揚(yáng)州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 趙紅梅

基于Solidworks的機(jī)械制圖教學(xué)方法的嘗試

揚(yáng)州高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校 趙紅梅

SolidWorks是優(yōu)秀的設(shè)計(jì)軟件，成熟應(yīng)用于機(jī)械制圖教學(xué)中，使現(xiàn)代教育技術(shù)得到了極大進(jìn)步，特別是在培養(yǎng)學(xué)生的空間想象和思維能力方面，效果顯著。

機(jī)械制圖 SolidWorks 教學(xué)方法

一、前言

機(jī)械制圖課程是大多數(shù)高校培養(yǎng)工科人才專業(yè)的一門重要技術(shù)基礎(chǔ)課，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的繪圖和識(shí)圖能力，提升學(xué)生的空間想象能力和實(shí)際操作能力，是作為工科教學(xué)必不可少的環(huán)節(jié)。大量教學(xué)證明，通過基于Soidworks的機(jī)械制圖教學(xué)方法的嘗試，對(duì)于大學(xué)生現(xiàn)代工程創(chuàng)新能力的培養(yǎng)具有十分重要的意義。

二、Solidworks軟件簡(jiǎn)介

Solidworks軟件是美國(guó) Solid Works 公司開發(fā)研制的三維設(shè)計(jì)軟件。是一款參數(shù)化建模軟件，主要有零件、工程圖、裝配體三個(gè)模塊?？梢詫?shí)現(xiàn)從三維實(shí)體模型到二維工程圖的直接轉(zhuǎn)換。是一套智能型的高級(jí) CAD／CAE／CAM組合軟件，集設(shè)計(jì)、加工、分析功能于一身。其設(shè)計(jì)思路清晰，設(shè)計(jì)理念更容易理解，友好的界面，節(jié)省大量時(shí)間。同時(shí)世界許多著名軟件公司是Solidworks公司的戰(zhàn)略合作伙伴，帶有國(guó)標(biāo)零件庫(kù)，功能龐大的插件，支持二次開發(fā)。

三、傳統(tǒng)機(jī)械工程教學(xué)中存在的問題

傳統(tǒng)的機(jī)械類課程體系一般采用二維設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行教學(xué)，所存在的主要問題如下：

（1）知識(shí)陳舊，體系不完整，不考慮各課程之間的關(guān)聯(lián)，無(wú)法滿足后續(xù)CAE/CAM等課程的教學(xué)需求。

（2） 以二維設(shè)計(jì)作為主要教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)效果一般，使學(xué)生主要精力花費(fèi)在軟件的操作上，而不能很好的去設(shè)計(jì)研發(fā)。

（3） 不能在設(shè)計(jì)與制造之間實(shí)施三維-二維-三維之間的轉(zhuǎn)換，也無(wú)法表達(dá)復(fù)雜曲面，造型、渲染和動(dòng)畫能力差。

四、Solidworks在機(jī)械制圖教學(xué)中的應(yīng)用

Solidworks在機(jī)械制圖教學(xué)的主要任務(wù)是學(xué)習(xí)草圖繪制、特征建模、鈑金設(shè)計(jì)、裝配、工程圖的創(chuàng)建方法與技巧，培養(yǎng)學(xué)生具備產(chǎn)品計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的實(shí)際工作技能，為學(xué)生未來從事專業(yè)方面實(shí)際工作的能力奠定基礎(chǔ)。

（1）教學(xué)組織方面：建議在項(xiàng)目課程教學(xué)時(shí)采用分組教學(xué)和集中教學(xué)相結(jié)合、教師主導(dǎo)和學(xué)生自主學(xué)習(xí)相結(jié)合、規(guī)定項(xiàng)目訓(xùn)練和自選項(xiàng)目訓(xùn)練相結(jié)合的教學(xué)組織形式。

（2）教學(xué)方法方面：建議根據(jù)完成工作任務(wù)的需要來選擇合適的教學(xué)方法。項(xiàng)目課程指導(dǎo)教師在教學(xué)實(shí)施過程中，應(yīng)提前給每組發(fā)放項(xiàng)目任務(wù)書。任務(wù)書要明確教師講解內(nèi)容及時(shí)間安排，學(xué)生應(yīng)準(zhǔn)備的知識(shí)、討論的內(nèi)容及時(shí)間、完成的訓(xùn)練內(nèi)容等。其次，指導(dǎo)教師將工作任務(wù)以不同的形式呈現(xiàn)給學(xué)生，指導(dǎo)教師圍繞項(xiàng)目或模塊的工作任務(wù)需要來安排理論教學(xué)，并且進(jìn)行知識(shí)的拓展。

