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論文關鍵詞：機械設計基礎；課程設計；UG軟件

論文摘要：在《機械設計基礎》課程設計中采用UG（Unigraphics）軟件指導學生進行減速器的結構設計，可以增加學生的學習興趣，提高學生的空間想象能力。

《機械設計基礎》課程是機械類專業一門重要的技術基礎課程。課程設計是培養學生機械綜合設計能力、創新能力和工程意識的重要環節，是啟迪學生的創新思維、開拓學生創新潛能的重要手段，將為以后的專業課程設計和畢業設計奠定基礎，在教學計劃中具有承上啟下的重要作用。我院《機械設計基礎》課程設計選用的題目是傳動裝置中的減速器設計，在以前的課程設計中發現，由于學生空間想象能力不足，往往照葫蘆畫瓢，導致學生對自己設計的減速器結構似懂非懂，影響了設計質量。筆者結合自己對UG（Unigraphics）軟件技術的掌握，對教學中如何提高學生空間思維能力的問題進行了探索。

人們的認識過程建立在實踐活動中，從具體到抽象，從感性認識上升到理性認識，在此過程中，如果缺乏與之有關的感性認識作為基礎，理解起來很難。《機械設計基礎》課程是理論性和實踐性都很強的課程，內容比較抽象，減速器結構設計離不開空間想象，離不開對空間形體的分析和表達。根據心理學的觀點，空間想象能力是形象思維與抽象思維兩種思維活動的分析、綜合、加工處理，從而產生新形象的一種綜合性能力，主要來源于對空間形體的感性認識。課程設計能培養學生對空間形體的想象能力、分析能力和表達能力。這三種能力彼此關聯，相互促進。在教學中從學生的身心發展規律和學生實際出發培養學生空間想象能力的途徑有很多，利用UG軟件進行多媒體教學是非常有效的方法之一。

UG系統起源于美國麥道飛機公司。多年來，UG系統匯集了美國航空航天與汽車工業的專業經驗，發展成為世界一流的綜合性的設計、分析和制造一體化的集成系統。可以實現從產品的概念設計、結構設計、虛擬現實到靜力學及動力學強度分析，最后由CAM模塊實現計算機輔助加工制造，貫穿了產品的開發和制造全過程。UG技術提供的草圖功能、曲線曲面建模、基于特征的實體建模、虛擬裝配建模、機構運動仿真、分析等技術手段，給機構設計提供了極大的方便。相關技術手段的結合應用不僅能快速構建出相關的機構的抽象模型，也能把這種模型快速地映射于機構的裝配模型，還能對機構進行快速的運動分析仿真、運動干涉檢查及動力學分析等。

在課程設計之前，為了增強學生的感性認識，最好進行軸系結構測繪和減速器結構裝拆實驗，因為這兩個實驗有利于學生進一步掌握機械結構設計知識、了解結構設計的原則，建立軸系組成的基本概念。在課程設計開始時，學生往往不知從何下手，教師首先應該介紹一下設計總體過程。采用課件比較方便，然而也有很大的局限性，因為制作好的軟件不宜改動，教學內容的個性與教學過程的適宜性受到了限制，在課堂上不利于發揮教師的主觀能動性，不利于最大限度地融入和體現教師的設計思想、教學特色和個人風格。筆者采用UG軟件對零件直接進行三維建模和用UG建造好的虛擬模型進行教學，在課堂的動態教學中能夠隨機應變、按需造型以及修改模型，提高課堂教學質量。采用UG軟件建造的虛擬模型比以前采用實物模型來增強學生感性認識要好，因為實物模型由于體積和重量原因會造成攜帶、拆卸和解剖不便，且操作較為費時。而UG軟件創建的三維模型精度高、質感好、形象逼真、色彩豐富，利用UG的局部放大、平移和翻轉等工具，能夠在屏幕上觀察零件復雜形體的外形與內腔、相貫體中相貫線的變化等各個側面和局部細節特征；可以直觀地顯現整個零件的結構，裝配體中零件之間的連接關系，使教學中的知識難點更加清晰、生動、形象；也可以根據不斷變化的教學內容和不同的教學對象的需求，利用UG軟件方便地進行教學模型的修改與新建，滿足教學中對模型種類及數量的需要，并能顯著降低教學成本。

