費國勝　杜雨軒　賈永芳

摘 要 文章指出了傳統(tǒng)機械設(shè)計基礎(chǔ)課堂教學(xué)和課程設(shè)計存在的問題，并對SolidWorks三維設(shè)計軟件在機械設(shè)計基礎(chǔ)課程中的應(yīng)用進(jìn)行了探討，認(rèn)為SolidWorks對于提高本課程的教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、學(xué)生的三維設(shè)計能力和創(chuàng)新能力具有十分重要的作用。

關(guān)鍵詞 SolidWorks 機械設(shè)計 教學(xué)探討

中圖分類號：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdks.2017.07.047

Teaching Exploration of Machine Design Foundation Based on SolidWorks

FEI Guosheng， DU Yuxuan， JIA Yongfang

（Sichuan Engineering Technical College， Deyang， Sichuan 618000）

Abstract This paper discussed the problems existing in classroom teaching and curriculum design of traditional machine design foundation， and discussed the application of SolidWorks in this course， and considered that SolidWorks can play a very important role in improving the teaching quality， students' interest， students' 3D design capability and innovation ability.

Keywords SolidWorks； mechanical design； teaching exploration

0 引言

“機械設(shè)計基礎(chǔ)”在所有高等學(xué)校中都是工科專業(yè)中非常重要的一門專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課。通過這門課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生不僅能夠掌握機械設(shè)計理論知識，也能夠初步掌握一些機械設(shè)計實踐知識，同時也是從基礎(chǔ)課向?qū)I(yè)課過渡的一個重要轉(zhuǎn)折點，在工科專業(yè)的教學(xué)中具有承上啟下的作用。

SolidWorks是一款基于Windows桌面開發(fā)的三維設(shè)計軟件，其界面友好，易學(xué)易用。它功能十分強大，具備三維設(shè)計建模、二維工程圖、運動仿真、動畫、有限元分析等各種功能模塊。隨著機械CAD和三維設(shè)計軟件的不斷發(fā)展，將SolidWorks三維設(shè)計軟件用于機械設(shè)計基礎(chǔ)的輔助教學(xué)，對于提高本課程的教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)生的三維設(shè)計能力具有十分重要的作用。

1 利用SolidWorks進(jìn)行課堂教學(xué)

1.1 傳統(tǒng)課堂教學(xué)存在的問題

機械設(shè)計基礎(chǔ)涉及機械中通用零部件和常用機構(gòu)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計計算方法等。傳統(tǒng)機械設(shè)計基礎(chǔ)的課堂教學(xué)多采用掛圖、模型和多媒體進(jìn)行，由于該課程具有概念原理抽象、常用機構(gòu)和通用零部件繁雜眾多等特點，并且這些知識比較零散，理解和記憶比較困難，學(xué)生對這些從沒見過的事物往往不容易理解掌握，造成學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)興趣和動力，因此教學(xué)效果不是太好。比如在講螺栓、螺母、鍵、銷、軸承等標(biāo)準(zhǔn)件時，老師通常對著二維圖形或者國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號給學(xué)生講解它們的類型、特點、使用注意事項等，學(xué)生缺乏直觀的感受和空間想象能力，課堂上聽得迷迷糊糊，課后很快就忘記，理論上的知識掌握都不透徹，更不用說在實踐中進(jìn)行應(yīng)用了。在講常用機構(gòu)時，老師在課堂上不能形象地展示各種機構(gòu)的運動過程。在進(jìn)行機構(gòu)設(shè)計時，不能使設(shè)計的機構(gòu)產(chǎn)生運動來驗證設(shè)計是否正確，從而打擊了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計的積極性，阻礙了學(xué)生機械創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.2 Toolbox工具箱在教學(xué)中的應(yīng)用

SolidWorks三維設(shè)計軟件自帶的Toolbox工具箱，里面集成了各種標(biāo)準(zhǔn)件和通用零部件，比如螺栓、螺母、墊圈、鍵、銷、齒輪、帶輪、軸承等。老師在講解這些零部件的相關(guān)知識時，可以使用Toolbox工具箱生成相應(yīng)的零部件，通過任意旋轉(zhuǎn)、縮放、隱藏、透明、剖切三維模型，使學(xué)生直觀了解這些零部件的結(jié)構(gòu)。生成零部件時需要輸入一些必要的參數(shù)，模型建立后還可以改變這些參數(shù)，使學(xué)生了解不同參數(shù)驅(qū)動下模型的區(qū)別，從而學(xué)會在實際設(shè)計時如何正確選擇使用這些零部件。

1.3 動畫仿真功能在教學(xué)中的應(yīng)用

SolidWorks動畫仿真功能可以很方便地生成機械產(chǎn)品演示動畫。在講常用機構(gòu)的時候，可以利用SolidWorks的動畫仿真功能，讓機構(gòu)做仿真運動，使學(xué)生能夠直觀地看到各種機構(gòu)的運動過程。在學(xué)習(xí)平面四桿機構(gòu)的類型時，可以隨意改變各個連桿的長度，讓學(xué)生先用理論知識判斷出機構(gòu)類型，再用SolidWorks運動仿真驗證自己的判斷是否正確。老師也可以讓學(xué)生自己設(shè)計一些機構(gòu)，并用動畫仿真功能驗證所設(shè)計的機構(gòu)能否達(dá)到預(yù)期的運動效果，然后不斷改進(jìn)，逐漸提高自己的創(chuàng)新設(shè)計能力。

