應用SolidWorks軟件輔助機械基礎課程教學

于海萍

[摘? ?要]文章主要從四個方面介紹如何應用信息技術軟件SolidWorks輔助機械基礎課程教學：運用SolidWorks中的二維圖繪制功能，運用SolidWorks的全方位觀察功能，運用SolidWorks的三維圖繪制功能，運用SolidWorks的動畫功能（運動算例）。

[關鍵詞]SolidWorks;機械基礎;教學

[中圖分類號]? ?G71? ? ? ?[文獻標識碼]? ?A? ? ? ? [文章編號]? ?1674-6058（2020）33-0095-02

機械基礎是機械類專業的重要基礎課程，以生產實際為依據，以技能培養為主線，主要講授機械的結構、組成，機械的運動規律，機械的傳動知識，需要理論聯系實際。而課本的平面圖形、傳統的教學方式和手段限制了教學效果和教學水平。利用SolidWorks軟件，能夠更加全面、立體地向學生展示機械基礎課程中某些抽象而枯燥的機械機構，有助于提高學生的理解和認識水平，比如利用SolidWorks軟件的二維圖繪制功能，可以繪制零件簡單的機械結構圖，特別是對于四桿機構，采用軟件繪制運動的線條，有助于學生理解課本中的平面結構圖，形成深刻的印象;而利用SolidWorks軟件的三維圖繪制功能，可以使凸輪機構、齒輪機構、鏈輪機構等機構的運動更加生動形象具體，產生良好的視覺效果，便于學生更深入地理解機構的組成，分辨機構的運動特點，掌握機構的運動方式。本文探討如何應用SolidWorks軟件輔助機械基礎課程教學，從而推動機械基礎課程的教學改革。

SolidWorks軟件是美國一家公司研發的三維設計軟件，相比傳統的AutoCAD、UG等軟件而言有更強大的建模能力、更高效的裝配能力、更精確的有限元分析，該軟件以優異的性能，大大提高了機械工程師的設計效率。正是基于SolidWorks軟件的這些特點，我們將它作為輔助教學的工具軟件。那么，在教學中如何應用這個軟件呢？文章結合《機械基礎》教材，講解SolidWorks軟件在教學中的應用，主要從二維圖的繪制、全方位觀察、三維零件的設計和裝配、動畫功能（運動算例）等四個方面進行講解。

一、二維圖繪制功能的應用

機械基礎課本中更多的是平面圖，比如四桿機構圖，若教師采用過于立體的圖形，學生比較難與課本上的圖形聯系起來，這時可以利用SolidWorks繪制可以運動的平面結構簡圖，這對于學生理解機械結構有很大的幫助。同時學生對于四桿機構的運動特性、急回特性以及死點位置等知識點，由于缺乏實際的運動仿真，在理解方面會有很大的難度，這時可利用曲柄搖桿機構的動畫演示，幫助學生理解，激發學生的興趣。

主要步驟如下：利用SolidWorks軟件中的草圖繪制功能，繪制二維圖形，編輯尺寸和約束。比如繪制曲柄搖桿機構（如圖1），第一步按照圖形繪制出結構圖，將曲柄、搖桿、連桿以及機架繪制在同一個草圖之中。第二步，將繪制的圖形進行定形尺寸的編輯，比如圖中的曲柄的長度、連桿的長度、搖桿的長度、機架的長度。第三步，進行約束的編輯，比如圖1中機架部分的固定約束，曲柄的兩個端點分別與機架和連桿端點固定。通常繪制出的機構，還剩下一個約束。最后將尺寸和約束進行隱藏，這時就完成了四桿機構的平面運動簡圖的繪制。用鼠標拖動主動件，實現主動件的運動，從動件在約束以及主動件的帶動下，也按照一定的曲線軌跡進行運動。學生觀看這種運動簡圖，對于機構的運動特性，理解得會更加透徹。

二、全方位觀察功能的應用

在課本的圖片中，只能觀測到一個方位的固定圖形，包括PPT課件，也很難將全方位的圖形以及機器內部結構展現給學生，學生無法了解機器的結構。采用SolidWorks軟件中的視圖定位，可以選擇前后視圖、左右視圖、上下視圖、等軸測視圖，以及讓圖形跟隨鼠標轉動，可以讓學生觀察到圖形整體的外部結構，幫助學生構建空間圖形，從不同視角觀察圖形，加深對復雜結構的認識。比如講解聯軸器、螺栓等機械機構時，采用SolidWorks軟件，可以從各個方面展示機構的結構，說明結構的原理以及特點。

