应用SolidWorks软件辅助机械基础课程教学

于海萍

[摘   要]文章主要从四个方面介绍如何应用信息技术软件SolidWorks辅助机械基础课程教学：运用SolidWorks中的二维图绘制功能，运用SolidWorks的全方位观察功能，运用SolidWorks的三维图绘制功能，运用SolidWorks的动画功能（运动算例）。

[关键词]SolidWorks;机械基础;教学

[中图分类号]   G71       [文献标识码]   A        [文章编号]   1674-6058（2020）33-0095-02

机械基础是机械类专业的重要基础课程，以生产实际为依据，以技能培养为主线，主要讲授机械的结构、组成，机械的运动规律，机械的传动知识，需要理论联系实际。而课本的平面图形、传统的教学方式和手段限制了教学效果和教学水平。利用SolidWorks软件，能够更加全面、立体地向学生展示机械基础课程中某些抽象而枯燥的机械机构，有助于提高学生的理解和认识水平，比如利用SolidWorks软件的二维图绘制功能，可以绘制零件简单的机械结构图，特别是对于四杆机构，采用软件绘制运动的线条，有助于学生理解课本中的平面结构图，形成深刻的印象;而利用SolidWorks软件的三维图绘制功能，可以使凸轮机构、齿轮机构、链轮机构等机构的运动更加生動形象具体，产生良好的视觉效果，便于学生更深入地理解机构的组成，分辨机构的运动特点，掌握机构的运动方式。本文探讨如何应用SolidWorks软件辅助机械基础课程教学，从而推动机械基础课程的教学改革。

SolidWorks软件是美国一家公司研发的三维设计软件，相比传统的AutoCAD、UG等软件而言有更强大的建模能力、更高效的装配能力、更精确的有限元分析，该软件以优异的性能，大大提高了机械工程师的设计效率。正是基于SolidWorks软件的这些特点，我们将它作为辅助教学的工具软件。那么，在教学中如何应用这个软件呢？文章结合《机械基础》教材，讲解SolidWorks软件在教学中的应用，主要从二维图的绘制、全方位观察、三维零件的设计和装配、动画功能（运动算例）等四个方面进行讲解。

一、二维图绘制功能的应用

机械基础课本中更多的是平面图，比如四杆机构图，若教师采用过于立体的图形，学生比较难与课本上的图形联系起来，这时可以利用SolidWorks绘制可以运动的平面结构简图，这对于学生理解机械结构有很大的帮助。同时学生对于四杆机构的运动特性、急回特性以及死点位置等知识点，由于缺乏实际的运动仿真，在理解方面会有很大的难度，这时可利用曲柄摇杆机构的动画演示，帮助学生理解，激发学生的兴趣。

主要步骤如下：利用SolidWorks软件中的草图绘制功能，绘制二维图形，编辑尺寸和约束。比如绘制曲柄摇杆机构（如图1），第一步按照图形绘制出结构图，将曲柄、摇杆、连杆以及机架绘制在同一个草图之中。第二步，将绘制的图形进行定形尺寸的编辑，比如图中的曲柄的长度、连杆的长度、摇杆的长度、机架的长度。第三步，进行约束的编辑，比如图1中机架部分的固定约束，曲柄的两个端点分别与机架和连杆端点固定。通常绘制出的机构，还剩下一个约束。最后将尺寸和约束进行隐藏，这时就完成了四杆机构的平面运动简图的绘制。用鼠标拖动主动件，实现主动件的运动，从动件在约束以及主动件的带动下，也按照一定的曲线轨迹进行运动。学生观看这种运动简图，对于机构的运动特性，理解得会更加透彻。

二、全方位观察功能的应用

在课本的图片中，只能观测到一个方位的固定图形，包括PPT课件，也很难将全方位的图形以及机器内部结构展现给学生，学生无法了解机器的结构。采用SolidWorks软件中的视图定位，可以选择前后视图、左右视图、上下视图、等轴测视图，以及让图形跟随鼠标转动，可以让学生观察到图形整体的外部结构，帮助学生构建空间图形，从不同视角观察图形，加深对复杂结构的认识。比如讲解联轴器、螺栓等机械机构时，采用SolidWorks软件，可以从各个方面展示机构的结构，说明结构的原理以及特点。

