論文關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)；課程設(shè)計(jì)；UG軟件

論文摘要：在《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)中采用UG（Unigraphics）軟件指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的空間想象能力。

《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程是機(jī)械類專業(yè)一門重要的技術(shù)基礎(chǔ)課程。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生機(jī)械綜合設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力和工程意識(shí)的重要環(huán)節(jié)，是啟迪學(xué)生的創(chuàng)新思維、開(kāi)拓學(xué)生創(chuàng)新潛能的重要手段，將為以后的專業(yè)課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)，在教學(xué)計(jì)劃中具有承上啟下的重要作用。我院《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程設(shè)計(jì)選用的題目是傳動(dòng)裝置中的減速器設(shè)計(jì)，在以前的課程設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)，由于學(xué)生空間想象能力不足，往往照葫蘆畫(huà)瓢，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)自己設(shè)計(jì)的減速器結(jié)構(gòu)似懂非懂，影響了設(shè)計(jì)質(zhì)量。筆者結(jié)合自己對(duì)UG（Unigraphics）軟件技術(shù)的掌握，對(duì)教學(xué)中如何提高學(xué)生空間思維能力的問(wèn)題進(jìn)行了探索。

人們的認(rèn)識(shí)過(guò)程建立在實(shí)踐活動(dòng)中，從具體到抽象，從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，在此過(guò)程中，如果缺乏與之有關(guān)的感性認(rèn)識(shí)作為基礎(chǔ)，理解起來(lái)很難。《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》課程是理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的課程，內(nèi)容比較抽象，減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)離不開(kāi)空間想象，離不開(kāi)對(duì)空間形體的分析和表達(dá)。根據(jù)心理學(xué)的觀點(diǎn)，空間想象能力是形象思維與抽象思維兩種思維活動(dòng)的分析、綜合、加工處理，從而產(chǎn)生新形象的一種綜合性能力，主要來(lái)源于對(duì)空間形體的感性認(rèn)識(shí)。課程設(shè)計(jì)能培養(yǎng)學(xué)生對(duì)空間形體的想象能力、分析能力和表達(dá)能力。這三種能力彼此關(guān)聯(lián)，相互促進(jìn)。在教學(xué)中從學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律和學(xué)生實(shí)際出發(fā)培養(yǎng)學(xué)生空間想象能力的途徑有很多，利用UG軟件進(jìn)行多媒體教學(xué)是非常有效的方法之一。

UG系統(tǒng)起源于美國(guó)麥道飛機(jī)公司。多年來(lái)，UG系統(tǒng)匯集了美國(guó)航空航天與汽車工業(yè)的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)展成為世界一流的綜合性的設(shè)計(jì)、分析和制造一體化的集成系統(tǒng)。可以實(shí)現(xiàn)從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、虛擬現(xiàn)實(shí)到靜力學(xué)及動(dòng)力學(xué)強(qiáng)度分析，最后由CAM模塊實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助加工制造，貫穿了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和制造全過(guò)程。UG技術(shù)提供的草圖功能、曲線曲面建模、基于特征的實(shí)體建模、虛擬裝配建模、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)仿真、分析等技術(shù)手段，給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了極大的方便。相關(guān)技術(shù)手段的結(jié)合應(yīng)用不僅能快速構(gòu)建出相關(guān)的機(jī)構(gòu)的抽象模型，也能把這種模型快速地映射于機(jī)構(gòu)的裝配模型，還能對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行快速的運(yùn)動(dòng)分析仿真、運(yùn)動(dòng)干涉檢查及動(dòng)力學(xué)分析等。

