机构的运动分析曲线，可形象清晰地将机构的运动状态、传动角变化、死点位置及急回特性展示在学生面前。

1  开槽机机构的建模与运动分析

如图1所示开槽机机构，原动件BC匀速转动，角速度？棕=2？仔 rad/s。已知a=80mm，b=200mm，lAD=100mm，lDF=400mm，其中原动件BC杆为主曲柄，AC杆为副曲柄。运用软件 Adams 对开槽机机构进行建模，在 Adams/View 中设定各构件长度，并在连接处进行铰链约束，其中在B点处为BC杆与机架的连接处定义一个伺服电动机，电动机转速设置为 360deg/sec，运转时间为3s。见图2所示开槽机机构仿真模型。

从图3中可以看出DF杆的摆角大约为29.5°，范围从-12°至17.5°之间。从图5、图6可以看出在-12°或17.5°时DF杆与滑块之间的夹角最大，也就是压力角最大，滑块的速度也是最大，DF杆对滑块所受的力最大，而传动角最小。从图3、图4可以看出DF杆的摆角在0°时，DF杆恰好与滑块有两次共线，这时滑块的速度最小趋向于零。假如原动件不是曲柄BC杆，而是滑块，这时就会出现两个死点位置。从图3、图4中还可以看出DF杆的速度、加速度在工作过程或回程中变化很明显，呈现出一慢一快的急回特性。

从图7中可以看出滑块的工作行程时间大约为0.7s，速度变化呈开口向下抛物线状，最大值大约为480mm/s;加速度呈缓慢增加趋势。回程时间大约为0.3s，速度变化也呈开口向下抛物线状，最大值大约为1100mm/s，可以很明显看出滑块的一慢一快的急回特性。而图8中加速度在工作行程时先下降后上升呈开口向上抛物线状，在回程起始时迅速急剧上升达到最大值8000mm/s2后短暂急剧下降和上升至加速度最大值，而后继续急剧下降，周而复始。因此学生可以直观的看出滑块的速度、加速度的变化曲线，机构的急回运动的特性。

2  结束语

采用ADAMS对开槽机进行运动仿真，让学生直观的看到“运动”的机构，可形象清晰地将机构的运动状态、传动角变化、死点位置及急回特性展示在学生面前，使学生获得对机构急回特性的感性认识。

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