利用SolidWorks提高機(jī)械設(shè)計(jì)教學(xué)質(zhì)量

國(guó)秀麗 吳貴軍

摘要：介紹了利用SolidWorks建立機(jī)械設(shè)計(jì)中的零件三維模型，動(dòng)態(tài)模擬了減速器的裝配過(guò)程，利用Edrawings插件將模型轉(zhuǎn)換為電子文檔，利用Cosmosmotion插件對(duì)萬(wàn)向聯(lián)軸器進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真，可以很大程度地提高教學(xué)質(zhì)量。

Abstract: This paper introduces through the use of SolidWorks to establish the mechanical parts in the design of 3 d model, the dynamic simulation of the reducer assembly process, and make the use of Edrawings plug-in model to transform into electronic document. We can see that through the use of Cosmosmotion plugin to simulate the movement to the universal shaft coupling can greatly improve the quality of teaching.

關(guān)鍵詞：SolidWorks；機(jī)械設(shè)計(jì)；虛擬裝配；運(yùn)動(dòng)仿真

Key Words: SolidWorks; mechanical design; virtual assembly; movement simulation

1.概述

機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械類學(xué)生一門非常重要的專業(yè)課，它具有很強(qiáng)的工程性、實(shí)踐性和應(yīng)用性，學(xué)生要學(xué)習(xí)機(jī)械零件的設(shè)計(jì)步驟、零件的壽命、強(qiáng)度等，很多學(xué)生沒(méi)有接觸過(guò)實(shí)際的零件，利用傳統(tǒng)的教學(xué)方法很難想象出零件的空間結(jié)構(gòu)，理解起來(lái)有很大的難度，如果采用零件模型，具有直觀性，可以增強(qiáng)感性認(rèn)識(shí)，但是實(shí)物模型成本較高，模型的修改、存放、攜帶也會(huì)比較困難。三維計(jì)算機(jī)軟件快速的發(fā)展就很好的解決的這些問(wèn)題，可以方便的建立零件的三維模型，演示零部件間的裝配關(guān)系和裝配順序，進(jìn)行機(jī)構(gòu)或設(shè)備的運(yùn)動(dòng)仿真，輸出各個(gè)零件的受力和速度變化等情況。

2.SolidWorks簡(jiǎn)介

SolidWorks是由美國(guó)SolidWorks公司開發(fā)的一款三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，是在總結(jié)和繼承了多種大型CAD軟件基礎(chǔ)上，采用用戶熟悉的Windos圖形界面，易學(xué)易用，功能強(qiáng)大,集零件設(shè)計(jì)、裝配體設(shè)計(jì)和自動(dòng)生成二維工程圖功能于一體。同時(shí)SolidWorks定制了很多插件，可以方便工程設(shè)計(jì)、提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3.利用SolidWorks建立三維實(shí)體模型提高教學(xué)質(zhì)量

機(jī)械設(shè)計(jì)中的大部分零件學(xué)生都沒(méi)有接觸過(guò)，教材中的圖片又是二維平面圖形，沒(méi)有立體感，學(xué)生不易理，采用三維模型可以根據(jù)教學(xué)需要，不斷變換模型角度來(lái)進(jìn)行講解。圖1是用SolidWorks建立的雙列調(diào)心球軸承、梅花形聯(lián)軸器模型，可以很容易地觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖1三維模型

4.利用SolidWorks虛擬裝配技術(shù)提高教學(xué)質(zhì)量

大多數(shù)高校機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)采用的是減速器設(shè)計(jì)，減速器的零件是比較多的，用SolidWorks把零件制做成三維模型，按照實(shí)際生產(chǎn)中的裝配順序，動(dòng)態(tài)模擬減速器的裝配過(guò)程，學(xué)生可以清楚的看到各零部件間的裝配順序和裝配關(guān)系，同時(shí)可以很直觀的講解各零件的安放位置、用途、設(shè)計(jì)中各零件的注意事項(xiàng)等。圖2是減速器的虛擬裝配模型。

圖2 減速器裝配體

5.利用SolidWorks的Edrawings插件提高教學(xué)質(zhì)量

Edrawing是SolidWorks自帶的電子工程圖插件，通過(guò)Edrawing可以把SolidWorks的零件、裝配體和工程圖發(fā)布成電子文檔，教師就可以在任意一個(gè)沒(méi)有安裝SolidWorks軟件的電腦上演示、講解三維模型。Edrawing還可以實(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生進(jìn)行遠(yuǎn)程交互，學(xué)生有不理解的地方，教師、學(xué)生可以在三維模型上添加注釋，用Email進(jìn)行相互交流。如圖3所示。

圖3 齒輪注釋

6.利用SolidWorks的Cosmosmotion運(yùn)動(dòng)仿真提高教學(xué)質(zhì)量

空間運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)零件的速度、角速度也可能在發(fā)生變化，涉及到這些內(nèi)容學(xué)生很難理解，如果把運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，直接輸出運(yùn)動(dòng)件的速度、加速度、幅值等，這樣的變化曲線學(xué)生看起來(lái)很直觀，很容易被學(xué)生理解和接受。

Cosmosmotion是SolidWorks自帶的運(yùn)動(dòng)分析插件，和Solid Works無(wú)縫對(duì)接，直接使用Solid Works 的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和靜力學(xué)進(jìn)行分析和仿真[1]。單萬(wàn)向聯(lián)軸器的輸入、輸出軸存在夾角時(shí)，輸入轉(zhuǎn)速雖然是恒定值，輸出軸轉(zhuǎn)速的變化隨著兩軸的夾角增大而增大，如圖4所示，輸入軸角速度是360°/s，輸出軸的角速度是在318～418°/s之間變化的。若采用雙萬(wàn)向聯(lián)軸器，保證輸入、輸出軸與中間軸的夾角相等，就可以解決這一問(wèn)題，如圖5所示，輸入軸角速度360°/s，中間軸的速度在波動(dòng)，但輸出軸的角速度與輸入軸的角速度是相等的。對(duì)這兩種情況進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，可以加深學(xué)生理解的程度，提高教學(xué)質(zhì)量。

圖4 單萬(wàn)向聯(lián)軸器運(yùn)動(dòng)仿真

圖5 雙萬(wàn)向聯(lián)軸器運(yùn)動(dòng)仿真

7.結(jié)束語(yǔ)

利用SolidWorks可以建立機(jī)械設(shè)計(jì)中的零件三維模型，立體感強(qiáng)，有助于學(xué)生理解和接受，可以動(dòng)態(tài)模擬減速器的裝配過(guò)程，幫助學(xué)生深入了解減速器的基本結(jié)構(gòu)，利用Edrawings插件發(fā)布電子文檔，方便師生交流，利用Cosmosmotion插件對(duì)部件或設(shè)備進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，讓學(xué)生觀察到各零件的速度、加速度、受力等情況。使用SolidWorks的各項(xiàng)功能，可以擺脫傳統(tǒng)二維的、平面的教學(xué)模式，建立三維的、動(dòng)畫的教學(xué)場(chǎng)景，很大程度地提高了教學(xué)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]陳忠維.基于SolidWorks/COSMOSMotion的離散點(diǎn)凸輪輪廓曲線設(shè)計(jì)及后處理[J].機(jī)械，2008，35（6）：52-53.

[2]劉軍.Edrawing在制圖教學(xué)網(wǎng)站中的應(yīng)用研究[J].科技資訊，2006（20）：96.

注：文章內(nèi)所有公式及圖表請(qǐng)以PDF形式查看。