我們在上課的過程中，會涉及內燃機、減速機等包含殼體的機器，這時學生需要掌握機器的內部結構，而這些機器的內部結構過于復雜，由多種機構組合而成，一節課可能只學習其中一個機構，那么其他機構對于學生的學習會形成干擾。這時我們可以采用SolidWorks軟件的透視功能，將殼體與多余機構設置成透明或者將其隱藏，從而展示圖形的內部機構或者本節課要學習的重要內部結構。比如內燃機機構當中，包含曲柄滑塊機構、凸輪機構、齒輪機構等等，當我們學習曲柄滑塊機構的時候，可以將殼體與其他機構全部隱藏，或者設置成透明;同理，學習凸輪機構的時候，又需要將凸輪機構顯示出來，而將曲柄滑塊機構隱藏。

三、三維圖繪制功能的應用

機械基礎課程中，學生需要掌握的結構很多，除了鉸鏈四桿機構，還需要掌握齒輪、凸輪、棘輪、軸承等結構，而課本中的平面圖較為抽象，采用傳統的教學方法很難展示這些結構的立體圖形，學生難以理解相關結構，更難以理解其運動形式以及運動特點，很難取得較好的學習效果。采用SolidWorks軟件繪制三維裝配體，將課本中的平面圖變立體，能夠真實形象地反映所學習結構的運動特點和運動特性，學生可以通過立體直觀的感知掌握機械基礎當中的重點零件。

這種繪制方法，需要將每個零件利用SolidWorks軟件中的草圖繪制功能進行繪制建模，之后對零件的拉伸、旋轉、掃描、抽殼、薄壁或切除等特性進行編輯，編輯完畢后對零件進行保存，再進行第二個零件的相同的繪制并保存。最后將繪制完畢的幾個零件進行裝配體的組裝，組裝時注意需要固定的零部件、兩個零部件之間的約束，組裝完畢后進行運動分析，可以發現零件設計的尺寸是否正確，整個裝配體各個零件之間在運動過程中有沒有產生干涉。比如曲柄搖桿機構的繪制（如圖2）：第一步，將機架與三個運動構件，分別采用草圖繪制、拉伸渲染之后進行保存。第二步，建立裝配體，將第一步完成的零件圖，都插入裝配體中。第三步，各個零件之間進行約束。對零件進行約束，是比較難的一部分。將機架進行固定，曲柄與機架端點相對于鉸鏈的同心約束，搖桿與機架相對于鉸鏈的端點的同心約束，連桿兩端與曲柄和搖桿的端點的同心約束。最后剩下一個約束，曲柄搖桿機構就可以進行運動了。這時就可以用鼠標拖動主動件，引導學生進行四桿機構的運動分析，進行四桿機構的急回特性和死點位置的運動特性的學習。學生通過觀看立體實物的運動圖形，更容易掌握構件中各零件的組成、零件之間的約束關系、整個構件的運動方式以及運動特點，對于機械結構運動特性的理解更加透徹。

四、動畫功能（運動算例）的應用

動畫演示形象直觀，能直接表達出文字表達不易于學生理解的內容，比如四桿機構當中，曲柄搖桿機構、雙曲柄機構和雙搖桿機構的不同，以及曲柄搖桿機構當中的死點位置。可以利用SolidWorks軟件中的運動仿真功能進行運動算例，制作一些簡單的機構運動動畫和視頻，促進學生理解（如圖3）。

SolidWorks軟件中的運動模擬，有三個方面的內容：一是裝配體運動，裝配體完成之后，根據主動件的選擇，添加馬達，主動件就會作連續轉動，或連續移動，從動件在主動件的帶動下也作來回擺動;二是物理模擬，在中職機械基礎教學中應用比較少;三是運用Cosmos Motion進行干涉分析并跟蹤零件的運動軌跡，防止尺寸設計不合理。通過動畫演示各種機構的運動，對于學生理解機械基礎這門課中的機械結構，有很大的幫助。

總之，SolidWorks軟件作為輔助教學工具運用于機械基礎這門課程，彌補了傳統教學抽象、難以理解等的不足，使學生更加直觀地學習這門課程，特別是學習四桿機構、凸輪機構、棘輪機構、槽輪機構、帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動等構件的組成和特點，并將運動特性和運動過程簡單明了地呈現給學生，提高學生的學習興趣和空間想象能力，從而取得良好的教學效果。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

趙瑜，宋雪.Solidworks在高職機械類課程教學中的應用[J].機電技術，2012（3）：174-176.

（責任編輯? ? 周侯辰）