我们在上课的过程中，会涉及内燃机、减速机等包含壳体的机器，这时学生需要掌握机器的内部结构，而这些机器的内部结构过于复杂，由多种机构组合而成，一节课可能只学习其中一个机构，那么其他机构对于学生的学习会形成干扰。这时我们可以采用SolidWorks软件的透视功能，将壳体与多余机构设置成透明或者将其隐藏，从而展示图形的内部机构或者本节课要学习的重要内部结构。比如内燃机机构当中，包含曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮机构等等，当我们学习曲柄滑块机构的时候，可以将壳体与其他机构全部隐藏，或者设置成透明;同理，学习凸轮机构的时候，又需要将凸轮机构显示出来，而将曲柄滑块机构隐藏。

三、三维图绘制功能的应用

机械基础课程中，学生需要掌握的结构很多，除了铰链四杆机构，还需要掌握齿轮、凸轮、棘轮、轴承等结构，而课本中的平面图较为抽象，采用传统的教学方法很难展示这些结构的立体图形，学生难以理解相关结构，更难以理解其运动形式以及运动特点，很难取得较好的学习效果。采用SolidWorks软件绘制三维装配体，将课本中的平面图变立体，能够真实形象地反映所学习结构的运动特点和运动特性，学生可以通过立体直观的感知掌握机械基础当中的重点零件。

这种绘制方法，需要将每个零件利用SolidWorks软件中的草图绘制功能进行绘制建模，之后对零件的拉伸、旋转、扫描、抽壳、薄壁或切除等特性进行编辑，编辑完毕后对零件进行保存，再进行第二个零件的相同的绘制并保存。最后将绘制完毕的几个零件进行装配体的组装，组装时注意需要固定的零部件、两个零部件之间的约束，组装完毕后进行运动分析，可以发现零件设计的尺寸是否正确，整个装配体各个零件之间在运动过程中有没有产生干涉。比如曲柄摇杆机构的绘制（如图2）：第一步，将机架与三个运动构件，分别采用草图绘制、拉伸渲染之后进行保存。第二步，建立装配体，将第一步完成的零件图，都插入装配体中。第三步，各个零件之间进行约束。对零件进行约束，是比较难的一部分。将机架进行固定，曲柄与机架端点相对于铰链的同心约束，摇杆与机架相对于铰链的端点的同心约束，连杆两端与曲柄和摇杆的端点的同心约束。最后剩下一个约束，曲柄摇杆机构就可以进行运动了。这时就可以用鼠标拖动主动件，引导学生进行四杆机构的运动分析，进行四杆机构的急回特性和死点位置的运动特性的学习。学生通过观看立体实物的运动图形，更容易掌握构件中各零件的组成、零件之间的约束关系、整个构件的运动方式以及运动特点，对于机械结构运动特性的理解更加透彻。

四、动画功能（运动算例）的应用

动画演示形象直观，能直接表达出文字表达不易于学生理解的内容，比如四杆机构当中，曲柄摇杆机构、双曲柄机构和双摇杆机构的不同，以及曲柄摇杆机构当中的死点位置。可以利用SolidWorks软件中的运动仿真功能进行运动算例，制作一些简单的机构运动动画和视频，促进学生理解（如图3）。

SolidWorks软件中的运动模拟，有三个方面的内容：一是装配体运动，装配体完成之后，根据主动件的选择，添加马达，主动件就会作连续转动，或连续移动，从动件在主动件的带动下也作来回摆动;二是物理模拟，在中职机械基础教学中应用比较少;三是运用Cosmos Motion进行干涉分析并跟踪零件的运动轨迹，防止尺寸设计不合理。通过动画演示各种机构的运动，对于学生理解机械基础这门课中的机械结构，有很大的帮助。

总之，SolidWorks软件作为辅助教学工具运用于机械基础这门课程，弥补了传统教学抽象、难以理解等的不足，使学生更加直观地学习这门课程，特别是学习四杆机构、凸轮机构、棘轮机构、槽轮机构、带传动、链传动、齿轮传动等构件的组成和特点，并将运动特性和运动过程简单明了地呈现给学生，提高学生的学习兴趣和空间想象能力，从而取得良好的教学效果。

[   参   考   文   献   ]

赵瑜，宋雪.Solidworks在高职机械类课程教学中的应用[J].机电技术，2012（3）：174-176.

（责任编辑    周侯辰）