摘要：文章在研究實體三維參數(shù)化設計的思想及方法的基礎(chǔ)上，以二級直齒圓柱齒輪減速器的參數(shù)化設計為核心，基于Pro/E軟件實現(xiàn)了三維實體參數(shù)化CAD系統(tǒng)的總體建模，并將減速器的三維參數(shù)化設計的實例應用在《CAD/CAM實訓》課程的教學中，讓學生在整個建模過程中充分了解減速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，理解三維參數(shù)化設計思想。

關(guān)鍵詞：圓柱齒輪減速器；三維參數(shù)化設計；《CAD/CAM實訓》課程；Pro/E軟件；內(nèi)部結(jié)構(gòu) 文獻標識碼：A

中圖分類號：TH132 文章編號：1009-2374（2015）16-0046-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.022

圓柱齒輪減速器是一種齒輪傳動機構(gòu)，可實現(xiàn)變速、轉(zhuǎn)換運動方向、傳遞功率等多種功能。由于減速器具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞運動準確可靠、效率較高、使用壽命長、維護方便、便于成批生產(chǎn)的優(yōu)點，在生產(chǎn)實踐和生活中得到廣泛的應用。齒輪減速器主要有圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓錐-圓柱齒輪減速器。一般將減速器的零件分為五類，箱體類、輪類、軸類、盤類、標準件類。在進行零件設計時，可按零件的不同類型進行分類設計。

《CAD/CAM實訓》課程是我院一門機械類實訓課程，主要針對直齒圓柱齒輪減速器進行設計和加工，學生在已經(jīng)學過的機械制圖、機械設計、公差與配合等相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，已經(jīng)具備了識圖制圖的基本能力，奠定了《CAD/CAM實訓》課程的基礎(chǔ)。但以往的實訓課只是以圓柱齒輪減速為例，進行設計及加工，在改變其中某個零件的型號或尺寸時，其他零件的尺寸也得隨之改變，故而還需要再重新設計各個零件，這樣會在設計中浪費大量時間和精力。這也是在減速器行業(yè)中的一個設計缺口。把圓柱齒輪減速器的三維參數(shù)化設計系統(tǒng)的研究應用在本實訓課程里，可以激發(fā)學生的設計熱情，拓展學生思路，真正與實際接軌，也可大大提升學生在企事業(yè)中的受重視程度。本課程已試行了三屆，基于不同的教學方法也進行了不同程度的嘗試，并且對于CAD/CAM類課程已經(jīng)在進行“教、學、做”一體化教學模式的研究探討（由另一課題在實施研究），通過教學實踐，已經(jīng)初見成效。全體成員都感受到基于任務驅(qū)動的、基于工作過程的教學方法比較適合于在焊接CAD技術(shù)課程中實施探討。同時，作為三維設計軟件操作課程，具有非常真實的三維立體感，易于模擬真實的生產(chǎn)過程，采用此類教學方法更有利于實現(xiàn)軟件學習與生產(chǎn)實踐相結(jié)合，有利于在學習掌握了軟件操作的同時，也學習掌握了解決實際問題的能力，從而達到了充分運用好有限的課堂時間來提高教學時效性的目的。

在進行《CAD/CAM實訓》課程之前，學生已經(jīng)在機械制圖、機械設計課程里做過相關(guān)減速器的設計，對減速器的類型、結(jié)構(gòu)等有所了解，教模庫中也有相關(guān)的實體模型。但卻從來沒有通過PRO/E的實體造型軟件進行計算機建模，而往屆的《CAD/CAM實訓》課程中，對減速器的設計只是進行傳統(tǒng)的實體建模，并沒有深入的了解和研究參數(shù)化設計的領(lǐng)域?；凇禖AD/CAM實訓》課程的圓柱齒輪減速器的三維參數(shù)化設計系統(tǒng)的研究，可以讓學生真正進入一個設計者的情境，體會三維參數(shù)化建模的優(yōu)越性，并能接觸到設計過程中的前沿思想，該系統(tǒng)如果能應用到機械制造行業(yè)中，將會為企業(yè)帶來一定的經(jīng)濟效益，學生就業(yè)后也會受到企業(yè)重用。該項目的研究成果適合應用于機械系各專業(yè)CAD/CAM實訓教學中，能夠幫助學生進行減速器的三維參數(shù)化設計，在以往的實體建模的基礎(chǔ)上，探索深層次的建模方法，提高設計效率，擴展學生視野，提高動手能力，非常有研究的必要性和可行性。

