Pro/E软件在《机械设计基础》课程教学与课程设计中的应用

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)广东水利电力职业技术学院 作者:何秋梅

  在《机械设计基础》课程中,引入Pro/ENGINEER 三维仿真技术进行辅助教学,可以显著提高教学效果;通过安排课程综合设计项目,引导学生在机械设计课程设计中,利用Pro/E 软件进行建模、虚拟装配、干涉检查、工程图制作、运动仿真与动力学分析,提高了机械设计品质和设计效率;利用Pro/E 软件激励学生的创造思维,提高学生的创新素质和工程实践能力。

  《机械设计基础》课程是机械类专业学生的主要课程之一,其理论性很强,一些抽象的概念和常用的机构对于没有实际经验甚至连见都没见过的学生来说很难掌握。且传统的课程设计课题单一,内容陈旧,图纸均采用手工或者二维CAD 绘图的设计手段,不利于学生探求、创新、研究开拓能力的培养和训练,其教学已明显落后于企业产品设计对工科学生专业素质的要求。而Pro/E 是现今使用率最高的三维设计软件之一,其突破了传统的CAD 设计理念,提出了实体造型、特征建模、参数化设计及全相关单一数据库的新理论,具有三维实体建模、曲面特征设计、装配、工程图及运动和动力仿真等功能。因此,基于Pro/E软件开展《机械设计基础》课程教学改革,提高教学品质是高职院校教学改革的一项重要举措。

1、引入Pro/E 三维仿真技术进行辅助教学

  在以往的教学中,学生对一些知识只是简单的记忆,没有真正理解。学生由于空间想象能力不足和缺乏工程实践,面对二维的图纸很难想出各种机构的运行方式,似懂非懂,遇到具体问题不会分析。为此,我们提出了利用Pro/E 软件建立各种机构与传动零部件的模型、机构运动仿真视频、拆装动画、虚拟装配、虚拟加工等教学资源,运用于《机械设计基础》课程教学。教师在授课过程中,可以根据实际情况在Pro/E环境中对各种三维的教学模型随意装拆、旋转、放大,从不同角度观察模型,有利于加深学生对各种机构空间结构及组成的理解。更重要的是,利用Pro/E软件能进行机构仿真,把各种复杂的机构通过形象、生动、逼真的动画演示以三维的形式直观地展示在学生面前,克服了采用PPT 教学中平面图形的不足,使学生建立起良好的感性认识,也提高了学生的空间想象力,从而提高学生的学习兴趣。

  其次,Pro/E 软件的设计过程可以实现真正的相关性,任何修改都会自动反映到所有的相关对象,从而显著提高了设计效率和教学效果。比如,对于平面四杆机构,教学时可以利用模型仿真验证所设计的机构是否满足要求,同时还可以改变相应的参数、或以不同的构件为机架或调用不同长度的连杆进行装配,从而得到不同类型的四杆机构,实现不同的功能。再比如,对于间歇运动机构,在课堂教学中可采用Pro/E 软件对零件直接三维建模并装配及机构仿真,能按需造型及修改模型,并直观地显示整个机构的装配结构、各构件之间的连接关系,使教学中的各知识点更加清晰、生动、形象,大大提高了课堂教学品质。再如,对于轴的结构设计,可预先绘制出各类轴上零件固定件,上课时则利用Pro/E 对轴系各个零件进行装配,演示如何进行齿轮的周向和轴向固定,轴的支承与固定,轴承如何装配如何调整间隙,各零件之间的相互位置关系、零件的装拆顺序及零件的结构工艺性应注意的问题等。

2、利用Pro/E 软件提高设计效率和设计品质

  Pro/E 软件操作能力是实现机械产品设计任务的工具。因此,应注重Pro/E 软件操作能力与机械设计知识相结合,把《Pro/E 三维设计》课程与《机械设计基础》课程的教学紧密联系起来,让学生学会利用Pro/E 软件进行机械产品的设计。在机械设计课程设计中,引导学生使用Pro/E 软件实现产品的综合设计,改变传统的设计方法。将三维CAD 技术与机械设计教学相结合,让学生知道这些技术既是先进技术,更是自己闯荡职场的硬本领,更应该积极主动地学习,做好课程设计。

  2.1、利用Pro/E 软件进行设计工作,提高机械设计的效率

  以机械设计课程设计中常用的减速器为例。一般要求学生根据设计手册,从电机选用开始,一步一步查表计算,最后设计出各个零件及装配图。常规的手工画图和AutoCAD 画图都比较麻烦,尤其在箱体设计时,要对尺寸进行修正,修改起来也比较困难。而且画法局限在二维上都不够直观。利用Pro/E 相对来说比较简单,总结如下:

