鄭金松 周德讓 張帆

摘 要：網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中，為了學(xué)生能夠進(jìn)行平面連桿機(jī)構(gòu)的三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真分析，同時(shí)不需要再本地安裝三維制圖軟件，本文基于SolidWorks進(jìn)行了二次開發(fā)，學(xué)生在客戶端訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)服務(wù)界面，選擇機(jī)構(gòu)類型并輸入設(shè)計(jì)參數(shù)，便可以生成三維模型，并進(jìn)行裝配和運(yùn)動(dòng)仿真。這個(gè)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)教育資源的共享，提高教學(xué)質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：平面連桿機(jī)構(gòu)；三維建模；SolidWorks二次開發(fā)

1 引言

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展越來(lái)越重要，在《機(jī)械原理》的教學(xué)張，平面連桿機(jī)構(gòu)是難點(diǎn)，也是重點(diǎn)，同時(shí)它在工程機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用也是十分的廣泛。傳統(tǒng)教學(xué)模式下線條狀的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖雖然可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真，但所實(shí)現(xiàn)的機(jī)構(gòu)仿真不但缺乏三維真實(shí)感，而且分析結(jié)果的精度也不高。SolidWorks是一款CAD/CAM/CAE高度集成化的三維軟件，它具有強(qiáng)大的三維建模和分析仿真功能。因此，開發(fā)基于SolidWorks的平面連桿機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。

2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

SolidWorks是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，它具有強(qiáng)大的三維建模功能，是現(xiàn)今主流的三維造型軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。Visual C++是微軟公司推出的面向?qū)ο蟮目梢暬删幊滔到y(tǒng)，把它作為SolidWorks的二次開發(fā)環(huán)境，具有界面簡(jiǎn)潔、占用資源少、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，利用C++對(duì)SolidWorks進(jìn)行專業(yè)化的二次開發(fā)必要與可行的。

本系統(tǒng)以網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為運(yùn)行平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境主要用于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)模型的整體構(gòu)架，為系統(tǒng)的通用性及擴(kuò)展性提供理論依據(jù)。基于上述要求，本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)采用B/S（瀏覽器/服務(wù)器）模式，利用SolidWorks的API中COM類型接口以及基于對(duì)象的編程語(yǔ)言VC++進(jìn)行學(xué)生界面設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)平面連桿機(jī)構(gòu)的三維參數(shù)化建模，并將仿真結(jié)果以組件的形式進(jìn)行打包嵌入到客戶機(jī)瀏覽器端；采用ASP語(yǔ)言編寫仿真系統(tǒng)界面，服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)采用微軟Office中的Access數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)學(xué)生注冊(cè)、登陸等相關(guān)信息。

3 系統(tǒng)開發(fā)模型

本研究的系統(tǒng)原理如圖1所示。基于SolidWorks的平面連桿機(jī)構(gòu)教學(xué)系統(tǒng)貯存在遠(yuǎn)程服務(wù)器中，學(xué)生通過(guò)客戶端（Web瀏覽器）訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)服務(wù)界面，選擇演示的機(jī)構(gòu)類型并輸入設(shè)計(jì)參數(shù)，通過(guò)ASP進(jìn)行參數(shù)傳遞，并調(diào)用參數(shù)化設(shè)計(jì)組件。參數(shù)化設(shè)計(jì)組件啟動(dòng)服務(wù)器端的SolidWorks系統(tǒng)，根據(jù)學(xué)生輸入的機(jī)構(gòu)類型，從機(jī)構(gòu)模型庫(kù)中調(diào)出對(duì)應(yīng)各構(gòu)件的三維模板圖形文件，并調(diào)用SolidWorks提供的API函數(shù)，以學(xué)生提交的設(shè)計(jì)參數(shù)替換模板圖形文件中的驅(qū)動(dòng)尺寸，模型再生后即可得到學(xué)生需要的構(gòu)件模型；然后檢查各構(gòu)件間的尺寸關(guān)系，是否發(fā)生干涉；再根據(jù)預(yù)先定義的裝配關(guān)系進(jìn)行自動(dòng)裝配，最后調(diào)用機(jī)構(gòu)分析模塊進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真分析，并將最終的機(jī)構(gòu)模型和分析結(jié)果保存在服務(wù)器供學(xué)生下載。

圖1 系統(tǒng)原理

該系統(tǒng)主要由參數(shù)化設(shè)計(jì)、干涉檢查、自動(dòng)裝配、運(yùn)動(dòng)仿真、運(yùn)動(dòng)分析等模塊組成。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型如圖2所示，這種三層網(wǎng)絡(luò)體系能很好地解決學(xué)生和系統(tǒng)的交互、學(xué)生和瀏覽器的通話、瀏覽器和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換等問(wèn)題。學(xué)生應(yīng)用該系統(tǒng)時(shí)不需要在客戶機(jī)安裝SolidWorks軟件，只需要通過(guò)瀏覽器端登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，得到使用權(quán)限后就可以向?qū)W生演示平面連桿機(jī)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)、干涉檢查、自動(dòng)裝配、運(yùn)動(dòng)仿真等過(guò)程，并繪制重要點(diǎn)的位移、速度、加速度等曲線。學(xué)生在客戶機(jī)端通過(guò)瀏覽器可以觀察到真實(shí)的機(jī)構(gòu)三維模型，交互式運(yùn)動(dòng)仿真與裝配過(guò)程以及圖形化的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果。學(xué)生還可以根據(jù)需要登錄網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行平面連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，以鞏固所學(xué)知識(shí)。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

結(jié)束語(yǔ)

以往的平面連桿機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)都是基于本地的研究，也沒(méi)有建立機(jī)構(gòu)的三維實(shí)體模型。而本文基于SolidWorks的平面連桿機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)構(gòu)三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真分析的一體化，解決了圖形抽象、資源共享性差等問(wèn)題。該系統(tǒng)可以豐富和加強(qiáng)《機(jī)械原理》課程的教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高教學(xué)質(zhì)量和效率。■

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：鄭金松（1987-），男，講師，碩士研究生，主要研究方向?yàn)槌商籽b備及其自動(dòng)化。

周德讓（1989-），男，碩士研究生，主要研究方向是新能源材料與技術(shù)。