趙林林

(江蘇財經(jīng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與電子工程系 江蘇 淮安：223003)

目前的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)中，多以教材的平面機(jī)構(gòu)為主，一般通過預(yù)定的方案對硬件進(jìn)行搭接操作，然后對搭接后的機(jī)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)證性分析，這種演示性的實(shí)驗(yàn)缺乏創(chuàng)新性，學(xué)生會感到?jīng)]有興趣，學(xué)生的創(chuàng)新思維能力得不到很好地訓(xùn)練。

此外，學(xué)生在傳統(tǒng)的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)平臺上搭建機(jī)構(gòu)時，受其結(jié)構(gòu)和功能的限制，只能做一些平面機(jī)構(gòu)，對機(jī)構(gòu)的分析和修改困難，而且搭建后的機(jī)構(gòu)容易產(chǎn)生干涉，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果不是很好。

隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外很多的三維繪圖軟件在我國工程領(lǐng)域和教育領(lǐng)域不斷地應(yīng)用，如三維設(shè)計軟件SolidWorks、Ug、Pro/e等正在逐漸成為機(jī)械工程中應(yīng)用廣泛的設(shè)計工具，與其集成的三維動力學(xué)仿真軟件應(yīng)用也越來越廣泛。

正因?yàn)槿绱耍P者在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新課中引入三維設(shè)計及分析軟件，將課程的實(shí)踐教學(xué)與先進(jìn)的三維虛擬仿真分析技術(shù)相結(jié)合，可以提高學(xué)生的空間想象能力，培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新動力和創(chuàng)新意識。利用三維軟件Solidworks的裝配功能，培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計能力，利用三維軟件Solidworks的運(yùn)動仿真功能，可以培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計成就感。

1 構(gòu)建基于Solidworks的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目

確定基于Solidworks的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐命題領(lǐng)域和方向，以機(jī)械零部件為基本構(gòu)件，輔以各種不同類型的運(yùn)動副和主機(jī)架，以所學(xué)過的各種典型機(jī)構(gòu)為基礎(chǔ)，盡量減少條條框框的束縛，給學(xué)生以極大的想象空間，讓他們充分發(fā)揮自己的創(chuàng)新意識和奇思妙想，最大限度地調(diào)動他們的主動性、積極性、創(chuàng)新性和實(shí)踐動手能力，按照機(jī)構(gòu)運(yùn)動原理和組成原理，把各自的創(chuàng)新思想貫穿在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計方案中，在Solidworks軟件上完成零件繪制、裝配并做運(yùn)動仿真分析。

結(jié)合慧魚組合模型的創(chuàng)新機(jī)構(gòu)，共確定了5個機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目的選題，遵循由易到難，循序漸進(jìn)、螺旋提升的原則進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的設(shè)計，以培養(yǎng)學(xué)生的機(jī)械系統(tǒng)分析能力、設(shè)計能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)。注重于開闊學(xué)生的思維，強(qiáng)調(diào)學(xué)生的創(chuàng)新思維與創(chuàng)新方法，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用專業(yè)知識進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計的能力。使學(xué)生具有團(tuán)結(jié)合作精神和認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度、具有一定的溝通知識和技巧、具有一定的創(chuàng)新意識。表1為機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目。

表1 基于Solidworks的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目

2 基于Solidworks的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)模式

在具體實(shí)施過程中，學(xué)生以“個體-團(tuán)隊(duì)”形式開展，分組后每組成員獨(dú)立完成、獨(dú)立考核。對每一個實(shí)踐項(xiàng)目按照運(yùn)動方案擬定—建?！抡娣治鲞M(jìn)行實(shí)施，教師鼓勵每組做出最優(yōu)結(jié)果，然后由同學(xué)上臺利用PPT進(jìn)行講解，再由教師進(jìn)行綜合評價，保證學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的普遍性和基礎(chǔ)性。