在介紹設計過程時，如果采用機械制圖方法將零件的三維實體利用投影法原理將其轉化到二維平面圖上，再通過二維視圖想象出三維形狀講解減速器結構設計，則學生理解這些傳統的二維平面圖知識需要有豐富的空間想象力。即使用一些軸測圖，也只能看到實體的部分表面，不能解決教學中向學生講解清楚空間幾何體的形體問題。

并且學生的認識始終停留在二維圖紙上，不能很好地了解結構設計對整機性能的影響以及單個零件與整機之間的關聯關系，不清楚自己設計的結構是否合理。筆者在教學中采用UG軟件教學，使學生看到零件的設計過程，讓學生看到教師在繪圖過程中的細節，并且使用UG對減速器各個零件進行裝配，使學生比較容易理解。如圖（軸上零件周向、徑向定位）所示，在講解對減速器軸上各個零件進行裝配時，介紹裝配基準，演示如何進行傳動件的周向和軸向固定；軸的支承、固定；軸承類型如何選擇，應考慮哪些因素，軸承如何裝配，間隙如何調整等問題；各零件之間的相互位置關系、零件的布置方案、裝拆順序；圖樣上的尺寸和公差標注及零件的結構工藝性應注意的問題等等。這樣，不僅能在較短時間內給學生提供正確的示范，培養學生的幾何構思能力，同時介紹了有關結構工藝知識，培養學生合理的設計思維，有利于學生理解減速器的工作原理、裝配關系、各零件的相對位置關系以及各零件的結構特點。這種視覺效果的刺激能增強學生的分析、認識和記憶能力，開拓學生的知識面，活躍課堂氣氛，提高學生的學習興趣，也能充分發揮計算機與教師的雙重作用。

軸上零件周向、徑向定位圖

三維設計是工業發展的趨勢，我院機械類專業學生獲得UG或PRO/E三維設計技能證書是學生的畢業條件之一，這樣的要求有利于提高學生實際工程設計能力，創新意識和就業的競爭能力。因為在課程設計之前，一些學生已經學習了UG或PRO/E軟件，在課程設計中應鼓勵學生采用三維設計。將三維設計融入課程設計，學生可以利用UG強大的參數化功能和裝配功能，完成各零件的設計和裝配。由于學生缺乏實際經驗，往往要對某些結構不夠合理的地方進行多次修改，采用UG軟件只需修改零件的某個參數的數值即可完成整體修改。而采用二維設計，結構變動較大時則不得不重新設計并花費很多時間進行繪圖。而采用三維設計，整個設計過程符合學生的認知規律，能使學生更加深入地理解設計的內涵，增強學生的設計想象力，啟迪學生的思維，引導學生實現探究性學習。三維設計能夠使學生直觀地看到自己的設計成果，增強學生的成就感。而且學生在完成三維設計后，利用UG的制圖轉換功能，可將使用實體建模功能創建的零件或裝配模型引用到工程圖模塊中，快速轉換為二維的工程圖，再進行尺寸標注、注釋等等，最終完成課程設計所要求的圖紙，從而提高學生的專業制圖識圖能力，加深學生對三維設計與二維工程圖之間關系的理解。

實踐表明，用UG軟件講授減速器的結構設計，可以激發學生的觀察力、想象力及邏輯聯想能力，能夠達到“教人以漁，則終身受用無窮”的效果。不過，雖然現代教學技術開闊了學生的視野，提高了學習的趣味性與教學效率，然而教學卻具有生成性，對課堂上出現的新問題，教師的板書和分析必不可少。因此，在教學實踐中應當將傳統教學和現代教學技術有機結合，不斷地研究新的教學方法，與時俱進，注意使各種教學手段相互穿插、補充，這樣才能提高學生的學習興趣，增強他們學習的主動性，實現教學效果的最優化。

參考文獻：

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[2]陳立德，等.機械設計基礎課程設計指導書[M].北京：高等教育出版社，2000.