根據(jù)減速器的不同，設計方案也有所不同，其設計一般分為改型設計、改良設計、創(chuàng)新設計。不同的設計方案，采用的設計過程也不同。Pro/E是以參數(shù)化設計三維CAD/CAM的軟件包，具有零件三維造型、裝配設計、工程圖、工程分析計算與仿真分析的功能。采用的是“從內(nèi)向外”設計減速器的過程，包括零件的造型、裝配以及工程圖的形成過程。將到箱座、箱蓋放在一起作為整體來設計，然后產(chǎn)生凸緣、底座特征；構(gòu)建軸承座特征；構(gòu)建加強筋、窺視方孔、油尺孔特征；建立螺紋孔、倒角特征；完成后沿裝配面用平面切割后即得到上、下箱體為箱座、箱蓋。設計體現(xiàn)了簡單、方便的特點，又能保證后續(xù)的裝配順利進行。齒輪采用參數(shù)化設計，設計完后可以生成族表，建立標準齒輪件庫。裝配是分別裝配大小齒輪和相應配套的軸、軸承、套筒。在授課過程中，主要是利用不同層次的教學對象進行分組，因材施教，布置不同的任務及考核標準，把減速器的參數(shù)化設計系統(tǒng)的設計融合在實訓過程中，讓學生體會參數(shù)化設計的必要性，并掌握其方法。整個教學過程，有三個重點：（1）小組分工，具體落實到個人；（2）在實訓中引出圓柱齒輪減速器的三維參數(shù)化設計系統(tǒng)在《CAD/CAM實訓》課程中的重要性，并著手設計；（3）考核評價方式方法的確定，因人而宜設置考評標準和方法。

具體改革內(nèi)容：（1）通常的教學是“一人一機”的模式，大家各人做各人的，缺少了團隊合作的概念。而實踐企業(yè)的工作中，一個項目很多都是多個人共同完成的。所以針對這一塊，我們需采用以小組的方式，進行團隊的實踐活動，增加團隊設計模式，讓老師提出課題，以小組為單位進行設計制作，也可以在適當?shù)臅r候舉行一些技術(shù)討論，設計方案的討論會，增強學生的表達能力和溝通能力，提高團隊協(xié)作能力，達到知識共享的效果；（2）在實訓過程中設置情境，讓學生置身設計人員的角色，體會設計傳統(tǒng)設計和參數(shù)化設計的區(qū)別，并分組進行設計，把各種標準件分配到不同組進行參數(shù)化設計再進行組裝。

研究的理論意義和實踐意義：（1）在機械傳動系統(tǒng)中大量使用直齒圓柱齒輪減速器，其常用件和標準件的設計通常需要設計人員翻閱大量機械手冊。通過該三維參數(shù)化設計系統(tǒng)的研究，可以生成直齒圓柱齒輪減速器的常用件和標準件庫，并進行齒輪和軸裝配的參數(shù)化設計，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速開發(fā)與設計，從而大大提高了設計效率，體現(xiàn)了參數(shù)化設計的智能性；（2）《CAD/CAM實訓》課程主要針對直齒圓柱齒輪減速器進行設計和加工，學生在已經(jīng)學過的機械制圖、機械設計、公差與配合等相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)課程的基礎(chǔ)上，已經(jīng)具備了識圖制圖的基本能力，奠定了《CAD/CAM實訓》課程的基礎(chǔ)。但以往的實訓課只是以圓柱齒輪減速為例進行設計及加工，在改變其中某個零件的型號或尺寸時，其他零件的尺寸也得隨之改變，故而還需要再重新設計各個零件，這樣會在設計中浪費大量時間和精力，這也是在減速器行業(yè)中的一個設計缺口。把圓柱齒輪減速器的三維參數(shù)化設計系統(tǒng)的研究應用在本實訓課程里，可以激發(fā)學生的設計熱情，拓展學生思路，真正與實際接軌，也可大大提升學生在企事業(yè)中的受重視程度；（3）適合機械系各專業(yè)CAD/CAM實訓教學，幫助學生理解減速器設計過程，在以往的傳統(tǒng)設計中探索深層次的設計方法，提高設計速度，擴展學生視野，提高動手能力；（4）在實訓之前需要系統(tǒng)學習《CAD/CAM技術(shù)與應用》課程，在此基礎(chǔ)上，通過進行《CAD/CAM實訓》課程的系統(tǒng)訓練，學生畢業(yè)后可以到大、中、小企業(yè)做一線操作工，也可以輔助專業(yè)工程技術(shù)人員運用三維軟件進行三維設計；學生畢業(yè)后也可以到中專任教，教授CAD技術(shù)等相關(guān)課程。

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（責任編輯：秦遜玉）