（3）教學(xué)內(nèi)容方面：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的發(fā)展速度很快，教師在教學(xué)的過程中，應(yīng)關(guān)注CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，并把相關(guān)信息及時(shí)反映到教學(xué)中來。其基本教學(xué)內(nèi)容如表1所示：要求，對(duì)現(xiàn)狀溢流壩及消能設(shè)施進(jìn)行加固設(shè)計(jì)。

課程主要內(nèi)容重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)、能力、素質(zhì)要求操作環(huán)境基本操作顯示控制視角變換選擇對(duì)象顯示控制視角變換選擇對(duì)象通過選項(xiàng)命令設(shè)定SolidWorks的操作環(huán)境基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)軸、坐標(biāo)點(diǎn)的顯示與隱藏放大/縮小、旋轉(zhuǎn)

課程主要內(nèi)容重點(diǎn)、難點(diǎn)知識(shí)、能力、素質(zhì)要求草圖基礎(chǔ)草圖繪制草圖圖元尺寸標(biāo)注幾何約束失敗解決圖元繪制、編輯尺寸標(biāo)注幾何約束草圖繪制面和草圖原點(diǎn)的選擇、草圖繪制環(huán)境設(shè)定各種圖元繪制、編輯方法尺寸類型及標(biāo)注方法幾何約束的顯示與隱藏，添加約束的方法失敗的類型、判斷和解決方法拉伸與旋轉(zhuǎn)特征建模草圖輪廓放樣引導(dǎo)線放樣掃描引導(dǎo)線掃描中心線放樣圓角拔模異性孔抽殼筋變換操作基礎(chǔ)陣列多實(shí)體拉伸與旋轉(zhuǎn)掃描引導(dǎo)線掃描放樣圓角拔模異性孔抽殼筋變換操作陣列多實(shí)體拉伸起始面、終止面的選擇、拉伸方向草圖復(fù)用、草圖輪廓的選擇截面草圖與路徑草圖的空間關(guān)系引導(dǎo)線與截面之間的空間關(guān)系，截面自由度與引導(dǎo)線數(shù)量的關(guān)系放樣草圖之間的空間關(guān)系，放樣要素類型引導(dǎo)線與放樣草圖之間的空間關(guān)系中心線與放樣草圖之間的空間關(guān)系圓角操作對(duì)象的選擇、變半徑圓角、控制線圓角拔模面的一些特殊設(shè)定方法異型孔的精確定位方法、異型孔類型及自定義尺寸方式筋草圖的特點(diǎn)，限制操作——不能在多個(gè)實(shí)體之間加筋移動(dòng)、鏡像、縮放、復(fù)制特征線形、圓周、草圖驅(qū)動(dòng)、填充陣列生成多實(shí)體零件的方法、組合、壓凹零件定位零件設(shè)計(jì)單位制質(zhì)量屬性方程式手工配置系列零件設(shè)計(jì)表零件定位質(zhì)量屬性零件原點(diǎn)的選擇、零件朝向、缺省視角重定義模型單位制的調(diào)整、尺寸精度設(shè)定模型材料屬性的設(shè)置、獲取模型質(zhì)量屬性尺寸方程式的設(shè)定方法、共享數(shù)值、全局變量系列零件設(shè)計(jì)表的生成方法基體法蘭鈑金邊線法蘭斜接法蘭實(shí)體操作折彎操作成形特征基體法蘭邊線法蘭斜接法蘭實(shí)體操作折彎操作基體法蘭的類型，鈑金基本參數(shù)的設(shè)定邊線法蘭的尺寸測(cè)量方式、邊線法蘭的輪廓控制斜接法蘭的尺寸測(cè)量方式切除、倒角、 折彎、轉(zhuǎn)折、褶邊成形特征的保存位置、成形特征的四個(gè)要素裝配方法裝配顯示控制零件操作裝配干涉裝配方法零件操作生成裝配件、設(shè)定零件之間裝配關(guān)系生成爆炸視圖、采用裝配特征控制顯示零件組合、關(guān)聯(lián)零件設(shè)計(jì)檢查及采用零件操作方法排除裝配干涉工程圖模板工程圖工程圖標(biāo)注工程圖視圖工程圖標(biāo)注裝配工程圖測(cè)試工程圖模板的設(shè)置方法、工程圖環(huán)境設(shè)定模型、投影、剖面、斷開的剖面、輔助、細(xì)節(jié)視圖尺寸標(biāo)注、幾何公差等工程符號(hào)的標(biāo)注視圖顯示控制、零件序號(hào)與材料明細(xì)表

