三維設計軟件應用于機械設計基礎類課程，提高學生工程設計能力

摘要：針對傳統二維設計中存在的弊病，闡述了在機械設計基礎課程中應用三維設計軟件進行輔助教學的改革方法和探索思路，以培養學生的三維設計能力，提高學生的工程素質。

關鍵詞：三維設計軟件；機械設計基礎；課程改革

淮陰工學院是一所培養應用型人才的普通高等學校，“機械設計制造及其自動化”本科專業被江蘇省教育廳授予“江蘇省品牌專業”，被教育部遴選為“第二批高等學校特色專業建設點”。機械設計基礎類課程包括《工程制圖》、《機械原理》、《機械設計》及其課程設計等，是該專業主要的專業基礎課。本文根據專業人才培養目標和課程的特點，從教學內容、教學方法、教學手段方面進行了探索，引入三維設計軟件在機械設計基礎課程教學中應用，提高學生工程設計能力，培養適應企業需要的應用型人才。

一、機械設計基礎課程傳統教學方法的弊端

機械設計基礎類課程主要研究機械中常用機構和通用零件的工作原理、結構特點、基本設計原理和計算方法，是學習進程上從理論性課程過渡到結合工程實際的設計性課程。本課程在教學方法和教學手段上常利用多媒體、教學模型和掛圖，再輔以教具在黑板上繪制結構圖形。而多數學生沒有太多的工程實踐經驗，且零部件設計都是二維圖設計，多以設計計算為主，因而學生學習感到比較枯燥，設計零部件時缺乏全面考慮，繪制工程圖錯誤較多且自己很難查出問題。

二、機械設計基礎課教學實踐

隨著機械CAD技術的成熟，眾多三維設計軟件廣泛應用于社會各個領域，極大地提高了設計、繪圖的質量與效率。為此，高校的機械設計基礎課程急需進行教學體系改革，建立以三維設計為主線的機械設計模式。

1.整合教學內容，制定教學計劃

要使學生具備較強的三維設計能力，根據本院教學條件和學生情況，必須整合課程的教學內容、修改教學計劃、提高師資質量，建立符合本院實際情況的應用型機械類本科人才的培養體系。在學生接觸機械設計初期引入三維設計的概念，在機械設計基礎課程的教學各環節應用，并在四年學習過程中，不斷地應用，提高學生的工程設計能力。三維設計能力培養體系如圖1所示。

2.三維設計軟件應用于教學

機械設計基礎類課程大多在低年級開設，學生剛接觸機械專業知識，缺乏實踐經驗，對實際生產中的一些零件及結構不太了解，因此對教學內容難以掌握。用SolidWorks軟件進行輔助教學，改變傳統的教學方法和手段，提高學生的學習興趣，提高教學質量。

《工程制圖》課程難點和重點就是正確繪制工程圖，以往教學要用許多學時使學生掌握機件的投影關系，學生要有很強的空間想象力，而用SolidWorks軟件的零件模塊可以方便直觀地進行零件的三維造型，在工程圖模塊中自動生成二維工程圖，并隨三維模型的尺寸變化而變化，這樣能使教學的重點放到工程圖的表達和零件的技術要求標注，提高繪圖質量?！稒C械原理》主要講解各種常用機構，運用SolidWorks軟件的運動仿真功能，可以把各種復雜的機構以三維的形式，通過形象、生動、逼真的動畫演示直觀地展示給學生；利用其參數化設計，將修改自動反映到所有的相關對象。例如講解平面四連桿機構時，利用模型仿真不僅可以驗證所設計的機構是否滿足要求，同時還可以改變相應的參數，或以不同的構件為機架或調用不同長度的連桿進行裝配，讓學生參與設計并對設計結果進行現場演示加以驗證?！稒C械設計》中在講軸的結構設計時，對軸上零件的定位和固定，可預先繪制出各類軸上零件固定件，利用SolidWorks軟件裝配模塊對軸系各個零件進行裝配，演示如何進行齒輪的周向和軸向固定，軸的支承與固定，軸承如何裝配如何調整間隙，各零件之間的相互位置關系、零件的裝拆順序及零件的結構工藝性應注意的問題等，使學生掌握軸結構和軸上零件的固定結構，改變了以往單純的教學方式，在課堂上真正實現教學的互動。

3.三維設計軟件應用于課程設計

齒輪減速器是最常見的一種典型傳動裝置，由許多零件組成，如軸上傳動零件、軸承、聯軸器、軸承蓋和箱體等。機械設計基礎課程的課程設計主要內容是根據減速器的主參數（如輸入功率與轉速、輸出功率與轉速等）對每個零件進行設計、繪圖。首先根據設計數據，利用零件模塊繪制減速器各個零件的三維建模，對于標準件和齒輪，可以利用Solidworks中的插件直接生成。利用裝配模塊對繪制好的零件進行裝配，裝配過程中可以直觀地發現零件的尺寸是否有誤，各部分的結構是否合理，各零件的固定是否準確，裝配好的結構可以進行干涉檢查，發現問題可適時修改零件模型，在裝配結構中重新生成即可。裝配正確的裝配結構可以進行運動仿真，檢查減速器的運動狀況，對重要的零件進行受力分析等等。利用三維軟件設計，有限的在2周時間內，使學生將重點放在減速器的結構設計上，可以較全面地考慮整體結構（包括油溝結構，油杯的選擇等），使設計貼近實際的工程設計，掌握正確的工程設計基本理念，而不是把時間用在繪制圖紙上，從而提高機械設計效率和質量，提高學生的工程設計能力。

三、結 論

通過以三維設計為主線的機械基礎課程教學，使學生初步具有用三維設計軟件設計機械產品的能力。在后續的機械加工等專業課學習中，可以利用三維設計軟件的加工模塊生成NC程序進行模擬或機床加工，可對三維軟件開發產品的全過程有較深刻的了解；在大學生課外創新設計或畢業設計中可以靈活利用三維設計軟件進行設計，做到大學四年不間斷，提高學生的工程設計能力，適應企業對人才的需求。

參考文獻：

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