喻秀

【摘要】《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校工科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，授課內(nèi)容涉及到“機(jī)械設(shè)計(jì)”和“機(jī)械原理”兩個(gè)課程，理論性和專業(yè)性比較強(qiáng)，并且教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和現(xiàn)場實(shí)踐有限，在這種情況下，如何利用現(xiàn)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(qiáng)的實(shí)體建模和運(yùn)動仿真功能，利用Creo2.0軟件將比較抽象的運(yùn)動機(jī)構(gòu)進(jìn)行簡化建模并對其運(yùn)動過程進(jìn)行動態(tài)仿真，這樣既解決了教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和現(xiàn)場實(shí)踐有限的問題，還可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，引導(dǎo)學(xué)生自行利用建模仿真軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)和探索，提高學(xué)生的整體素質(zhì)。本文以四桿機(jī)構(gòu)為例介紹利用Creo 2.0 軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)建模和仿真的過程。

【關(guān)鍵詞】Creo2.0 運(yùn)動仿真；機(jī)械設(shè)計(jì)；四桿機(jī)構(gòu)

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

引言

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》是高等職業(yè)技術(shù)學(xué)校工科專業(yè)的一門重要專業(yè)基礎(chǔ)課，授課內(nèi)容涉及到“機(jī)械設(shè)計(jì)”和“機(jī)械原理”兩個(gè)方面。該課程專業(yè)性和理論性比較強(qiáng)，要使學(xué)生掌握機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)運(yùn)動等方面的基本理論、方法，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)構(gòu)運(yùn)動方案構(gòu)思的能力。但是結(jié)合學(xué)情分析，大二學(xué)生的專業(yè)知識相對匱乏，實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)也較少，要在短時(shí)間內(nèi)接受這么多的內(nèi)容，會感覺比較困難，也比較枯燥。此外，在現(xiàn)有的教學(xué)環(huán)境下，教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及現(xiàn)場實(shí)踐相對匱乏，課時(shí)也相對有限，在這種大環(huán)境下，如何對傳統(tǒng)教學(xué)進(jìn)行改革，充分利用現(xiàn)有條件和資源，以便在有限的時(shí)間內(nèi)，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(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生能夠吸收和掌握相關(guān)的知識和原理，并嘗試著自己設(shè)計(jì)和創(chuàng)新，是機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)中值得深思的問題。

一、目前教學(xué)存在的問題

傳統(tǒng)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》的教學(xué)中主要存在以下幾個(gè)問題：

（1）理論和專業(yè)性強(qiáng)，內(nèi)容枯燥，學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性調(diào)動不起來。傳統(tǒng)的板書教學(xué)相對單調(diào)、枯燥、不便理解；教科書中主要以產(chǎn)品圖片、二維圖紙和大量文字的形式介紹機(jī)構(gòu)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(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性比較差。

（2）傳統(tǒng)教學(xué)因?yàn)榻虒W(xué)資源的局限性，導(dǎo)致學(xué)生的動手實(shí)踐機(jī)會比較少，學(xué)習(xí)效果不夠好。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)涉及到大量基本結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和機(jī)構(gòu)的運(yùn)動原理，目前只是單純的學(xué)習(xí)理論知識，使得學(xué)習(xí)效果大打折扣，學(xué)生的主觀能動性也得不到鍛煉。

二、PTC Creo2.0 軟件的特點(diǎn)及應(yīng)用

PTC Creo2.0即為原來Proe軟件的升級版。該軟件的功能非常強(qiáng)大，是很多機(jī)械制造企業(yè)所選擇應(yīng)用的軟件之一，該軟件有較強(qiáng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、實(shí)體造型、仿真加工、自動編程等。

將Creo 2.0軟件引入到機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教學(xué)中，一方面可以使教學(xué)方式變得多樣化，方便學(xué)生理解相應(yīng)知識點(diǎn)并提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；另一方面可以方便學(xué)生自行進(jìn)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和運(yùn)動仿真，提升學(xué)習(xí)效果。機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)中有很多的機(jī)構(gòu)，譬如四桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、鏈傳動機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)等。可以利用Creo 2.0 軟件建立這些機(jī)構(gòu)的模型，然后進(jìn)行運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)仿真，可以得到輸出構(gòu)件的位移、速度、加速度曲線，此外，也可以對運(yùn)動仿真視頻進(jìn)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(yīng)的結(jié)構(gòu)時(shí)，引入結(jié)構(gòu)的三維模型和運(yùn)動仿真視頻，方便學(xué)生理解知識點(diǎn)；另一方便，可以使學(xué)生學(xué)以致用，利用Creo 2.0 軟件進(jìn)行簡單機(jī)構(gòu)的三維建模和運(yùn)動仿真，一方面加強(qiáng)學(xué)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(yīng)用，此外，為提升學(xué)生的設(shè)計(jì)能力也很有幫助。下面以四桿機(jī)構(gòu)為例介紹利用Creo 2.0 軟件進(jìn)行機(jī)構(gòu)建模和仿真的過程。

三、四桿機(jī)構(gòu)的建模和裝配

選擇合適的桿長設(shè)計(jì)一個(gè)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，對四根桿分別進(jìn)行建模。完成零件建模完后新建一個(gè)裝配文件進(jìn)行四桿零件的裝配，裝配第一根固定桿的時(shí)候按照默認(rèn)設(shè)置裝配即可，裝配其他運(yùn)動桿的連接類型選為“銷”，以便后續(xù)進(jìn)行運(yùn)動仿真。

四、四桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真

完成所有桿和桿的裝配之后，選擇應(yīng)用程序→機(jī)構(gòu)→機(jī)構(gòu)分析，進(jìn)行運(yùn)動軸、電動機(jī)等參數(shù)設(shè)置，設(shè)置完運(yùn)行就可以進(jìn)行四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動仿真。仿真結(jié)束后，可選擇“機(jī)構(gòu)→回放”功能，進(jìn)行干涉計(jì)算，計(jì)算完畢就可以生成動畫，可以將仿真動畫保存導(dǎo)出對外進(jìn)行發(fā)布，同時(shí)，還可以截取不同運(yùn)動時(shí)刻的照片方便對比和演示。

仿真結(jié)束后，還可對任一桿的任一點(diǎn)進(jìn)行位置、速度和加速度等參數(shù)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(shí)間為4.75S，比工作的時(shí)間短，但是走過的路程是一樣的，這反映的就是曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的急回特性。

通過這個(gè)過程，學(xué)生既了解了平面四桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原理和運(yùn)動過程，也了解了四桿機(jī)構(gòu)的急回特性等基本特性。此外，學(xué)生還可以利用這些知識進(jìn)行拓展，設(shè)計(jì)一個(gè)自己感興趣的機(jī)構(gòu)并對它進(jìn)行建模并仿真出來，很大程度上提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和能動性。

五、結(jié)論

利用Creo 2.0軟件除了可進(jìn)行四桿機(jī)構(gòu)的建模和運(yùn)動仿真外，還可以進(jìn)行凸輪機(jī)構(gòu)、鏈傳動機(jī)構(gòu)、齒輪等結(jié)構(gòu)的運(yùn)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(xué)資源和實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限的問題；另一方面，給學(xué)生進(jìn)行自行設(shè)計(jì)和仿真提供了有效的工具，極大的提高（下轉(zhuǎn)254頁）（上接277頁）了學(xué)習(xí)效果。

參考文獻(xiàn)

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[2]北京兆迪科技有限公司.Creo2.0 高級應(yīng)用教程.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2013：213-285.

[3]閔小琪 萬春芬.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2015.