四川大学：机械工程系课程教学资源《机电产品的虚拟设计与仿真》教学大纲 Virtual Design and Simulation of Electromechanical Products.pdf_大学文库

3、能实现机电产品中共性部件的几何建模、材料特征和约束特征建模、驱动和阻力建模。根据机电产品系统特征，完成结构组成单元建模集成 4、能实现机电产品运动学和动力学仿真，具有进行系统表达、建立仿真模型、分析求解的能力： 5、设计和实施机电产品虚拟仿真实验，并能够对实验结果进行分析。三、学习目标与毕业要求的对应关系毕业要求单业要求指标点学习目标 4.1对于机械工程领域设计、制造、运行中可 (4)能够基于科学原理并牙的复杂工程问题，能够基于科学原理并采用科学习目标2 用科学方法，针对机械工程领域设学方法，设计相应的实验：计、制造、运行等方面的复杂工程 42对于机械工程领域设计、制造、运行中可问题进行研究，通过设计、实施实的复杂工程问题，能够制定实验流程并实施实学习目标险，获取、分析和解释数据，并通过信息综合，获得合理有效的结 43能够获取、分析与解释实验数据，并通学习目标4 过信息综合，得到合理有效的研究结论。 (5)能够选择、使用与开发恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术手段和工具，针对机械 51能够洗择话当的技术、资源、现代工程工程领域设计、制造、运行等方面工具和信息技术工具，进行机械工程领域设计、学习目标5 的复杂工程问题，进行预测与模制造、运行中复杂工程问题的预测与模拟：拟，并能够理解相关技术工具、针对复杂工程问题预测与模拟结果的局限性。 (12)了解机械设计制造及其自动化领域的新理论、新技术及国 12.1能够了解当前机械设计制造及其自动内外发展动态，具有自主学习和终学习目标1 化领域的发展状态与发展趋势：身学习的意识，有不断学习和适月发展的能力。四、教学基本内容第一章绪论（理论2学时） (1)虚拟样机技术的基本概念、组成和发展： (2)虚拟样机技术方法与工程应用： (3)虚拟样机软件ADAMS及机电产品研制周期中作用。 2

3、能实现机电产品中共性部件的几何建模、材料特征和约束特征建模、驱动和阻力建模。根据机电产品系统特征，完成结构组成单元建模集成 4、能实现机电产品运动学和动力学仿真，具有进行系统表达、建立仿真模型、分析求解的能力； 5、设计和实施机电产品虚拟仿真实验，并能够对实验结果进行分析。三、学习目标与毕业要求的对应关系毕业要求毕业要求指标点学习目标（4）能够基于科学原理并采用科学方法，针对机械工程领域设计、制造、运行等方面的复杂工程问题进行研究，通过设计、实施实验，获取、分析和解释数据，并通过信息综合，获得合理有效的结论。 4.1 对于机械工程领域设计、制造、运行中的复杂工程问题，能够基于科学原理并采用科学方法，设计相应的实验；学习目标 2 4.2 对于机械工程领域设计、制造、运行中的复杂工程问题，能够制定实验流程并实施实验；学习目标 3 4.3 能够获取、分析与解释实验数据，并通过信息综合，得到合理有效的研究结论。学习目标 4 （5）能够选择、使用与开发恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术手段和工具，针对机械工程领域设计、制造、运行等方面的复杂工程问题，进行预测与模拟，并能够理解相关技术工具、针对复杂工程问题预测与模拟结果的局限性。 