師平 白亞瓊

摘要：針對高職《機械設計基礎》凸輪機構中采用“反轉法” 進行凸輪設計教學中，學生難以理解、 學習興趣不高且效果差的狀況，提出以 CATIA 草繪工具為手段，以對心移動尖頂從動件為例，使凸輪機構 “運動” 起來的教與學的方法，該方法不僅可提高學生學習興趣，更可激發(fā)創(chuàng)新意識，提高創(chuàng)新精神。

關鍵詞： 機械設計;運動;反轉法;機構

0? 引言

機械設計基礎是以通用機構、傳動方式和通用零件為基礎研究和學習對象的課程。因此，學生對凸輪廓線的理解和掌握，直接決定了本課程及后續(xù)相關課程的質量。高職院校學生對凸輪輪廓曲線設計與分析的恐懼在于，他們不知道如何在圖形上用“逆向”來表達機構的運動。也就是說，學生用“逆”來表達頭腦中的二維輪廓曲線，這就是短板。學生設計的難點在于，他們頭腦中存在著各種各樣的凸輪輪廓曲線，“運動”形式不能準確地表達凸輪輪廓曲線的“運動”形式。雖然我們有些老師用flash動畫、視頻等多媒體手段展示自己的動畫過程，在一定程度上提高了學生自主學習的積極性，但這些方法并沒有從本質上改善機械原理教學中難以理解的內(nèi)容，而過去學生難以消化和接受的內(nèi)容，現(xiàn)在仍然難以理解。在學習過程中，學生不會使用其他計算機輔助軟件來學習機械原理的“運動”，也沒有辦法談創(chuàng)新設計。

因此，本文提出了基于CATIA的二維素描設計，利用它將思想以運動的形式快速生動地表達在頭腦中，使教師的教學或學生的學習都能得到直觀的輔助理解效果，進而培養(yǎng)學生機械系統(tǒng)方案創(chuàng)新設計的思維方式和方法，以及機械系統(tǒng)方案的綜合設計能力、創(chuàng)新設計能力和工程實踐能力。

1? 凸輪輪廓曲線“運動”的實現(xiàn)條件

本文將 CATIA 草繪運動仿真功能技術引入機械原理課程教學中，能真正實現(xiàn)凸輪輪廓曲線在“反轉”中 “運動” 功能。下面以一對心移動尖頂從動件盤形凸輪機構為例，已知凸輪的基圓半徑rb=15mm，當凸輪逆時針等速轉動時，從動件的運動規(guī)律見表1。采用“反轉法”進行凸輪設計，首先打開CATIA的草圖設計模塊，在任意位置繪制出基圓半徑rb=15mm的圓;然后在基圓上按照0-90度、90-150度、150-240度、240-360度四個部分劃分;且0-90度均勻劃分為3等分，150-240度均勻劃分為6等分。按照從動件運動規(guī)律打開CATIA草圖編輯器模塊的直線、畫弧、畫圓、樣條曲線等指令繪制出凸輪輪廓曲線如圖1所示。

2? 對約束應用動畫實踐。

要讓凸輪輪廓曲線“運動”起來，先打開CATIA的幾何約束功能分別對尖頂從動件約束，凸輪輪廓曲線的15度、30度、60度、90度、120度等各角度約束，同時要設定凸輪圍繞圓心約束。而后選取其中凸輪輪廓曲線30度夾角→對約束應用動畫 ，讓凸輪輪廓曲線圍繞凸輪圓心逆時針旋轉角度，就可以得到旋轉任意角度時，凸輪輪廓曲線與從動件的位置。通過合理設計即可得到凸輪輪廓曲線運動仿真動畫，如圖2、3、4、5所示。從圖2可知，凸輪圍繞基圓圓心逆時針旋轉到90度時的位置，也動態(tài)的看到凸輪向徑與從動件位移的變化，凸輪的向徑由最小變?yōu)樽畲?，從動件由最低位置被推到最高位置，清楚的看到凸輪的整個推程。以此類推我們可以從圖3、4、5可知，凸輪圍繞基圓圓心逆時針旋轉到150度、240度、360度的位置，動態(tài)看清凸輪的遠休止、回程、近休止的整個過程。由此可知通過 CATIA 的草繪功能把書中靜止的凸輪“運動”起來，實現(xiàn)機構的運動仿真，加深學生對機構運動的理解，更可激發(fā)學生的探知欲望。

3? 結束語

采用CATIA的草圖設計模塊對凸輪輪廓曲線進行運動仿真，讓學生直觀的看到“運動”的凸輪，加深理解了“反轉法”，動態(tài)的觀察到凸輪的推程、遠休止、回程、近休止整個過程，實現(xiàn)了機構設計構思的靜止與運動的統(tǒng)一，突破了傳統(tǒng)設計呆板性，大大提高機械原理的認知水平，有利于培養(yǎng)學生機械創(chuàng)新設計和工程綜合分析能力。

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