高职《机械设计基础》创新性综合实验设计和实现

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1、高职《机械设计基础》创新性综合实验设计和实现　　摘要根据高职院校培养学生创新能力和实践技能的需要，开发《机械设计基础》创新性综合实验。主要是利用CXSJ软件，设计3D机构，虚拟仿真机构运动并作运动分析；设计制作实验台，得到具有某种运动规律的3D机构实物原型，并应用于教学实践。关键词实验开发；3D机构；软件仿真；机械设计基础；高等职业院校中图分类号G712文献标识码A文章编号1008-3219（2013）32-0039-03收稿日期：2013-09-12作者简介：瞿芳（1967-），女，江苏宜兴人，江苏海事职业技术学院船舶工程系副教授。基金项目：江苏省教育厅高等学校实践创新计划

2、项目《高职高专机械基础综合性实验项目的开发》（编号2009-278），主持人：瞿芳。7《机械设计基础》是高职院校机械类或近机械类专业必修课程，包含许多理论知识和实践技能，要求学生融会贯通、综合运用，因此实践教学尤为重要。如何在有限的教学资源环境下，改革实践教学内容，提升实践教学理论层次和技术含量，培养学生创新思维和动手能力，一直是该课程教学改革的难点[1][2][3]。笔者结合有关课题研究成果，利用CXSJ软件，设计具有工程实用意义的3D机构，并实现了原型，由此开发了机械基础创新性综合实验项目。该实验在多所高职院校得到广泛应用，历经三个学期，不断完善，取得较好效果。一、实验方

3、案设计（一）总体设计思路实验目标是突出工科学生的特点，着重创造性思维培养和实践技能提升，密切联系工程实际，强化科学研究方式的训练，增强团队意识，激发自主学习的积极性[4][5][6]。实验内容涉及动力控制、传动方案、零件特性、运动分析、软件设计、实物拼装等多方面知识点。实验结果既有运动的3D虚拟仿真机构，也有运动的实物机构。（二）具体实现方法实验过程分实验前准备、软件设计与仿真、实型拼装和撰写实验报告四个阶段，具体流程如图1所示。准备阶段主要是在熟悉工程机械典型机构和零件特性的基础上，拟订传动方案，绘制机构运动简图。（三）实验报告要求7学生根据实验内容和测量结果自己设计实验报

4、告，实验报告除常规的实验目的、实验原理、实验设备工具等外，还应包含以下内容：设计出的空间机构3D仿真运动和实物照片；设计出的空间机构运动分析；设计出的空间机构的应用情况说明；空间机构和实验方案的创新之处；空间机构和实验方案的不足点及改进措施；主要实验步骤；实验中遇到的问题及其解决方法。二、实验平台介绍CXSJ软件。CXSJ软件是由清华大学、国防科学技术大学和湖南长庆机电科教有限公司联合研发的虚拟设计软件，建有三维零件库，配有零件尺寸、功能和应用文字说明，可进行三维实体虚拟搭接装配和轴向分解爆炸，可进行三维运动仿真演示。自带装配干涉错误的判断功能，并可以给出正确的安装顺序。软件

5、具有网络功能，可在局域网上联机使用。实验台设计。实验台结构为1200×350×650mm的机架框，可加多根立柱，每根立柱上可安装多个滑块，通过调整立柱和滑块位置，使各转动轴可以固定在指定位置。采用旋转编码器进行角位移数据采集，采用线位移传感器进行线性位移数据采集，旋转电机（功率N=90W，220V；输出转速n=10转/分）带动输入轴，同时获取输入角位移数据。三、实验案例7实验要求：学生根据给定的运动条件，设计空间机构运动简图，拟定机构运动尺寸，拆分机构组件；利用CXSJ软件，选择零件，并进行3D空间机构的装配、运动仿真和运动分析；在实验台机架上搭接空间机构，并进行运动数据的测

6、量和分析；撰写实验报告。（一）软件设计与仿真利用CXSJ软件进行设计与仿真，主要步骤：第一，按照拆分的构件，在CXSJ携带的零件库中选择合适零件，零件自带尺寸。第二，以机构中的运动副为抓手进行虚拟装配。装配前可观看软件“示例”中运动副爆炸演示，搞清楚类似运动副的组成件及其装配顺序。第三，根据输入运动的形式选择原动件，若输入运动为转动可选用主动定铰链轴或蜗杆为原动件；若输入运动为移动，可选用适当行程的气缸为原动件。第四，机构试运行，检查有无干涉；调整、再运行至无干涉。第五，计算自由度，运动分析。学生设计的空间机构及其仿真运动如图2所示。其中，“螺旋齿轮——双十字万向连轴器”空间

7、机构由带轮机构、圆锥齿轮机构、蜗杆蜗轮机构和双十字万向联轴器组成。带轮为主动件，带轮旋转带动圆锥齿轮转动，再通过连杆带动双十字万向联轴器运动，从而实现有一定规律的运动。（二）实体原型实现按照在CXSJ软件中设计得到虚拟机构及装配顺序，选择实体零件，确定构件的总体布局和合理分层，依次联结各个构件并组装到空间机构创新设计实验台机架上。7安装完毕，需先用手动方式驱动原动件，观察整个机构有无干涉和“憋劲”等错误现象。全都畅通无阻之后，再安装电机，并用电气控制盒操纵驱动机构的运动，最后接通电源。（三）运动分析对设