5）對(duì)于溢洪道基礎(chǔ)存在滲漏的水庫(kù)，為保證水庫(kù)興利作用及溢洪道安全，對(duì)溢洪道基礎(chǔ)進(jìn)行高噴灌漿或塑性防滲墻加固，截?cái)酀B漏通道。

（3）放水管。

對(duì)于放水管無(wú)控制措施或現(xiàn)狀閘門、啟閉機(jī)損壞、啟閉塔年久失修的水庫(kù)，為保證水庫(kù)下游灌溉或下游用水需求，新建或重建啟閉塔及工作橋，更換閘門及啟閉設(shè)施。

對(duì)放水管洞身質(zhì)量較差的水庫(kù)，對(duì)洞身進(jìn)行加固處理，洞外進(jìn)行灌漿處理。

對(duì)放水管后無(wú)消能防沖設(shè)施，增加消能防沖設(shè)施，完善尾水渠設(shè)計(jì)。使放水管順利排入老河道。

（4）監(jiān)測(cè)管理設(shè)施。

因小型水庫(kù)大都沒有觀測(cè)、監(jiān)測(cè)及防汛照明設(shè)施，不利于水庫(kù)運(yùn)行管理，根據(jù)運(yùn)行需要，增設(shè)水位尺、大壩位移、變形觀測(cè)、浸潤(rùn)線觀測(cè)及量水堰等設(shè)施，為水庫(kù)安全運(yùn)行提供觀測(cè)、監(jiān)測(cè)設(shè)施，新建或重建管理房，整修防汛道路。

2. 非工程措施。

為保證水庫(kù)運(yùn)行安全，根據(jù)實(shí)際需要還需制訂一些非工程控制措施。

（1）水庫(kù)防洪調(diào)度。

根據(jù)水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算結(jié)果，合理確定水庫(kù)的汛限水位并報(bào)上級(jí)主管部門批準(zhǔn)。嚴(yán)格按照上級(jí)批準(zhǔn)的調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃和上級(jí)主管部門的指令，結(jié)合水庫(kù)工程現(xiàn)狀和管理運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，參照水文氣象預(yù)報(bào)情況，本著局部服從整體，興利服從防洪的原則，進(jìn)行具體的調(diào)度運(yùn)用。水庫(kù)要制定一套全面管理制度，提高水庫(kù)綜合效益，確保水庫(kù)正常合理的運(yùn)行，做到科學(xué)調(diào)度。根據(jù)除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)，確定合適的泄水方式。泄洪應(yīng)通過水文預(yù)報(bào)預(yù)測(cè)，及時(shí)采取防汛措施，確保水庫(kù)安全。每年汛前要根據(jù)設(shè)計(jì)和工程現(xiàn)狀，經(jīng)過調(diào)查了解并征求有關(guān)部門的意見，編制年度運(yùn)用計(jì)劃。年度調(diào)度運(yùn)用計(jì)劃中的興利部分，每年汛后根據(jù)實(shí)際蓄水和汛后可能的來水情況進(jìn)行修訂。計(jì)劃的制定和修改，經(jīng)上級(jí)主管部門批準(zhǔn)后執(zhí)行。

（2）工程管理運(yùn)用。

1）水庫(kù)運(yùn)行控制。

對(duì)于放水管管身屬于無(wú)壓的，為保證管身為無(wú)壓流狀態(tài)，必須控制閘門開啟度，從而控制放水管流量，需根據(jù)不同水位確定放水管閘門開啟度，保證放水管始終處于無(wú)壓運(yùn)行狀態(tài)。