項(xiàng)目實(shí)踐之前，由教師布置任務(wù)，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用創(chuàng)新思維，結(jié)合《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》課程上講過的機(jī)構(gòu)演化方法，按小組完成創(chuàng)新設(shè)計方案，通過與教師討論，對方案進(jìn)行修改和完善，最終確定個人的實(shí)踐方案。在實(shí)踐過程中，我們采用Solidworks三維設(shè)計軟件自行繪制構(gòu)件，適當(dāng)改變參數(shù)，確定形狀，大小不一的連桿、滑塊、凸輪、齒輪、槽輪、軸、帶、螺栓、鍵及彈簧等機(jī)械零部件的基本構(gòu)件，完成對構(gòu)件的建模，然后由學(xué)生按照確定的實(shí)踐方案，在Solidworks三維設(shè)計軟件中利用其裝配功能，添加不同類型的運(yùn)動副和機(jī)架，完成機(jī)構(gòu)的虛擬化裝配，檢查構(gòu)件之間有無干涉。然后可以繼續(xù)添加驅(qū)動器，實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的動態(tài)運(yùn)動仿真，完成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動軌跡、位移、運(yùn)動干涉情況的分析。

然后再由學(xué)生和教師共同討論小組內(nèi)不同方案的運(yùn)動性能和動力性能，對不同的方案進(jìn)行比較，從而最終確定最佳的創(chuàng)新設(shè)計機(jī)構(gòu)。

由教師繼續(xù)引導(dǎo)學(xué)生利用Solidworks三維設(shè)計軟件對零件進(jìn)行繪制，完成零部件的建模裝配和運(yùn)動仿真。

通過這種教學(xué)模式，不但提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計能力及準(zhǔn)備的能力，而且激發(fā)了學(xué)生積極創(chuàng)新和熱愛實(shí)踐活動的熱情，同時不斷提高學(xué)生的計算機(jī)輔助設(shè)計的能力。

3 基于Solidworks的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)的評價考核方法

考核要保證每一個學(xué)生的工作量和難度適中，要求在機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計中主要突出機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案的擬定和機(jī)械傳動與執(zhí)行部分的設(shè)計，要求傳動方案中至少含有兩種常用機(jī)構(gòu)且有4-8個傳動構(gòu)件，要求有必要的設(shè)計計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。

實(shí)踐完成后進(jìn)行組內(nèi)評價、教師評價及學(xué)生互評；在總結(jié)提高環(huán)節(jié)，通過師生共同總結(jié)、課外拓展，實(shí)現(xiàn)知識和技能的提升。評價內(nèi)容主要有方案可行性、結(jié)構(gòu)合理性、計算嚴(yán)謹(jǐn)性、經(jīng)濟(jì)性、功能演示、講解、答辯、計算說明書、方案草圖、模型及仿真分析結(jié)果等。

4 以“翻轉(zhuǎn)機(jī)械手”項(xiàng)目為例的機(jī)構(gòu)設(shè)計

4.1 任務(wù)描述

由教師布置任務(wù)，并簡單介紹翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的基本功能，指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用創(chuàng)新思維，在現(xiàn)有的翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的基礎(chǔ)上，進(jìn)行方案的設(shè)計。

4.2 計劃與決策

由學(xué)生按照小組的形式進(jìn)行討論，要實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的機(jī)身回轉(zhuǎn)運(yùn)動，可選方案有：蝸輪蝸桿、齒輪、鏈傳動、帶傳動、連桿傳動等；要實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的臂部的升降直線運(yùn)動，可選的方案有：氣缸、絲杠螺母、凸輪、齒輪齒條、連桿等；要實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的臂部的前后直線運(yùn)動，可選的方案有：氣缸、絲杠螺母、凸輪、齒輪齒條、連桿等；要實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的手爪的夾緊、放松，可選的方案有：夾持式、勾托式、吸附式、擬手指式等。

通過老師的指導(dǎo)，對可選方案進(jìn)行比較，確定機(jī)身回轉(zhuǎn)運(yùn)動采用蝸輪蝸桿傳動；臂部升降運(yùn)動采用絲杠螺母傳動，臂部伸縮運(yùn)動采用絲杠螺母傳動；機(jī)械手爪采用夾持式的結(jié)構(gòu)。

