基于UG的機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)的實(shí)踐探索

梁冬青

【摘 要】運(yùn)用UG三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是一項(xiàng)教學(xué)改革。本文以UG軟件進(jìn)行齒輪減速器裝配體和零件的設(shè)計(jì)實(shí)例，闡述了這種方法較于傳統(tǒng)手工繪圖或者AutoCAD繪圖的優(yōu)越性，證明了這項(xiàng)課程設(shè)計(jì)改革的可行性。

【關(guān)鍵詞】機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ);課程設(shè)計(jì);UG

中圖分類號(hào)： TH122-4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）23-0156-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.074

1 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的教學(xué)內(nèi)容及要求

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)是機(jī)械類各專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課，課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)是該課程的一項(xiàng)重要內(nèi)容。大部分高校的課程設(shè)計(jì)內(nèi)容為設(shè)計(jì)齒輪減速器，因?yàn)樵擁?xiàng)目包含了齒輪類、軸類、軸承類、聯(lián)接類以及密封潤(rùn)滑等多個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)任務(wù)，涵蓋了機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程的大部分內(nèi)容，其中每一個(gè)環(huán)節(jié)的選擇都對(duì)其他環(huán)節(jié)有要求和影響，是一項(xiàng)邏輯性強(qiáng)、相當(dāng)繁復(fù)的工程。本課程設(shè)計(jì)實(shí)訓(xùn)相當(dāng)于對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程理論教學(xué)效果進(jìn)行較完整、全面的檢驗(yàn)，也是對(duì)學(xué)生獨(dú)立設(shè)計(jì)常用機(jī)構(gòu)、通用機(jī)械和零件的一次練習(xí)。

傳統(tǒng)的課程設(shè)計(jì)是用手工繪圖或者用二維繪圖軟件AutoCAD進(jìn)行繪圖，存在著修改不方便，效率低等弊病。為此，我們進(jìn)行了課程改革，改為用三維繪圖軟件UG作減速器設(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)實(shí)際的教學(xué)實(shí)踐，證實(shí)此課程設(shè)計(jì)改革的優(yōu)越性、可行性。

2 UG軟件簡(jiǎn)介

UG軟件是用以進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助機(jī)械設(shè)計(jì)、制造的三維繪圖軟件，包含草圖、實(shí)體、曲線、曲面等繪制命令，應(yīng)用到這些命令，可快速實(shí)現(xiàn)建模，設(shè)計(jì)復(fù)雜實(shí)體造型。其 CAD/CAM /CAE功能很強(qiáng)大，被廣泛地運(yùn)用在產(chǎn)品造型、機(jī)械設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、模具設(shè)計(jì)等行業(yè)。

UG軟件還能方便地把三維建模通過(guò)投影關(guān)系轉(zhuǎn)換成二維工程圖，當(dāng)三維圖有結(jié)構(gòu)或者尺寸變化時(shí)，就會(huì)相應(yīng)地自動(dòng)更新二維圖。因此，用UG軟件進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)，可以有效提高設(shè)計(jì)效率，解決課程設(shè)計(jì)內(nèi)容復(fù)雜、課時(shí)少的矛盾。

UG軟件還可方便地進(jìn)行零部件裝配，并進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，較真實(shí)地體現(xiàn)產(chǎn)品裝配過(guò)程。在裝配中，如果零件結(jié)構(gòu)尺寸有錯(cuò)誤，或者零件間發(fā)生位置干涉，都會(huì)有直觀體現(xiàn)。這些功能，可讓學(xué)生比較容易懂得所繪裝置的工作原理、裝配關(guān)系。

3 用UG進(jìn)行課程設(shè)計(jì)的步驟

以設(shè)計(jì)帶式輸送機(jī)傳動(dòng)裝置的一級(jí)直齒圓柱齒輪減速器為例。

（1）計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)。已知帶式輸送機(jī)（即工作機(jī)）卷筒牽引力、帶速、卷筒直徑，以及工作環(huán)境、工作情況，計(jì)算出減速器各軸的功率、轉(zhuǎn)速、傳動(dòng)比等。

（2）根據(jù)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)，設(shè)計(jì)減速器的齒輪傳動(dòng)、高速軸及低速軸結(jié)構(gòu)和尺寸。

