徐福红 雒晓兵 徐福英 许可芳

（1.永登县西铁中学，甘肃 兰州 730334；2.兰州交通大学 博文学院，甘肃 兰州 730101）

1 引言

机械设计基础课程是高等工科院校近机类、非机类专业的一门重要的技术基础课程， 主要研究机器中常用机构和通用零件的工作原理、结构特点、设计原理和计算方法，在培养学生的机械设计和分析能力方面具有重要的作用[1]。 目前，机械设计基础教学通常采用多媒体， 也借助一些实体模型或挂图等手段进行辅助教学。这样的教学方法基本上可以满足教学需要，但也有些不足之处。 随着三维设计技术的不断发展，借助三维软件进行辅助教学可以让机械设计基础的教学有新的教学途径[2，3]。 本文介绍Solidworks2013 软件在机械设计基础教学中的应用。

2 Solidworks 软件功能简介

Solidworks 软件是美国Solidworks 公司开发的一款采用了Windows 图形用户界面，易学易用，是一个基于特征的参数化实体建模的设计工具。 它具有全面的零件建模、装配设计、工程图和钣金设计等模块，还包含图像渲染、有限元分析、机构运动学分析和产品数据管理等功能[4]。

3 Solidworks 在教学过程中的应用

3.1 Solidworks 视图显示的应用

教师在课前利用Solidworks 软件建立授课章节的零件或装配体模型， 在课堂上直接用软件打开零件或装配体， 利用Solidworks 软件中视图修改命令， 对零件或转配体进行放大、旋转操作，利用视图显示进行剖面视图、多视图显示、爆炸显示、隐藏零部件和更改透明度来观察内部结构。活塞的剖面试图（见图1）让同学们可以清晰地看到活塞的内部结构。 特别在讲解机构和轴系零部件部分时， 通过各种视图显示让学生能够真正看清各零件、机构和装配体的真实形状以及装配关系。 例如，在讲解内燃机机构时， 连杆是一个构件， 由若干个零件组成，在Solidworks 里将连杆的构件爆炸视图， 让同学们更好地理解零件、构件的概念。

3.2 Solidworks 中扫描特征及插件的应用

螺纹连接、螺旋传动、弹簧和蜗杆传动等零件都含有螺旋线，讲授这部分内容时可以在课堂上利用Solidworks 软件的扫描特征来演示弹簧的建模过程，通过修改建模参数，得到不同的模型，让同学们能够更直观地理解弹簧丝的直径、外径、节距和圈数等参数； 还可以利用扫描切除特征来演示螺纹以及蜗杆的建模过程， 以便学生更容易理解螺纹和蜗杆的一些主要参数。Solidworks 中有PhotoWorks 图像渲染插件、FeatureWorks 特征识别插件、Animator 动画制作插件、Toolbox 标准件库、COSMOSXpress 应力分析工具等插件，也可以自行下载其它一些插件。 例如，利用Solidworks 自带插件Toolbox 也可以生成螺栓和螺母等零件， 也可以利用齿轮插件Geartrax 可以快速完成齿轮零件建模，这里可以生成几个齿数相等而模数不等的齿轮，让同学们可以通过实例来理解模数是决定齿轮的大小的一个重要参数。

3.3 Solidworks 中动画的应用

在讲授平面连杆机构部分内容时， 可以利用Solidworks 软件分别创建动画来模拟发动机中的曲柄滑块机构的运动和飞机起落架的双摇杆机构， 这里将气缸体更改透明度可以看到缸体内的零件，曲柄滑块机构和双摇杆机构如图2 所示。 教师可以事先创建一些含有平面连杆机构、齿轮机构和凸轮机构的机械，在课堂上生动形象地演示出来， 让同学们更好地掌握机构的组成和运动特性。