在課程設(shè)計(jì)之前，為了增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，最好進(jìn)行軸系結(jié)構(gòu)測(cè)繪和減速器結(jié)構(gòu)裝拆實(shí)驗(yàn)，因?yàn)檫@兩個(gè)實(shí)驗(yàn)有利于學(xué)生進(jìn)一步掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)知識(shí)、了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的原則，建立軸系組成的基本概念。在課程設(shè)計(jì)開(kāi)始時(shí)，學(xué)生往往不知從何下手，教師首先應(yīng)該介紹一下設(shè)計(jì)總體過(guò)程。采用課件比較方便，然而也有很大的局限性，因?yàn)橹谱骱玫能浖灰烁膭?dòng)，教學(xué)內(nèi)容的個(gè)性與教學(xué)過(guò)程的適宜性受到了限制，在課堂上不利于發(fā)揮教師的主觀能動(dòng)性，不利于最大限度地融入和體現(xiàn)教師的設(shè)計(jì)思想、教學(xué)特色和個(gè)人風(fēng)格。筆者采用UG軟件對(duì)零件直接進(jìn)行三維建模和用UG建造好的虛擬模型進(jìn)行教學(xué)，在課堂的動(dòng)態(tài)教學(xué)中能夠隨機(jī)應(yīng)變、按需造型以及修改模型，提高課堂教學(xué)質(zhì)量。采用UG軟件建造的虛擬模型比以前采用實(shí)物模型來(lái)增強(qiáng)學(xué)生感性認(rèn)識(shí)要好，因?yàn)閷?shí)物模型由于體積和重量原因會(huì)造成攜帶、拆卸和解剖不便，且操作較為費(fèi)時(shí)。而UG軟件創(chuàng)建的三維模型精度高、質(zhì)感好、形象逼真、色彩豐富，利用UG的局部放大、平移和翻轉(zhuǎn)等工具，能夠在屏幕上觀察零件復(fù)雜形體的外形與內(nèi)腔、相貫體中相貫線的變化等各個(gè)側(cè)面和局部細(xì)節(jié)特征；可以直觀地顯現(xiàn)整個(gè)零件的結(jié)構(gòu)，裝配體中零件之間的連接關(guān)系，使教學(xué)中的知識(shí)難點(diǎn)更加清晰、生動(dòng)、形象；也可以根據(jù)不斷變化的教學(xué)內(nèi)容和不同的教學(xué)對(duì)象的需求，利用UG軟件方便地進(jìn)行教學(xué)模型的修改與新建，滿足教學(xué)中對(duì)模型種類及數(shù)量的需要，并能顯著降低教學(xué)成本。

在介紹設(shè)計(jì)過(guò)程時(shí)，如果采用機(jī)械制圖方法將零件的三維實(shí)體利用投影法原理將其轉(zhuǎn)化到二維平面圖上，再通過(guò)二維視圖想象出三維形狀講解減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，則學(xué)生理解這些傳統(tǒng)的二維平面圖知識(shí)需要有豐富的空間想象力。即使用一些軸測(cè)圖，也只能看到實(shí)體的部分表面，不能解決教學(xué)中向?qū)W生講解清楚空間幾何體的形體問(wèn)題。

并且學(xué)生的認(rèn)識(shí)始終停留在二維圖紙上，不能很好地了解結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)整機(jī)性能的影響以及單個(gè)零件與整機(jī)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，不清楚自己設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是否合理。筆者在教學(xué)中采用UG軟件教學(xué)，使學(xué)生看到零件的設(shè)計(jì)過(guò)程，讓學(xué)生看到教師在繪圖過(guò)程中的細(xì)節(jié)，并且使用UG對(duì)減速器各個(gè)零件進(jìn)行裝配，使學(xué)生比較容易理解。如圖（軸上零件周向、徑向定位）所示，在講解對(duì)減速器軸上各個(gè)零件進(jìn)行裝配時(shí)，介紹裝配基準(zhǔn)，演示如何進(jìn)行傳動(dòng)件的周向和軸向固定；軸的支承、固定；軸承類型如何選擇，應(yīng)考慮哪些因素，軸承如何裝配，間隙如何調(diào)整等問(wèn)題；各零件之間的相互位置關(guān)系、零件的布置方案、裝拆順序；圖樣上的尺寸和公差標(biāo)注及零件的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)注意的問(wèn)題等等。這樣，不僅能在較短時(shí)間內(nèi)給學(xué)生提供正確的示范，培養(yǎng)學(xué)生的幾何構(gòu)思能力，同時(shí)介紹了有關(guān)結(jié)構(gòu)工藝知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生合理的設(shè)計(jì)思維，有利于學(xué)生理解減速器的工作原理、裝配關(guān)系、各零件的相對(duì)位置關(guān)系以及各零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。這種視覺(jué)效果的刺激能增強(qiáng)學(xué)生的分析、認(rèn)識(shí)和記憶能力，開(kāi)拓學(xué)生的知識(shí)面，活躍課堂氣氛，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)與教師的雙重作用。