（3）用UG畫(huà)出齒輪、軸、箱體等零件的三維造型。圖1是用UG對(duì)低速軸進(jìn)行三維建模的截圖。

（4）用UG建模把零件進(jìn)行裝配，圖2是減速器三維模型的截圖。

在裝配時(shí)，要注意到，剛裝好第一、二個(gè)零件箱體和軸時(shí)，就要把裝配的三維建模通過(guò)投影轉(zhuǎn)為二維工程圖，然后每裝配一個(gè)零件，都切換界面到二維工程圖，檢查裝配是否正確，如有錯(cuò)誤，返回到零件的三維建模去修改形狀、尺寸。把零件修改后，裝配的三維建模和裝二維工程圖也會(huì)同步更新。就這樣一邊裝配，一邊修正錯(cuò)誤，直至裝配完成。圖3為通過(guò)對(duì)三維模型投影獲得的裝配工程圖。

（5）把零件的三維建模投影為二維工程圖，然后對(duì)工程圖進(jìn)行尺寸和技術(shù)要求的標(biāo)注，圖4為低速軸的二維工程圖。

圖1至圖4，體現(xiàn)了用UG設(shè)計(jì)減速器的過(guò)程和步驟，以及部分設(shè)計(jì)成果。

4 教學(xué)效果及優(yōu)缺點(diǎn)分析

機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)是重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，綜合性強(qiáng)，實(shí)踐強(qiáng)性。傳統(tǒng)的做法是用二維CAD軟件繪圖，或者手工繪圖，繪制的視圖沒(méi)有立體感，缺乏與三維實(shí)體的相互聯(lián)系，制圖錯(cuò)誤較多，且很難檢查出錯(cuò)誤并且修正，學(xué)生設(shè)計(jì)感枯燥、困難。

UG功能強(qiáng)大，并配備豐富的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)，比如齒輪建模，只要輸入齒數(shù)、模數(shù)等參數(shù)，即可自動(dòng)完成建模。滾動(dòng)軸承的模型，只需根據(jù)型號(hào)、尺寸，在重用庫(kù)中調(diào)出，無(wú)論造型還是裝配都十分便捷，還可以制作機(jī)構(gòu)運(yùn)行的模擬仿真動(dòng)畫(huà)，體現(xiàn)真實(shí)的裝配和運(yùn)動(dòng)情景。

用UG建模并裝配，相比二維繪圖軟件，比較直觀。比如軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝齒輪、帶輪的軸頭應(yīng)比輪轂的短1～2mm，這些內(nèi)容從二維圖中觀察比較抽象，學(xué)生不容易理解，畫(huà)圖錯(cuò)誤率高。而從三維模型中觀察很直觀，學(xué)生容易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，修正錯(cuò)誤。

用UG建模，邊裝配，邊轉(zhuǎn)為二維工程圖，通過(guò)兩者互轉(zhuǎn)去觀察裝配是否正確，若有錯(cuò)誤，就返回去修改建模，這時(shí)與之有關(guān)聯(lián)的裝配建模就會(huì)自動(dòng)更新，同時(shí)二維工程圖也會(huì)自動(dòng)更新。傳統(tǒng)的手工繪圖或二維軟件繪圖，如果零件錯(cuò)了，或者裝配圖錯(cuò)了，必須分別修改，修改過(guò)程十分繁瑣，工作量很大，也容易出錯(cuò)?？梢?jiàn)，用UG進(jìn)行設(shè)計(jì)，可有效節(jié)約時(shí)間，提高了作圖效率和正確率，調(diào)動(dòng)了學(xué)生設(shè)計(jì)、繪圖的積極性，學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力得到有益的訓(xùn)練，整體設(shè)計(jì)的思維也得到訓(xùn)練。

用UG軟件進(jìn)行課程設(shè)計(jì)，既訓(xùn)練了設(shè)計(jì)計(jì)算的能力，又訓(xùn)練了應(yīng)用三維軟件能力，還訓(xùn)練了工程圖的尺寸標(biāo)注、技術(shù)要求標(biāo)注的能力，可謂一舉多得。

用UG軟件設(shè)計(jì)的不足之處，第一，三維建模轉(zhuǎn)成工程圖，齒輪畫(huà)法不符合機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)問(wèn)題，可以把一些圖線隱藏，再補(bǔ)畫(huà)一些圖線，用這個(gè)方法來(lái)解決。第二，UG的二維圖對(duì)象捕捉功能欠缺，補(bǔ)畫(huà)的圖線和尺寸不精確。因此，如果想把工程圖處理得更符合機(jī)械制圖規(guī)范，可以導(dǎo)出為.dwg圖形格式，然后用AutoCAD軟件進(jìn)行編輯。

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