Creo2.0 運動仿真在《機械設計基礎》教學中的應用

喻秀

【摘要】《機械設計基礎》是高等職業技術學校工科專業的一門重要專業基礎課，授課內容涉及到“機械設計”和“機械原理”兩個課程，理論性和專業性比較強，并且教學實驗設備和現場實踐有限，在這種情況下，如何利用現有資源，將課程中所涉及的各方面比較抽象和深奧的知識融會貫通顯得尤為重要。Creo 2.0是原來Proe軟件的升級版，具有較強的實體建模和運動仿真功能，利用Creo2.0軟件將比較抽象的運動機構進行簡化建模并對其運動過程進行動態仿真，這樣既解決了教學實驗設備和現場實踐有限的問題，還可以提高學生的學習積極性，引導學生自行利用建模仿真軟件進行設計和探索，提高學生的整體素質。本文以四桿機構為例介紹利用Creo 2.0 軟件進行機構建模和仿真的過程。

【關鍵詞】Creo2.0 運動仿真；機械設計；四桿機構

【中圖分類號】TH122-4；G642 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2017）32-0277-02

引言

《機械設計基礎》是高等職業技術學校工科專業的一門重要專業基礎課，授課內容涉及到“機械設計”和“機械原理”兩個方面。該課程專業性和理論性比較強，要使學生掌握機械設計、機構運動等方面的基本理論、方法，進而培養學生機械設計及機構運動方案構思的能力。但是結合學情分析，大二學生的專業知識相對匱乏，實踐經驗也較少，要在短時間內接受這么多的內容，會感覺比較困難，也比較枯燥。此外，在現有的教學環境下，教學實驗設備及現場實踐相對匱乏，課時也相對有限，在這種大環境下，如何對傳統教學進行改革，充分利用現有條件和資源，以便在有限的時間內，將課程中所涉及的相對枯燥、抽象和深奧的理論知識融會貫通，提高學生的學習積極性，使學生能夠吸收和掌握相關的知識和原理，并嘗試著自己設計和創新，是機械設計基礎教學中值得深思的問題。

一、目前教學存在的問題

傳統《機械設計基礎》的教學中主要存在以下幾個問題：

（1）理論和專業性強，內容枯燥，學生的學習主動性調動不起來。傳統的板書教學相對單調、枯燥、不便理解；教科書中主要以產品圖片、二維圖紙和大量文字的形式介紹機構原理，一方面看起來比較枯燥，另一方面也不便于吸收和理解，導致學生的學習積極性比較差。

（2）傳統教學因為教學資源的局限性，導致學生的動手實踐機會比較少，學習效果不夠好。機械設計基礎涉及到大量基本結構的設計原理和機構的運動原理，目前只是單純的學習理論知識，使得學習效果大打折扣，學生的主觀能動性也得不到鍛煉。

二、PTC Creo2.0 軟件的特點及應用

PTC Creo2.0即為原來Proe軟件的升級版。該軟件的功能非常強大，是很多機械制造企業所選擇應用的軟件之一，該軟件有較強的產品設計、實體造型、仿真加工、自動編程等。

將Creo 2.0軟件引入到機械設計基礎教學中，一方面可以使教學方式變得多樣化，方便學生理解相應知識點并提高學生的學習積極性；另一方面可以方便學生自行進行機構的設計和運動仿真，提升學習效果。機械設計基礎中有很多的機構，譬如四桿機構、凸輪機構、鏈傳動機構、齒輪機構等。可以利用Creo 2.0 軟件建立這些機構的模型，然后進行運動學和動力學仿真，可以得到輸出構件的位移、速度、加速度曲線，此外，也可以對運動仿真視頻進行保存和輸出。Creo 2.0 軟件的使用一方面方便老師在講解相應的結構時，引入結構的三維模型和運動仿真視頻，方便學生理解知識點；另一方便，可以使學生學以致用，利用Creo 2.0 軟件進行簡單機構的三維建模和運動仿真，一方面加強學生對課本知識的理解，另一方面鍛煉了建模軟件和仿真軟件的應用，此外，為提升學生的設計能力也很有幫助。下面以四桿機構為例介紹利用Creo 2.0 軟件進行機構建模和仿真的過程。

三、四桿機構的建模和裝配

選擇合適的桿長設計一個曲柄搖桿機構，對四根桿分別進行建模。完成零件建模完后新建一個裝配文件進行四桿零件的裝配，裝配第一根固定桿的時候按照默認設置裝配即可，裝配其他運動桿的連接類型選為“銷”，以便后續進行運動仿真。

四、四桿機構運動仿真

完成所有桿和桿的裝配之后，選擇應用程序→機構→機構分析，進行運動軸、電動機等參數設置，設置完運行就可以進行四桿機構的運動仿真。仿真結束后，可選擇“機構→回放”功能，進行干涉計算，計算完畢就可以生成動畫，可以將仿真動畫保存導出對外進行發布，同時，還可以截取不同運動時刻的照片方便對比和演示。

仿真結束后，還可對任一桿的任一點進行位置、速度和加速度等參數的測量，搖桿的位置變化曲線如下圖所示，通過觀察可以看出，回程的時間為4.75S，比工作的時間短，但是走過的路程是一樣的，這反映的就是曲柄搖桿機構的急回特性。

通過這個過程，學生既了解了平面四桿機構的設計原理和運動過程，也了解了四桿機構的急回特性等基本特性。此外，學生還可以利用這些知識進行拓展，設計一個自己感興趣的機構并對它進行建模并仿真出來，很大程度上提高了學生的學習積極性和能動性。

五、結論

利用Creo 2.0軟件除了可進行四桿機構的建模和運動仿真外，還可以進行凸輪機構、鏈傳動機構、齒輪等結構的運動仿真。Creo2.0軟件的引用，極大的豐富了教師的授課素材，一定程度上解決了教學資源和實驗設備有限的問題；另一方面，給學生進行自行設計和仿真提供了有效的工具，極大的提高（下轉254頁）（上接277頁）了學習效果。

參考文獻

[1]北京兆迪科技有限公司.Creo2.0 運動仿真與分析教程.北京：機械工業出版社，2013：86-124.

[2]北京兆迪科技有限公司.Creo2.0 高級應用教程.北京：機械工業出版社，2013：213-285.

[3]閔小琪 萬春芬.機械設計基礎.北京：機械工業出版社，2015.