軸上零件周向、徑向定位圖

三維設(shè)計(jì)是工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)，我院機(jī)械類專業(yè)學(xué)生獲得UG或PRO/E三維設(shè)計(jì)技能證書(shū)是學(xué)生的畢業(yè)條件之一，這樣的要求有利于提高學(xué)生實(shí)際工程設(shè)計(jì)能力，創(chuàng)新意識(shí)和就業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。因?yàn)樵谡n程設(shè)計(jì)之前，一些學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了UG或PRO/E軟件，在課程設(shè)計(jì)中應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生采用三維設(shè)計(jì)。將三維設(shè)計(jì)融入課程設(shè)計(jì)，學(xué)生可以利用UG強(qiáng)大的參數(shù)化功能和裝配功能，完成各零件的設(shè)計(jì)和裝配。由于學(xué)生缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，往往要對(duì)某些結(jié)構(gòu)不夠合理的地方進(jìn)行多次修改，采用UG軟件只需修改零件的某個(gè)參數(shù)的數(shù)值即可完成整體修改。而采用二維設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)變動(dòng)較大時(shí)則不得不重新設(shè)計(jì)并花費(fèi)很多時(shí)間進(jìn)行繪圖。而采用三維設(shè)計(jì)，整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，能使學(xué)生更加深入地理解設(shè)計(jì)的內(nèi)涵，增強(qiáng)學(xué)生的設(shè)計(jì)想象力，啟迪學(xué)生的思維，引導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)探究性學(xué)習(xí)。三維設(shè)計(jì)能夠使學(xué)生直觀地看到自己的設(shè)計(jì)成果，增強(qiáng)學(xué)生的成就感。而且學(xué)生在完成三維設(shè)計(jì)后，利用UG的制圖轉(zhuǎn)換功能，可將使用實(shí)體建模功能創(chuàng)建的零件或裝配模型引用到工程圖模塊中，快速轉(zhuǎn)換為二維的工程圖，再進(jìn)行尺寸標(biāo)注、注釋等等，最終完成課程設(shè)計(jì)所要求的圖紙，從而提高學(xué)生的專業(yè)制圖識(shí)圖能力，加深學(xué)生對(duì)三維設(shè)計(jì)與二維工程圖之間關(guān)系的理解。

實(shí)踐表明，用UG軟件講授減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以激發(fā)學(xué)生的觀察力、想象力及邏輯聯(lián)想能力，能夠達(dá)到“教人以漁，則終身受用無(wú)窮”的效果。不過(guò)，雖然現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)開(kāi)闊了學(xué)生的視野，提高了學(xué)習(xí)的趣味性與教學(xué)效率，然而教學(xué)卻具有生成性，對(duì)課堂上出現(xiàn)的新問(wèn)題，教師的板書(shū)和分析必不可少。因此，在教學(xué)實(shí)踐中應(yīng)當(dāng)將傳統(tǒng)教學(xué)和現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)有機(jī)結(jié)合，不斷地研究新的教學(xué)方法，與時(shí)俱進(jìn)，注意使各種教學(xué)手段相互穿插、補(bǔ)充，這樣才能提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)他們學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，實(shí)現(xiàn)教學(xué)效果的最優(yōu)化。

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