基于SolidWorks的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)探討

費(fèi)國勝　杜雨軒　賈永芳

摘 要 文章指出了傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課堂教學(xué)和課程設(shè)計(jì)存在的問題，并對SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)能力和創(chuàng)新能力具有十分重要的作用。

關(guān)鍵詞 SolidWorks 機(jī)械設(shè)計(jì) 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(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)理論知識，也能夠初步掌握一些機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)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(diǎn)，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(jì)軟件，其界面友好，易學(xué)易用。它功能十分強(qiáng)大，具備三維設(shè)計(jì)建模、二維工程圖、運(yùn)動仿真、動畫、有限元分析等各種功能模塊。隨著機(jī)械CAD和三維設(shè)計(jì)軟件的不斷發(fā)展，將SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件用于機(jī)械設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)涉及機(jī)械中通用零部件和常用機(jī)構(gòu)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)計(jì)算方法等。傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu)和通用零部件繁雜眾多等特點(diǎn)，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(diǎn)、使用注意事項(xiàng)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(shí)踐中進(jìn)行應(yīng)用了。在講常用機(jī)構(gòu)時，老師在課堂上不能形象地展示各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程。在進(jìn)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時，不能使設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)產(chǎn)生運(yùn)動來驗(yàn)證設(shè)計(jì)是否正確，從而打擊了學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)的積極性，阻礙了學(xué)生機(jī)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(jì)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(shí)際設(shè)計(jì)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(jī)械產(chǎn)品演示動畫。在講常用機(jī)構(gòu)的時候，可以利用SolidWorks的動畫仿真功能，讓機(jī)構(gòu)做仿真運(yùn)動，使學(xué)生能夠直觀地看到各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動過程。在學(xué)習(xí)平面四桿機(jī)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(jī)構(gòu)類型，再用SolidWorks運(yùn)動仿真驗(yàn)證自己的判斷是否正確。老師也可以讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)一些機(jī)構(gòu)，并用動畫仿真功能驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)能否達(dá)到預(yù)期的運(yùn)動效果，然后不斷改進(jìn)，逐漸提高自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)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(jì)時，由于軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(qiáng)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(diǎn)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(jì)要點(diǎn)，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(jì)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(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)和各軸系零件的裝配關(guān)系。

2 利用SolidWorks進(jìn)行課程設(shè)計(jì)

2.1 傳統(tǒng)課程設(shè)計(jì)存在的問題

課程設(shè)計(jì)是用于初步培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力的實(shí)踐性較強(qiáng)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(jì)。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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生在設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)的各種要領(lǐng)。課程設(shè)計(jì)在進(jìn)行過程中要求學(xué)生遵循“三邊”原則，即：邊計(jì)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(jì)過程。采用手工繪圖，如果繪圖過程發(fā)現(xiàn)計(jì)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(jī)械制圖的內(nèi)容形成重復(fù)，使學(xué)生沒有時間進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)上的深入思考，所以也沒有起到培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)能力的作用。

2.2 SolidWorks在課程設(shè)計(jì)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(jì)軟件完成減速箱的設(shè)計(jì)。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(jì)計(jì)算的各種數(shù)據(jù)是否有錯、各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)，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(diǎn)放在設(shè)計(jì)上，充分考慮設(shè)計(jì)流程、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)要點(diǎn)，從而提高設(shè)計(jì)效率，提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力，達(dá)到課程設(shè)計(jì)的根本目的。

3 利用SolidWorks提高學(xué)生能力

隨著機(jī)械CAD和三維設(shè)計(jì)軟件的大力推廣，不管是大企業(yè)還是小廠家，在機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)上都不再采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)軟件引入課堂教學(xué)，讓學(xué)生初步接觸三維設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)軟件引入課程設(shè)計(jì)，經(jīng)過課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐練習(xí)，讓學(xué)生完整了解機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程，提高學(xué)生的機(jī)械設(shè)計(jì)能力。隨著不斷地練習(xí)，學(xué)生還可以將SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件用于課外創(chuàng)新設(shè)計(jì)、機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽和畢業(yè)設(shè)計(jì)中，提高自己的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力。

4結(jié)束語

SolidWorks三維設(shè)計(jì)軟件在機(jī)械設(shè)計(jì)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(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，對于機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)改革和培養(yǎng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)人才具有十分重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 何秋梅.Pro/E軟件在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程教學(xué)與課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2013（2）：198-200.

[2] 王亮.SolidWorks在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用與探索[J].甘肅科技，2015（10）：44-46.

[3] 徐福紅，雒曉兵，徐福英，等.Solidworks在機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)中的應(yīng)用[J].河南科技，2014（2）：265-266.

[4] 顧艷紅，劉占民，張建軍，等.基于SolidWorks的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的改革與實(shí)踐[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2015（1）：74-76.

[5] 林躦.三維設(shè)計(jì)軟件在《機(jī)械設(shè)計(jì)》課程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].科技信息：科學(xué)·教研，2008（18）：343.