本站原创摘 要：针对传统二维设计中存在的弊病,阐述了在机械设计基础课程中应用三维设计软件进行辅助教学的改革方法和探索思路,以培养学生的三维设计能力,提高学生的工程素质.
关 键 词：三维设计软件；机械设计基础；课程改革
淮阴工学院是一所培养应用型人才的普通高等学校,“机械设计制造及其自动化”本科专业被江苏省教育厅授予“江苏省品牌专业”,被教育部遴选为“第二批高等学校特色专业建设点”.机械设计基础类课程包括《工程制图》、《机械原理》、《机械设计》及其课程设计等,是该专业主要的专业基础课.本文根据专业人才培养目标和课程的特点,从教学内容、教学方法、教学手段方面进行了探索,引入三维设计软件在机械设计基础课程教学中应用,提高学生工程设计能力,培养适应企业需要的应用型人才.
一、机械设计基础课程传统教学方法的弊端
机械设计基础类课程主要研究机械中常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、基本设计原理和计算方法,是学习进程上从理论性课程过渡到结合工程实际的设计性课程.本课程在教学方法和教学手段上常利用多媒体、教学模型和挂图,再辅以教具在黑板上绘制结构图形.而多数学生没有太多的工程实践经验,且零部件设计都是二维图设计,多以设计计算为主,因而学生学习感到比较枯燥,设计零部件时缺乏全面考虑,绘制工程图错误较多且自己很难查出问题.
二、机械设计基础课教学实践
随着机械CAD技术的成熟,众多三维设计软件广泛应用于社会各个领域,极大地提高了设计、绘图的质量与效率.为此,高校的机械设计基础课程急需进行教学体系改革,建立以三维设计为主线的机械设计模式.
1.整合教学内容,制定教学计划
要使学生具备较强的三维设计能力,根据本院教学条件和学生情况,必须整合课程的教学内容、修改教学计划、提高师资质量,建立符合本院实际情况的应用型机械类本科人才的培养体系.在学生接触机械设计初期引入三维设计的概念,在机械设计基础课程的教学各环节应用,并在四年学习过程中,不断地应用,提高学生的工程设计能力.三维设计能力培养体系如图1所示.
2.三维设计软件应用于教学
机械设计基础类课程大多在低年级开设,学生刚接触机械专业知识,缺乏实践经验,对实际生产中的一些零件及结构不太了解,因此对教学内容难以掌握.用SolidWorks软件进行辅助教学,改变传统的教学方法和手段,提高学生的学习兴趣,提高教学质量.
《工程制图》课程难点和重点就是正确绘制工程图,以往教学要用许多学时使学生掌握机件的投影关系,学生要有很强的空间想象力,而用SolidWorks软件的零件模块可以方便直观地进行零件的三维造型,在工程图模块中自动生成二维工程图,并随三维模型的尺寸变化而变化,这样能使教学的重点放到工程图的表达和零件的技术要求标注,提高绘图质量.《机械原理》主要讲解各种常用机构,运用SolidWorks软件的运动仿真功能,可以把各种复杂的机构以三维的形式,通过形象、生动、逼真的动画演示直观地展示给学生；利用其参数化设计,将修改自动反映到所有的相关对象.例如讲解平面四连杆机构时,利用模型仿真不仅可以验证所设计的机构是否满足要求,同时还可以改变相应的参数,或以不同的构件为机架或调用不同长度的连杆进行装配,让学生参与设计并对设计结果进行现场演示加以验证.《机械设计》中在讲轴的结构设计时,对轴上零件的定位和固定,可预先绘制出各类轴上零件固定件,利用SolidWorks软件装配模块对轴系各个零件进行装配,演示如何进行齿轮的周向和轴向固定,轴的支承与固定,轴承如何装配如何调整间隙,各零件之间的相互位置关系、零件的装拆顺序及零件的结构工艺性应注意的问题等,使学生掌握轴结构和轴上零件的固定结构,改变了以往单纯的教学方式,在课堂上真正实现教学的互动.
3.三维设计软件应用于课程设计
齿轮减速器是最常见的一种典型传动装置,由许多零件组成,如轴上传动零件、轴承、联轴器、轴承盖和箱体等.机械设计基础课程的课程设计主要内容是根据减速器的主参数（如输入功率与转速、输出功率与转速等）对每个零件进行设计、绘图.首先根据设计数据,利用零件模块绘制减速器各个零件的三维建模,对于标准件和齿轮,可以利用Solidworks中的插件直接生成.利用装配模块对绘制好的零件进行装配,装配过程中可以直观地发现零件的尺寸是否有误,各部分的结构是否合理,各零件的固定是否准确,装配好的结构可以进行干涉检查,发现问题可适时修改零件模型,在装配结构中重新生成即可.装配正确的装配结构可以进行运动仿真,检查减速器的运动状况,对重要的零件进行受力分析等等.利用三维软件设计,有限的在2周时间内,使学生将重点放在减速器的结构设计上,可以较全面地考虑整体结构（包括油沟结构,油杯的选择等）,使设计贴近实际的工程设计,掌握正确的工程设计基本理念,而不是把时间用在绘制图纸上,从而提高机械设计效率和质量,提高学生的工程设计能力.
三、结论
通过以三维设计为主线的机械基础课程教学,使学生初步具有用三维设计软件设计机械产品的能力.在后续的机械加工等专业课学习中,可以利用三维设计软件的加工模块生成NC程序进行模拟或机床加工,可对三维软件开发产品的全过程有较深刻的了解；在大学生课外创新设计或毕业设计中可以灵活利用三维设计软件进行设计,做到大学四年不间断,提高学生的工程设计能力,适应企业对人才的需求.