基于SolidWorks的机械设计基础教学探讨

费国胜　杜雨轩　贾永芳

摘 要 文章指出了传统机械设计基础课堂教学和课程设计存在的问题，并对SolidWorks三维设计软件在机械设计基础课程中的应用进行了探讨，认为SolidWorks对于提高本课程的教学质量、学生的学习兴趣、学生的三维设计能力和创新能力具有十分重要的作用。

关键词 SolidWorks 机械设计 教学探讨

中图分类号：G424 文献标识码：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

“机械设计基础”在所有高等学校中都是工科专业中非常重要的一门专业技术基础课。通过这门课程的学习，学生不仅能够掌握机械设计理论知识，也能够初步掌握一些机械设计实践知识，同时也是从基础课向专业课过渡的一个重要转折点，在工科专业的教学中具有承上启下的作用。

SolidWorks是一款基于Windows桌面开发的三维设计软件，其界面友好，易学易用。它功能十分强大，具备三维设计建模、二维工程图、运动仿真、动画、有限元分析等各種功能模块。随着机械CAD和三维设计软件的不断发展，将SolidWorks三维设计软件用于机械设计基础的辅助教学，对于提高本课程的教学质量、学生的学习兴趣和学生的三维设计能力具有十分重要的作用。

1 利用SolidWorks进行课堂教学

1.1 传统课堂教学存在的问题

机械设计基础涉及机械中通用零部件和常用机构的工作原理、结构特点和设计计算方法等。传统机械设计基础的课堂教学多采用挂图、模型和多媒体进行，由于该课程具有概念原理抽象、常用机构和通用零部件繁杂众多等特点，并且这些知识比较零散，理解和记忆比较困难，学生对这些从没见过的事物往往不容易理解掌握，造成学生缺乏学习兴趣和动力，因此教学效果不是太好。比如在讲螺栓、螺母、键、销、轴承等标准件时，老师通常对着二维图形或者国家标准规定的符号给学生讲解它们的类型、特点、使用注意事项等，学生缺乏直观的感受和空间想象能力，课堂上听得迷迷糊糊，课后很快就忘记，理论上的知识掌握都不透彻，更不用说在实践中进行应用了。在讲常用机构时，老师在课堂上不能形象地展示各种机构的运动过程。在进行机构设计时，不能使设计的机构产生运动来验证设计是否正确，从而打击了学生创新设计的积极性，阻碍了学生机械创新能力的培养。

1.2 Toolbox工具箱在教学中的应用

SolidWorks三维设计软件自带的Toolbox工具箱，里面集成了各种标准件和通用零部件，比如螺栓、螺母、垫圈、键、销、齿轮、带轮、轴承等。老师在讲解这些零部件的相关知识时，可以使用Toolbox工具箱生成相应的零部件，通过任意旋转、缩放、隐藏、透明、剖切三维模型，使学生直观了解这些零部件的结构。生成零部件时需要输入一些必要的参数，模型建立后还可以改变这些参数，使学生了解不同参数驱动下模型的区别，从而学会在实际设计时如何正确选择使用这些零部件。

1.3 动画仿真功能在教学中的应用

SolidWorks动画仿真功能可以很方便地生成机械产品演示动画。在讲常用机构的时候，可以利用SolidWorks的动画仿真功能，让机构做仿真运动，使学生能够直观地看到各种机构的运动过程。在学习平面四杆机构的类型时，可以随意改变各个连杆的长度，让学生先用理论知识判断出机构类型，再用SolidWorks运动仿真验证自己的判断是否正确。老师也可以让学生自己设计一些机构，并用动画仿真功能验证所设计的机构能否达到预期的运动效果，然后不断改进，逐渐提高自己的创新设计能力。

1.4 虚拟装配和爆炸图在教学中的应用

在讲轴的结构设计时，由于轴的结构设计要综合考虑各方面要求，比如轴上零件的定位和固定、轴的加工和装配工艺性、轴的强度和受力要求、各段直径和长度的确定等，学生对着这些条款要点往往不能直观理解。老师可以预先生成各种轴系零件，课堂上利用SolidWorks虚拟装配功能进行装配，一边装配一边向学生讲解轴的各部分设计要点，各轴系零件是如何进行轴向和周向固定的，键槽、螺纹退刀槽、砂轮越程槽等设计要求。装配完成后还可以制作爆炸图和动画，来展示各轴系零件以及装配过程，让学生更加清晰的了解轴地机构设计和各轴系零件的装配关系。

2 利用SolidWorks进行课程设计

2.1 传统课程设计存在的问题

课程设计是用于初步培养学生机械设计能力的实践性较强的一个教学环节，目前大多数学校都是让学生在规定时间内完成减速箱的设计。传统教学模式是让学生手工绘制减速箱的装配图和轴、齿轮的零件图。由于缺乏实践经验，学生在设计计算阶段和绘图阶段往往依样画葫芦，应付老师的检查，根本没有领会到设计的各种要领。课程设计在进行过程中要求学生遵循“三边”原则，即：边计算、边绘图、边修改。这三个过程往往相辅相成，相互贯穿整个设计过程。采用手工绘图，如果绘图过程发现计算有误则需要修改或擦掉重画，导致大量时间用于绘图，这样就和机械制图的内容形成重复，使学生没有时间进行机械设计上的深入思考，所以也没有起到培养学生机械设计能力的作用。

2.2 SolidWorks在课程设计中的应用

改变传统手工绘图的模式，老师可以让学生使用SolidWorks三维设计软件完成减速箱的设计。首先在零件模式下对轴、箱体、轴承盖等非标零件进行模型建立，利用Toolbox工具箱直接生成齿轮、轴承、螺栓、螺钉、键等常用零部件。减速箱所有零部件都绘制完成后，再在装配体模式下将各零部件进行虚拟装配，装配过程中可以直观的发现设计计算的各种数据是否有错、各部分的结构设计是否合理、各零部件的安装是否固定，利用干涉检查功能还能对整个装配体进行干涉检查，找出设计有错的地方，然后直接修改相应的零部件尺寸即可。最后在工程图模块下完成二维工程图，SolidWorks采用投影的方式将三维模型直接投影成二维图形，并且三维模型和二维工程图具有关联性，二维工程图会随着三维模型的修改而修改，从而保证三维模型和二维工程图始终一致。利用SolidWorks进行课程設计，学生可以避免将大量时间用于绘制图纸和修改图纸上，能够将重点放在设计上，充分考虑设计流程、设计方法和设计要点，从而提高设计效率，提高学生的机械设计能力，达到课程设计的根本目的。

3 利用SolidWorks提高学生能力

随着机械CAD和三维设计软件的大力推广，不管是大企业还是小厂家，在机械产品设计上都不再采用传统的设计模式，学生要想在以后能够胜任自己的工作，就应该在学校上学期间尽量提高自己的各种能力。将SolidWorks三维设计软件引入课堂教学，让学生初步接触三维设计软件，能够激发学生学习课程和软件的兴趣，然后在兴趣的驱动下去学习三维设计软件，提高自学能力和软件学习能力。将SolidWorks三维设计软件引入课程设计，经过课程设计的实践练习，让学生完整了解机械产品设计过程，提高学生的机械设计能力。随着不断地练习，学生还可以将SolidWorks三维设计软件用于课外创新设计、机械创新设计大赛和毕业设计中，提高自己的创新设计能力。

4结束语

SolidWorks三维设计软件在机械设计基础教学中的应用，能够提高学生学习的兴趣，降低教学难度，提高教学质量，提高学生的机械创新设计能力，对于机械设计基础教学改革和培养创新设计人才具有十分重要的作用。

参考文献

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