1.4 虛擬裝配和爆炸圖在教學(xué)中的應(yīng)用

在講軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，由于軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計要綜合考慮各方面要求，比如軸上零件的定位和固定、軸的加工和裝配工藝性、軸的強度和受力要求、各段直徑和長度的確定等，學(xué)生對著這些條款要點往往不能直觀理解。老師可以預(yù)先生成各種軸系零件，課堂上利用SolidWorks虛擬裝配功能進(jìn)行裝配，一邊裝配一邊向?qū)W生講解軸的各部分設(shè)計要點，各軸系零件是如何進(jìn)行軸向和周向固定的，鍵槽、螺紋退刀槽、砂輪越程槽等設(shè)計要求。裝配完成后還可以制作爆炸圖和動畫，來展示各軸系零件以及裝配過程，讓學(xué)生更加清晰的了解軸地機構(gòu)設(shè)計和各軸系零件的裝配關(guān)系。

2 利用SolidWorks進(jìn)行課程設(shè)計

2.1 傳統(tǒng)課程設(shè)計存在的問題

課程設(shè)計是用于初步培養(yǎng)學(xué)生機械設(shè)計能力的實踐性較強的一個教學(xué)環(huán)節(jié)，目前大多數(shù)學(xué)校都是讓學(xué)生在規(guī)定時間內(nèi)完成減速箱的設(shè)計。傳統(tǒng)教學(xué)模式是讓學(xué)生手工繪制減速箱的裝配圖和軸、齒輪的零件圖。由于缺乏實踐經(jīng)驗，學(xué)生在設(shè)計計算階段和繪圖階段往往依樣畫葫蘆，應(yīng)付老師的檢查，根本沒有領(lǐng)會到設(shè)計的各種要領(lǐng)。課程設(shè)計在進(jìn)行過程中要求學(xué)生遵循“三邊”原則，即：邊計算、邊繪圖、邊修改。這三個過程往往相輔相成，相互貫穿整個設(shè)計過程。采用手工繪圖，如果繪圖過程發(fā)現(xiàn)計算有誤則需要修改或擦掉重畫，導(dǎo)致大量時間用于繪圖，這樣就和機械制圖的內(nèi)容形成重復(fù)，使學(xué)生沒有時間進(jìn)行機械設(shè)計上的深入思考，所以也沒有起到培養(yǎng)學(xué)生機械設(shè)計能力的作用。

2.2 SolidWorks在課程設(shè)計中的應(yīng)用

改變傳統(tǒng)手工繪圖的模式，老師可以讓學(xué)生使用SolidWorks三維設(shè)計軟件完成減速箱的設(shè)計。首先在零件模式下對軸、箱體、軸承蓋等非標(biāo)零件進(jìn)行模型建立，利用Toolbox工具箱直接生成齒輪、軸承、螺栓、螺釘、鍵等常用零部件。減速箱所有零部件都繪制完成后，再在裝配體模式下將各零部件進(jìn)行虛擬裝配，裝配過程中可以直觀的發(fā)現(xiàn)設(shè)計計算的各種數(shù)據(jù)是否有錯、各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理、各零部件的安裝是否固定，利用干涉檢查功能還能對整個裝配體進(jìn)行干涉檢查，找出設(shè)計有錯的地方，然后直接修改相應(yīng)的零部件尺寸即可。最后在工程圖模塊下完成二維工程圖，SolidWorks采用投影的方式將三維模型直接投影成二維圖形，并且三維模型和二維工程圖具有關(guān)聯(lián)性，二維工程圖會隨著三維模型的修改而修改，從而保證三維模型和二維工程圖始終一致。利用SolidWorks進(jìn)行課程設(shè)計，學(xué)生可以避免將大量時間用于繪制圖紙和修改圖紙上，能夠?qū)⒅攸c放在設(shè)計上，充分考慮設(shè)計流程、設(shè)計方法和設(shè)計要點，從而提高設(shè)計效率，提高學(xué)生的機械設(shè)計能力，達(dá)到課程設(shè)計的根本目的。

3 利用SolidWorks提高學(xué)生能力

隨著機械CAD和三維設(shè)計軟件的大力推廣，不管是大企業(yè)還是小廠家，在機械產(chǎn)品設(shè)計上都不再采用傳統(tǒng)的設(shè)計模式，學(xué)生要想在以后能夠勝任自己的工作，就應(yīng)該在學(xué)校上學(xué)期間盡量提高自己的各種能力。將SolidWorks三維設(shè)計軟件引入課堂教學(xué)，讓學(xué)生初步接觸三維設(shè)計軟件，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)課程和軟件的興趣，然后在興趣的驅(qū)動下去學(xué)習(xí)三維設(shè)計軟件，提高自學(xué)能力和軟件學(xué)習(xí)能力。將SolidWorks三維設(shè)計軟件引入課程設(shè)計，經(jīng)過課程設(shè)計的實踐練習(xí)，讓學(xué)生完整了解機械產(chǎn)品設(shè)計過程，提高學(xué)生的機械設(shè)計能力。隨著不斷地練習(xí)，學(xué)生還可以將SolidWorks三維設(shè)計軟件用于課外創(chuàng)新設(shè)計、機械創(chuàng)新設(shè)計大賽和畢業(yè)設(shè)計中，提高自己的創(chuàng)新設(shè)計能力。

4結(jié)束語

SolidWorks三維設(shè)計軟件在機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用，能夠提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，降低教學(xué)難度，提高教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的機械創(chuàng)新設(shè)計能力，對于機械設(shè)計基礎(chǔ)教學(xué)改革和培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計人才具有十分重要的作用。

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