3.4 干涉检查的应用

利用Solidworks 自带插件生成深沟球轴承（6302），并完成轴承座的建模，然后完成装配。 在演示的过程中给学生讲解滚动轴承的结构以及轴承的代号、类型和应用场合。 在Solidworks 菜单中点击→干涉检查→计算，如果装配体存在干涉，将会在图形区中高亮显示当前的干涉区，在属性栏中会列出干涉零件，滚动轴承的干涉检查如图3 所示。 为了避免干涉问题，在装配体设计树中对干涉零件进行关联设计。

3.5 有限元分析的应用

各种机械都是由若干个构建组成的，这些构建在工作时都要承受力的作用， 为确保构件在规定的工作条件和使用寿命期间能够正常工作，必须满足一定的工作能力。 螺栓、键、齿轮和轴都是重要的机械零件，在设计时都要使其强度、刚度满足使用要求。 利用Solidworks 软件建立零件的三维建模，可以用自带插件对零件进行应力分析， 也可以用其他有限元分析软件对零件进行应力分析，阶梯轴应力分析结果如图4 所示。

3.6 Solidworks 在课程设计中的应用

机械设计基础课程设计是培养学生机械设计能力的技术基础课，是重要的实践教学环节[5]。 在本课程设计中一般要用手工绘图或计算机绘图来达到课程设计的基本要求， 随着计算机的发展，计算机绘图成为常用的绘图方式。 如果学生能结合三维设计软件完成课程设计，不仅能完成设计要求，而且也培养了学生的三维设计能力。 以带式输送机传动装置的设计为例，用Solidworks 软件构建减速器中的零件模型，其中螺栓、滚动轴承等标准件利用软件自带的Toolbox 插件直接生成。为了快速有效生成符合国家标准的工程图， 我们可以通过以下的步骤实现：（1）在打开零件设计文件后，定义零件的材料（普通碳钢），修改单位为千克，小数位数设为1；（2）在文件→属性→自定义中设置质量、材料、绘图者、公司名称绘图日期、完成日期和图号等内容；（3）将文件另存为后缀名为.prtdot 的零件图模板， 并在工具→选项→系统选项→文件位置中找到文件模板选项， 添加该模板存放路径；（4）打开Solidworks 软件在新建文件时选择高级按钮， 然后打开已创建好的零件图模板进行零件三维设计；（5）创建符合国家标准的图纸格式， 分别绘制A0、A1、A2、A3 和A4的图纸，在编辑图纸格式状态下绘制标题栏并填写注释，将图纸比例、设计者、重量、材料等注释链接到属性；（6）在编辑图纸状态下完成图纸选项的设置， 将文件另存为后缀名为.drwdot 工程图模板，并在文件模板选项添加该模板存放路径；（7）打开工程图模板生成零部件的工程图， 并完成尺寸的标注和技术要求等内容。 带式输送机传动装置的部分主要零部件及工程图如图5、6、7、8 所示。

4 结论

在机械设计基础的教学过程中，Solidworks 软件的运用不仅可以加深学生对课程的理解， 而且将理论与实践有机结合起来。 通过这样的教学方法， 不仅完成了机械设计基础课程的讲授，也提高了学生学习该课程的兴趣，学生的创新设计能力也得到了提高。 同样Solidworks 软件也可在机械专业的其他课程中应用，将三维设计有效地跟机械专业结合起来。

[1]程光蕴,杨可桢,李仲胜．机械设计基础[M]．北京:高等教育出版社,2006．

[2]许可芳,雒晓兵.浅谈计算机技术在独立学院教学与科研中的应用[J].甘肃科技,2013,29(22):88-90.

[3]杨文敏.基于Solidworks 的机械CAD/CAM 课程教学改革策略研究[J].软件导刊,2012,11(10):182-184.

[4]商跃进,曹茹．Solidworks 三维设计及应用教程[M]．北京:机械工业出版社,2008．

[5]吴宗泽,罗圣国．机械设计课程设计手册[M]．北京:高等教育出版社,2010．