4.3 實(shí)施

教師繼續(xù)指導(dǎo)學(xué)生利用Solidworks三維設(shè)計軟件首先完成翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的機(jī)構(gòu)簡圖并進(jìn)行計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計，然后對具體零件進(jìn)行繪制，完成零部件的建模裝配和運(yùn)動仿真。此項(xiàng)任務(wù)占據(jù)大部分的時間，需要學(xué)生能夠認(rèn)真完成。

4.4 評價

學(xué)生完成之后，利用Solidworks進(jìn)行翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的演示，并對翻轉(zhuǎn)機(jī)械手的計算設(shè)計過程進(jìn)行PPT講解。由學(xué)生自評、互評，教師最終評價完成學(xué)生的考核。

5 三維設(shè)計軟件應(yīng)用在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新課程中的建議

本課程是一門綜合性實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，需要用到大量的機(jī)械方面的知識，在實(shí)施過程中，要想成功地將三維軟件應(yīng)用在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新課程中，需要學(xué)生熟練地掌握一種三維繪圖軟件及《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》這門課程，否則學(xué)生學(xué)習(xí)起來將有一定的難度。

此課程宜采用項(xiàng)目導(dǎo)向的教學(xué)方法進(jìn)行，需要引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，課堂上通過布置任務(wù)，學(xué)生利用課后的時間查閱大量的資料，并采用三維設(shè)計軟件進(jìn)行設(shè)計、仿真，學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性很大。對于學(xué)生來講，有點(diǎn)難度，因?yàn)楹芏鄸|西需要再創(chuàng)造，沒有現(xiàn)成的東西直接拿來用。所以在實(shí)施過程中，需要采取一定的措施保證學(xué)生能夠積極地完成。

以前開設(shè)的機(jī)構(gòu)創(chuàng)新課，沒有采用三維設(shè)計軟件，直接在實(shí)驗(yàn)室利用慧魚模型進(jìn)行組裝搭建，一般學(xué)生都是按圖搭建，創(chuàng)新能力沒有得到提高，學(xué)生的收獲不是很大。但是在采用Solidworks三維設(shè)計軟件之后，學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望加強(qiáng)，因?yàn)镾olidworks軟件的熟練運(yùn)用將直接應(yīng)用在以后的工作中，具有針對性，雖然比以前的課程有一定的難度，但是學(xué)生學(xué)到的內(nèi)容會更多。通過本課程的學(xué)習(xí)，對以后學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計及工作崗位能力打下堅實(shí)的基礎(chǔ)，可以說本門課的每一個項(xiàng)目對學(xué)生掌握本專業(yè)的知識都有著非常重要的作用。

學(xué)生在機(jī)械運(yùn)動方案設(shè)計、三維設(shè)計及仿真分析軟件應(yīng)用以及團(tuán)隊(duì)合作方面，得到較高水平的訓(xùn)練，激發(fā)創(chuàng)新意識，增強(qiáng)實(shí)踐能力。

6 結(jié)束語

將Solidworks軟件應(yīng)用在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)中，不僅豐富了課程教學(xué)內(nèi)容，拓寬了機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程的教學(xué)體系，最重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，可以增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識和繼續(xù)學(xué)習(xí)的能力。同時，在教學(xué)改革中能夠激發(fā)教師求真務(wù)實(shí)的工作熱情，最大程度地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

將三維軟件Solidworks應(yīng)用在機(jī)構(gòu)創(chuàng)新實(shí)踐教學(xué)改革中，符合機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)課程的建設(shè)目標(biāo)和發(fā)展要求，符合高等職業(yè)技術(shù)院校培養(yǎng)高素質(zhì)、高技能、創(chuàng)新型人才的總體目標(biāo)，能夠?yàn)榕囵B(yǎng)學(xué)生專業(yè)方面的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力做出了一定的探索和實(shí)踐，為推廣和應(yīng)用三維軟件在課程建設(shè)中奠定基礎(chǔ)。

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