5.1 能够选择适当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具，进行机械工程领域设计、制造、运行中复杂工程问题的预测与模拟；学习目标 5 （12）了解机械设计制造及其自动化领域的新理论、新技术及国内外发展动态，具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。 12.1 能够了解当前机械设计制造及其自动化领域的发展状态与发展趋势；学习目标 1 四、教学基本内容第一章绪论（理论 2 学时）（1）虚拟样机技术的基本概念、组成和发展；（2）虚拟样机技术方法与工程应用；（3）虚拟样机软件 ADAMS 及机电产品研制周期中作用。 2

基本要求：了解虚拟样机技术的概念、组成和发展、工程应用领域，掌握虚拟样机技术在机电产品研制中的作用和特点。重点与难点：掌握虚拟样机技术在机电产品研制中的作用和特点。毕业要求对应关系：本章学习内容对应学习目标1，支撑毕业要求指标点12.1。第二章机电产品虚拟样机建模方法与应用软件基础（理论3学时，上机3学时） (1)机电产品虚拟样机建模方法与流程： (2)ADAMS软件各个模块功能与的界面、莱单以及工具单元的特性包括外观、视图、零件库、约束库、力库以及动画仿真等的简单操作： (3)基本的ADAMS设计流程，包括设置工作环境、创建物体(Part):创建约束副(Constraint): 各个零件和约束的创建过程及各自的属性设置：各部件的生成及相互约束关系： (4)模型的创建（前处理）、仿真（求解）及查看结果（后处理）的流程，包括模型修改(Modify) 施加初始条件、进行仿真(Simulation)与播放动画(Animation)、输出测量曲线： (5)案例展示通过具体的工程实例一四杆机构，来具体介绍ADAMS的设计流程及使用方法。基本要求：了解机电产品虚拟样机建模流程，掌握系统建模方法和仿真软件的基本操作，掌握连杆机构建模方法。重点与难点：掌握系统建模方法和仿真软件的基本操作，掌握连杆机构建模方法，毕业要求对应关系：本章学习内容对应学习目标3，支撑毕业要求指标点4.1。第三章机电产品共性机构与部件建模(1)（理论2学时，上机6学时） (1)齿轮传动机构模型：齿轮传动模型的建立：各种零件的创建和属性设置：各种约束副的创建和属性设置：速度标记点的创建：齿轮副的创建和参数设置：添加约束和验证模型：对模型进行运动学仿真，输出仿真曲线： (2)平面凸轮机构：使用样条曲线命令建立凸轮：其他构件的创建和属性设置：各种约束副的创建和属性设置：添加线一线约束以及运动约束：验证模型，确定模型的正确性：建立测量与运动仿真分析：低副、高副的创建方法：基本要求：了解机电产品中共性部件建模流程，掌握齿轮传动机构和平面凸轮机构的建模方法。重点与难点：掌握齿轮传动机构和平面凸轮机构的建模方法。毕业要求对应关系：本章学习内容对应学习目标3，支撑毕业要求指标点4.2。第四章机电产品共性机构与部件建模(2)（理论2学时，上机6学时） (1)弹簧阻尼器模型：模型的创建：弹簧阻尼器参数的设置：静平衡测试弹簧力的大小：计算模型的固有频率：导入弹簧的刚度系数，将线性弹簧改为非线性弹簧：利用函数编辑器修改力： 3

基本要求：了解虚拟样机技术的概念、组成和发展、工程应用领域，掌握虚拟样机技术在机电产品研制中的作用和特点。重点与难点:掌握虚拟样机技术在机电产品研制中的作用和特点。毕业要求对应关系：本章学习内容对应学习目标 1，支撑毕业要求指标点 12.1。