基于SolidWorks的機械設計基礎教學探討

費國勝　杜雨軒　賈永芳

摘 要 文章指出了傳統機械設計基礎課堂教學和課程設計存在的問題，并對SolidWorks三維設計軟件在機械設計基礎課程中的應用進行了探討，認為SolidWorks對于提高本課程的教學質量、學生的學習興趣、學生的三維設計能力和創新能力具有十分重要的作用。

關鍵詞 SolidWorks 機械設計 教學探討

中圖分類號：G424 文獻標識碼：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

“機械設計基礎”在所有高等學校中都是工科專業中非常重要的一門專業技術基礎課。通過這門課程的學習，學生不僅能夠掌握機械設計理論知識，也能夠初步掌握一些機械設計實踐知識，同時也是從基礎課向專業課過渡的一個重要轉折點，在工科專業的教學中具有承上啟下的作用。

SolidWorks是一款基于Windows桌面開發的三維設計軟件，其界面友好，易學易用。它功能十分強大，具備三維設計建模、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和三維設計軟件的不斷發展，將SolidWorks三維設計軟件用于機械設計基礎的輔助教學，對于提高本課程的教學質量、學生的學習興趣和學生的三維設計能力具有十分重要的作用。

1 利用SolidWorks進行課堂教學

1.1 傳統課堂教學存在的問題

機械設計基礎涉及機械中通用零部件和常用機構的工作原理、結構特點和設計計算方法等。傳統機械設計基礎的課堂教學多采用掛圖、模型和多媒體進行，由于該課程具有概念原理抽象、常用機構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，學生對這些從沒見過的事物往往不容易理解掌握，造成學生缺乏學習興趣和動力，因此教學效果不是太好。比如在講螺栓、螺母、鍵、銷、軸承等標準件時，老師通常對著二維圖形或者國家標準規定的符號給學生講解它們的類型、特點、使用注意事項等，學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行應用了。在講常用機構時，老師在課堂上不能形象地展示各種機構的運動過程。在進行機構設計時，不能使設計的機構產生運動來驗證設計是否正確，從而打擊了學生創新設計的積極性，阻礙了學生機械創新能力的培養。

1.2 Toolbox工具箱在教學中的應用

SolidWorks三維設計軟件自帶的Toolbox工具箱，里面集成了各種標準件和通用零部件，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知識時，可以使用Toolbox工具箱生成相應的零部件，通過任意旋轉、縮放、隱藏、透明、剖切三維模型，使學生直觀了解這些零部件的結構。生成零部件時需要輸入一些必要的參數，模型建立后還可以改變這些參數，使學生了解不同參數驅動下模型的區別，從而學會在實際設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中的應用

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

1.4 虛擬裝配和爆炸圖在教學中的應用

在講軸的結構設計時，由于軸的結構設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，學生對著這些條款要點往往不能直觀理解。老師可以預先生成各種軸系零件，課堂上利用SolidWorks虛擬裝配功能進行裝配，一邊裝配一邊向學生講解軸的各部分設計要點，各軸系零件是如何進行軸向和周向固定的，鍵槽、螺紋退刀槽、砂輪越程槽等設計要求。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，讓學生更加清晰的了解軸地機構設計和各軸系零件的裝配關系。

2 利用SolidWorks進行課程設計

2.1 傳統課程設計存在的問題

課程設計是用于初步培養學生機械設計能力的實踐性較強的一個教學環節，目前大多數學校都是讓學生在規定時間內完成減速箱的設計。傳統教學模式是讓學生手工繪制減速箱的裝配圖和軸、齒輪的零件圖。由于缺乏實踐經驗，學生在設計計算階段和繪圖階段往往依樣畫葫蘆，應付老師的檢查，根本沒有領會到設計的各種要領。課程設計在進行過程中要求學生遵循“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，相互貫穿整個設計過程。采用手工繪圖，如果繪圖過程發現計算有誤則需要修改或擦掉重畫，導致大量時間用于繪圖，這樣就和機械制圖的內容形成重復，使學生沒有時間進行機械設計上的深入思考，所以也沒有起到培養學生機械設計能力的作用。

2.2 SolidWorks在課程設計中的應用

改變傳統手工繪圖的模式，老師可以讓學生使用SolidWorks三維設計軟件完成減速箱的設計。首先在零件模式下對軸、箱體、軸承蓋等非標零件進行模型建立，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行虛擬裝配，裝配過程中可以直觀的發現設計計算的各種數據是否有錯、各部分的結構設計是否合理、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行干涉檢查，找出設計有錯的地方，然后直接修改相應的零部件尺寸即可。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聯性，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進行課程設計，學生可以避免將大量時間用于繪制圖紙和修改圖紙上，能夠將重點放在設計上，充分考慮設計流程、設計方法和設計要點，從而提高設計效率，提高學生的機械設計能力，達到課程設計的根本目的。

3 利用SolidWorks提高學生能力

隨著機械CAD和三維設計軟件的大力推廣，不管是大企業還是小廠家，在機械產品設計上都不再采用傳統的設計模式，學生要想在以后能夠勝任自己的工作，就應該在學校上學期間盡量提高自己的各種能力。將SolidWorks三維設計軟件引入課堂教學，讓學生初步接觸三維設計軟件，能夠激發學生學習課程和軟件的興趣，然后在興趣的驅動下去學習三維設計軟件，提高自學能力和軟件學習能力。將SolidWorks三維設計軟件引入課程設計，經過課程設計的實踐練習，讓學生完整了解機械產品設計過程，提高學生的機械設計能力。隨著不斷地練習，學生還可以將SolidWorks三維設計軟件用于課外創新設計、機械創新設計大賽和畢業設計中，提高自己的創新設計能力。

4結束語

SolidWorks三維設計軟件在機械設計基礎教學中的應用，能夠提高學生學習的興趣，降低教學難度，提高教學質量，提高學生的機械創新設計能力，對于機械設計基礎教學改革和培養創新設計人才具有十分重要的作用。

參考文獻

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