基于UG的機械設計基礎課程設計的實踐探索

梁冬青

【摘 要】運用UG三維設計軟件進行機械設計基礎課程設計是一項教學改革。本文以UG軟件進行齒輪減速器裝配體和零件的設計實例，闡述了這種方法較于傳統手工繪圖或者AutoCAD繪圖的優越性，證明了這項課程設計改革的可行性。

【關鍵詞】機械設計基礎;課程設計;UG

中圖分類號： TH122-4 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）23-0156-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.23.074

1 機械設計基礎課程的教學內容及要求

機械設計基礎是機械類各專業必修的專業基礎課，課程設計實訓是該課程的一項重要內容。大部分高校的課程設計內容為設計齒輪減速器，因為該項目包含了齒輪類、軸類、軸承類、聯接類以及密封潤滑等多個環節的設計任務，涵蓋了機械設計基礎課程的大部分內容，其中每一個環節的選擇都對其他環節有要求和影響，是一項邏輯性強、相當繁復的工程。本課程設計實訓相當于對機械設計基礎課程理論教學效果進行較完整、全面的檢驗，也是對學生獨立設計常用機構、通用機械和零件的一次練習。

傳統的課程設計是用手工繪圖或者用二維繪圖軟件AutoCAD進行繪圖，存在著修改不方便，效率低等弊病。為此，我們進行了課程改革，改為用三維繪圖軟件UG作減速器設計，經過實際的教學實踐，證實此課程設計改革的優越性、可行性。

2 UG軟件簡介

UG軟件是用以進行計算機輔助機械設計、制造的三維繪圖軟件，包含草圖、實體、曲線、曲面等繪制命令，應用到這些命令，可快速實現建模，設計復雜實體造型。其 CAD/CAM /CAE功能很強大，被廣泛地運用在產品造型、機械設計、數控編程、模具設計等行業。

UG軟件還能方便地把三維建模通過投影關系轉換成二維工程圖，當三維圖有結構或者尺寸變化時，就會相應地自動更新二維圖。因此，用UG軟件進行機械產品設計，可以有效提高設計效率，解決課程設計內容復雜、課時少的矛盾。

UG軟件還可方便地進行零部件裝配，并進行運動仿真，較真實地體現產品裝配過程。在裝配中，如果零件結構尺寸有錯誤，或者零件間發生位置干涉，都會有直觀體現。這些功能，可讓學生比較容易懂得所繪裝置的工作原理、裝配關系。

3 用UG進行課程設計的步驟

以設計帶式輸送機傳動裝置的一級直齒圓柱齒輪減速器為例。

（1）計算傳動裝置的運動和動力參數。已知帶式輸送機（即工作機）卷筒牽引力、帶速、卷筒直徑，以及工作環境、工作情況，計算出減速器各軸的功率、轉速、傳動比等。

（2）根據運動和動力參數，設計減速器的齒輪傳動、高速軸及低速軸結構和尺寸。

（3）用UG畫出齒輪、軸、箱體等零件的三維造型。圖1是用UG對低速軸進行三維建模的截圖。

（4）用UG建模把零件進行裝配，圖2是減速器三維模型的截圖。

在裝配時，要注意到，剛裝好第一、二個零件箱體和軸時，就要把裝配的三維建模通過投影轉為二維工程圖，然后每裝配一個零件，都切換界面到二維工程圖，檢查裝配是否正確，如有錯誤，返回到零件的三維建模去修改形狀、尺寸。把零件修改后，裝配的三維建模和裝二維工程圖也會同步更新。就這樣一邊裝配，一邊修正錯誤，直至裝配完成。圖3為通過對三維模型投影獲得的裝配工程圖。

（5）把零件的三維建模投影為二維工程圖，然后對工程圖進行尺寸和技術要求的標注，圖4為低速軸的二維工程圖。

圖1至圖4，體現了用UG設計減速器的過程和步驟，以及部分設計成果。

4 教學效果及優缺點分析

機械設計基礎課程設計是重要的技術基礎課，綜合性強，實踐強性。傳統的做法是用二維CAD軟件繪圖，或者手工繪圖，繪制的視圖沒有立體感，缺乏與三維實體的相互聯系，制圖錯誤較多，且很難檢查出錯誤并且修正，學生設計感枯燥、困難。

UG功能強大，并配備豐富的標準件庫，比如齒輪建模，只要輸入齒數、模數等參數，即可自動完成建模。滾動軸承的模型，只需根據型號、尺寸，在重用庫中調出，無論造型還是裝配都十分便捷，還可以制作機構運行的模擬仿真動畫，體現真實的裝配和運動情景。

用UG建模并裝配，相比二維繪圖軟件，比較直觀。比如軸的結構設計，安裝齒輪、帶輪的軸頭應比輪轂的短1～2mm，這些內容從二維圖中觀察比較抽象，學生不容易理解，畫圖錯誤率高。而從三維模型中觀察很直觀，學生容易發現問題，修正錯誤。

用UG建模，邊裝配，邊轉為二維工程圖，通過兩者互轉去觀察裝配是否正確，若有錯誤，就返回去修改建模，這時與之有關聯的裝配建模就會自動更新，同時二維工程圖也會自動更新。傳統的手工繪圖或二維軟件繪圖，如果零件錯了，或者裝配圖錯了，必須分別修改，修改過程十分繁瑣，工作量很大，也容易出錯。可見，用UG進行設計，可有效節約時間，提高了作圖效率和正確率，調動了學生設計、繪圖的積極性，學生分析問題、解決問題的能力得到有益的訓練，整體設計的思維也得到訓練。

用UG軟件進行課程設計，既訓練了設計計算的能力，又訓練了應用三維軟件能力，還訓練了工程圖的尺寸標注、技術要求標注的能力，可謂一舉多得。

用UG軟件設計的不足之處，第一，三維建模轉成工程圖，齒輪畫法不符合機械制圖標準。這個問題，可以把一些圖線隱藏，再補畫一些圖線，用這個方法來解決。第二，UG的二維圖對象捕捉功能欠缺，補畫的圖線和尺寸不精確。因此，如果想把工程圖處理得更符合機械制圖規范，可以導出為.dwg圖形格式，然后用AutoCAD軟件進行編輯。

【參考文獻】

[1]黃秀薌.基于Inventor的機械設計基礎課程設計實訓探索[J].龍巖學院學報，2015（10）：102-107.

[2]王笑竹.基于 SolidWorks 的機械設計基礎課程的改革[J].中央民族大學學報（自然科學版），2016（11）：73-75.

[3]顧艷紅.基于SolidWorks的機械設計基礎課程設計的改革與實踐[J].中國現代教育裝備，2015（1）：74-80.

[4]周登科.UG 軟件在機械制圖課程教學中的輔助應用初探[J].哈爾濱職業技術學院學報，2016（2）：51-53.