第二章机电产品虚拟样机建模方法与应用软件基础（理论 3 学时，上机 3 学时）（1）机电产品虚拟样机建模方法与流程；（2） ADAMS 软件各个模块功能与的界面、菜单以及工具单元的特性包括外观、视图、零件库、约束库、力库以及动画仿真等的简单操作；（3）基本的 ADAMS 设计流程，包括设置工作环境、创建物体（Part）；创建约束副（Constraint）；各个零件和约束的创建过程及各自的属性设置；各部件的生成及相互约束关系；（4）模型的创建（前处理）、仿真（求解）及查看结果（后处理）的流程，包括模型修改（Modify）、施加初始条件、进行仿真（Simulation）与播放动画（Animation）、输出测量曲线；（5）案例展示通过具体的工程实例——四杆机构，来具体介绍 ADAMS 的设计流程及使用方法。基本要求：了解机电产品虚拟样机建模流程，掌握系统建模方法和仿真软件的基本操作，掌握连杆机构建模方法。重点与难点：掌握系统建模方法和仿真软件的基本操作，掌握连杆机构建模方法。毕业要求对应关系：本章学习内容对应学习目标 3，支撑毕业要求指标点 4.1。第三章机电产品共性机构与部件建模（1）（理论 2 学时，上机 6 学时）（1）齿轮传动机构模型：齿轮传动模型的建立；各种零件的创建和属性设置；各种约束副的创建和属性设置；速度标记点的创建；齿轮副的创建和参数设置；添加约束和验证模型；对模型进行运动学仿真，输出仿真曲线；（2）平面凸轮机构：使用样条曲线命令建立凸轮；其他构件的创建和属性设置；各种约束副的创建和属性设置；添加线—线约束以及运动约束；验证模型，确定模型的正确性；建立测量与运动仿真分析；低副、高副的创建方法；基本要求：了解机电产品中共性部件建模流程，掌握齿轮传动机构和平面凸轮机构的建模方法。重点与难点:掌握齿轮传动机构和平面凸轮机构的建模方法。毕业要求对应关系：本章学习内容对应学习目标 3，支撑毕业要求指标点 4.2。第四章机电产品共性机构与部件建模（2）（理论 2 学时，上机 6 学时）（1）弹簧阻尼器模型：模型的创建；弹簧阻尼器参数的设置；静平衡测试弹簧力的大小；计算模型的固有频率；导入弹簧的刚度系数，将线性弹簧改为非线性弹簧；利用函数编辑器修改力； 3

建立力与变形的测量并仿真分析，观察二者的关系：了解求两点间的距离的AKISPL函数： (2)小球与保龄球的碰撞模型：创建模型，所包含的物体包括平台、曲柄、连杆、滑块、小球和球瓶：添加各种约束；定义小球和滑块、小球与平台、小球与球瓶以及球瓶和平台的碰撞，创建碰撞力：设置碰撞中的摩擦力：利用函数编辑器修改约束的运动函数：验证模型，进行仿真分析：掌握制作AI电影的步骤与方法：掌握函数的获取和编辑： (3)电机模型的仿真：选择的电机模型，介绍DDC(并联或串联)，直流无刷、步进和交流同步驱动使用的分析方法：ADAMS电机模块：外部软件的联合仿真，通过介入MATLAB或Easy 等软件定义电机的驱动力矩：对电机执行精确的位置控制：仿真取得传动系统收到的电机信号。基本要求：了解机电产品中共性部件建模流程，掌捉弹簧阻尼器、碰撞过程、电机驱动的建模方法。重点与难点：掌握弹簧阻尼器、碰撞过程、电机驱动的建模方法。毕业要求对应关系：本章学习内容对应学习目标3，支撑毕业要求指标点42 第五章机电系统棋型集成与系统仿真案例（理论3学时，上机5学时） (1)机电产品系统模型集成方法与流程 (2)起重机模型：创建模型，包括铲斗、悬臂、轴肩、基座和座架：模型的倒角处理：确定各物体之间的各种约束副：验证模型的准确性：添加各物体之间的各种驱动，设置运动函数：测试模型，初步确定模型的运动属性：仿真分析，观察起重机的运动：掌握函数编辑器的使用： (3)弹簧挂锁的优化设计：参数化创建弹簧挂锁模型，它是一个包括运动件、运动副、约束和作用力等在内的机械系统模型：通过模拟仿真模型在实际操作过程中的动作来测试所建模型：观察参数化的作用：测试准备：添加一个Inplane