  (1)可以先利用参数化设计方法设计出各个零件的模型。当碰到有两个及以上相同结构的零件时,如两个腹板式齿轮,我们只需设计其中一个,另一个只要再修改一下参数就可以。

  (2)在设计箱体部分时,做错一步不必全部重做,只需双击错误尺寸并进行修改就可以。这样节省了大量的画图时间。

  (3)最后对整个减速器进行组装、渲染、干涉检查、运动仿真等。

  (4)输出工程图。Pro/E 有一个很好的功能,就是可以启动三维、二维关联功能,由三维直接自动生成二维工程图纸。这样我们可以对尺寸和结构作大致修改后就打印输出完成设计。

  Pro/E 虚拟装配功能大大增加了设计过程的直观性,增强学生的动手能力和设计能力。而且,通过虚拟装配,可以检查装配体中是否存在干涉现象,让学生学会解决干涉问题。如机械设计载体减速器、专用精压机、牛头刨床等都可以制成装配体并作干涉检查,这样提高了学生的学习兴趣和设计效率。

  2.2、利用Pro/E 软件进行分析,提高机械设计的品质

  根据教学经验和这几年学生的就业情况,我们觉得应该适当地提高要求,让学生掌握Pro/E 的运动仿真和运动分析技术,以一个机械设计员所要具备的能力为目标,将《机械设计基础》与《Pro/E 三维设计》两门课程的培养目标结合起来,这对学生综合设计能力及创新能力的培养都是非常有帮助的。通过Pro/E 模拟各种复杂的机构运动,分析设计参数的变化和设计目标间的关系,并计算出最佳设计参数,可以使学生能更直观地了解自己的设计是否符合要求,并能尽早发现设计中的不合理之处,及早修改设计方案,从而防止后期修改时消耗更多的资源和时间。通过动力学分析,让学生了解各部件的运动状况及所受的力的变化情况,懂得如何修改优化自己的设计。这既为学生掌握传动机构的设计提供了有力的实验环境,同时又提高了设计品质和设计效率。学生在课程设计中应用Pro/E 软件进行机构设计与分析、机械传动装置的三维实体设计,实现了零件造型、三维装配、干涉检查、动画显示、爆炸图、二维工程图、常用机械零件的参数化设计等主要功能,学生所提交的设计和图纸给人耳目一新的感觉,技术含量大幅度提高,学生的工程实践能力大为提高。

3、利用Pro/E 软件激励学生创造思维,强化学生的机械设计创新能力

  创新能力的培养是现代高职教育中提出的一项新的教学要求。作为机械制造专业的学生,不仅要掌握一定的机械设计理论和设计方法,同时还需要有一定的创新能力。利用Pro/E 进行机械设计基础课程教学有助于学生创新能力的养成。除了日常教学外,我们可以两种形式来培养学生的创新能力。一是,选择典型的执行机构,以牛头刨床、专用精压机、纸杯机等为例,让学生对其进行机构的运动分析,引导学生进行方案构思与设计,在构思的过程中,鼓励提出尽可能多的不同的方案,甚至包括离奇、怪异的一些方案,然后再让学生自己使用三维技术,对机构模型进行三维构型设计,设计成功后可进行运动仿真。这样既调动了学生的思维积极性,激发学生的创造灵感,又训练了学生的创新思维能力。也可以让学生分组展开设计,各组学生在课后完成具有各组自身特色的设计方案。同组学生所设计的传动方案具有相同的特色,但每个同学的设计细节应有所区别。这样既培养了学生与人合作的能力,又培养了创新能力。二是,可以从生活中找创新项目,比如自行车的设计与改造、新型清洁机的设计等。Pro/E 中的机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具,其生成曲面的方法很多且方便,可绘制任意复杂形状的零件,这就给机械设计的创新提供了方便。

4、结束语

  结合《机械设计基础》课程和Pro/E 软件的特点,利用Pro/E 进行机械设计基础课程辅助教学,促进了机械设计课程教育思想、教学手段、教学内容和教学方法的改革,促进了机械学科的发展。另一方面,注重掌握现代设计方法应用型人才培养的需要,在教学和课程设计中,引导学生学习和应用Pro/E 三维技术,提高设计技术含量,培养了学生的综合设计能力、创新能力和运用知识解决工程实际问题的能力。

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