2）安全監(jiān)測(cè)。

由專職人員進(jìn)行設(shè)備維修、觀測(cè)資料的整編與分析。由于大壩常年受到各種荷載和水的作用，內(nèi)部狀況不斷地發(fā)生著變化，這種變化大部分都是隱蔽的，緩慢的，不易察覺的。因此，需要對(duì)大壩運(yùn)行期間進(jìn)行經(jīng)常的系統(tǒng)觀察和測(cè)量，以便了解大壩內(nèi)部狀況的變化規(guī)律和工作情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，采取措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和處理，確保大壩安全運(yùn)行，充分發(fā)揮其工程效益。建立大壩定期檢查、鑒定制度。汛前、汛后以及暴風(fēng)、暴雨、特大洪水等自然災(zāi)害和其他險(xiǎn)情發(fā)生后，管理人員必須按照有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)大壩進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)和檢查，對(duì)監(jiān)測(cè)資料及時(shí)整理分析，隨時(shí)掌握大壩運(yùn)行狀況。

3）工程維護(hù)。

為了確保水利工程的安全，嚴(yán)格按照工程維修養(yǎng)護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，本著“經(jīng)常養(yǎng)護(hù)、隨時(shí)維修、養(yǎng)重于修、修重于搶”的原則，對(duì)大壩和附屬建筑物，經(jīng)常養(yǎng)護(hù)，隨時(shí)維修，使其處于安全和完整的運(yùn)行狀態(tài)。

4）建筑物管理

應(yīng)定期對(duì)壩體進(jìn)行觀測(cè)分析，經(jīng)常進(jìn)行巡邏和維護(hù)管理。工程檢查是水庫(kù)管理工作的基礎(chǔ)，汛期每天一次，非汛期每周一次；每年汛前、汛后，用水前后，對(duì)大壩進(jìn)行全面大檢查，閘門、機(jī)電設(shè)備試車運(yùn)行，對(duì)工程存在問題及時(shí)分析，初步提出相應(yīng)的處理意見，并報(bào)上級(jí)主管部門；發(fā)生歷史最高水位，水位驟升驟降，大風(fēng)浪，特大暴雨以及工程遇到影響安全運(yùn)行或其他危險(xiǎn)跡象時(shí)，除詳細(xì)記錄時(shí)間、部位、出險(xiǎn)情況，還要立即上報(bào)主管部門，采取應(yīng)急措施，分析原因。管理所應(yīng)建立技術(shù)檔案和大事記，對(duì)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行管理資料及時(shí)整理歸檔，保持資料準(zhǔn)確完好，以便今后管理和工程需要提供可靠的依據(jù)。

四、結(jié)論

水庫(kù)是兼防洪、農(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖等綜合利用的水利杻紐工程，一旦水庫(kù)失事，將危及到下游保護(hù)區(qū)的安危，同時(shí)也給下游的兩岸群眾帶來巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，將造成難以估量的損失。水庫(kù)除險(xiǎn)加固以后，其防洪能力可達(dá)到規(guī)范要求，發(fā)生標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)洪水時(shí)，可確保下游人民群眾生命財(cái)產(chǎn)的安全，確保保護(hù)區(qū)內(nèi)各項(xiàng)生產(chǎn)、生活的正常進(jìn)行，超標(biāo)準(zhǔn)洪水發(fā)生時(shí)，可起到減少受災(zāi)損失、爭(zhēng)取搶險(xiǎn)時(shí)間的作用。因此，抓緊時(shí)間對(duì)這些病險(xiǎn)水庫(kù)進(jìn)行除險(xiǎn)加固迫在眉捷。運(yùn)行仿真，可得到活塞的位移、速度、加速度分別如圖5、圖6、圖7所示。從圖5中可以看出活塞的運(yùn)動(dòng)行程為100mm。

四、結(jié)論

建立發(fā)動(dòng)機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型，在matlab的環(huán)境下，利用simulink／simMechanics模塊，建立動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)并進(jìn)行分析。相比于傳統(tǒng)的圖解法，這種方法不需要進(jìn)行一些高級(jí)語(yǔ)言編程就能很直觀地觀察到某機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)狀況，簡(jiǎn)單高效，另外還可以修改各構(gòu)件的仿真參數(shù)，得到不同類型的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，大大減少了機(jī)械設(shè)計(jì)的工作量。