虚约束，以及一个拉压弹簧和手柄力九：建立力和角度的测量：建立一个传感器，检测overcenter_angle什么时候达到负值，这时挂锁也就可靠锁合：检测到这种情况，传感器会自动停止仿真过程：模型的仿其分析与保存：细化模型，使你的仿真测试数据符合物理样机试验数据：深化设计，评估系统模型针对不同的设计变量的灵镇度：优化设计方案，找到能够获得最佳性能的最优化设计组合：介绍复杂模型的典型工作流程和处理方法：基本要求：了解机构组成单元模型集成，掌握系统运动学动力学仿真方法和虚拟仿真实验方法。重点与难点：掌握系统运动学动力学仿真方法和虚拟仿真实验方法。毕业要求对应关系：本章学习内容对应学习目标4、5，支撑毕业要求指标点4.3、5.1。五、建议教学进度（理论教学12学时，上机20实践学时）章节名称学时数第一章绪论 2(理论2学时) 第二章机电产品虚拟样机建模方法与应用软 6(理论3学时，上机3学时)

建立力与变形的测量并仿真分析，观察二者的关系；了解求两点间的距离的 AKISPL 函数；（2）小球与保龄球的碰撞模型：创建模型，所包含的物体包括平台、曲柄、连杆、滑块、小球和球瓶；添加各种约束；定义小球和滑块、小球与平台、小球与球瓶以及球瓶和平台的碰撞，创建碰撞力；设置碰撞中的摩擦力；利用函数编辑器修改约束的运动函数；验证模型，进行仿真分析；掌握制作 AVI 电影的步骤与方法；掌握函数的获取和编辑；（3）电机模型的仿真：选择的电机模型，介绍 DDC（并联或串联），直流无刷、步进和交流同步驱动使用的分析方法；ADAMS 电机模块；外部软件的联合仿真，通过介入 MATLAB 或 Easy5 等软件定义电机的驱动力矩；对电机执行精确的位置控制；仿真取得传动系统收到的电机信号。基本要求：了解机电产品中共性部件建模流程，掌握弹簧阻尼器、碰撞过程、电机驱动的建模方法。重点与难点:掌握弹簧阻尼器、碰撞过程、电机驱动的建模方法。毕业要求对应关系：本章学习内容对应学习目标 3，支撑毕业要求指标点 4.2。第五章机电系统模型集成与系统仿真案例（理论 3 学时，上机 5 学时）（1）机电产品系统模型集成方法与流程（2）起重机模型：创建模型，包括铲斗、悬臂、轴肩、基座和座架；模型的倒角处理；确定各物体之间的各种约束副；验证模型的准确性；添加各物体之间的各种驱动，设置运动函数；测试模型，初步确定模型的运动属性；仿真分析，观察起重机的运动；掌握函数编辑器的使用；（3）弹簧挂锁的优化设计：参数化创建弹簧挂锁模型，它是一个包括运动件、运动副、约束和作用力等在内的机械系统模型；通过模拟仿真模型在实际操作过程中的动作来测试所建模型；观察参数化的作用；测试准备：添加一个 Inplane 虚约束，以及一个拉压弹簧和手柄力；建立力和角度的测量；建立一个传感器，检测 overcenter_angle 什么时候达到负值，这时挂锁也就可靠锁合；检测到这种情况，传感器会自动停止仿真过程；模型的仿真分析与保存；细化模型，使你的仿真测试数据符合物理样机试验数据；深化设计，评估系统模型针对不同的设计变量的灵敏度；优化设计方案，找到能够获得最佳性能的最优化设计组合；介绍复杂模型的典型工作流程和处理方法；基本要求：了解机构组成单元模型集成，掌握系统运动学动力学仿真方法和虚拟仿真实验方法。重点与难点：掌握系统运动学动力学仿真方法和虚拟仿真实验方法。毕业要求对应关系：本章学习内容对应学习目标 4、5，支撑毕业要求指标点 4.3、5.1。五、建议教学进度（理论教学 12 学时，上机 20 实践学时）章节名称学时数第一章绪论 2（理论 2 学时）第二章机电产品虚拟样机建模方法与应用软 6（理论 3 学时，上机 3 学时） 4