本文研究了Solidworks的虛實結合開設機構相關內容。

　　為了提高學生的創新設計能力，很多高校相繼開設了機構運動方案創新設計實驗。我校結合"中央與地方共建機械基礎實驗室"項目也開設了該實驗。為了吸取經驗，高效率地用好實驗設備，我們調查了一些院校開設該實驗的方式，分析提出按照"理論準備-虛擬實驗-實物實驗"的方式開設機構運動方案創新設計實驗，并組織實施，取得了較好的教學效果。

　　1實驗開設方式的調查與分析

　　目前，該實驗的開設方式歸納起來有2種:一種是基于實物實驗設備的創意拼裝，一種是基于虛擬實驗系統的虛擬拼裝實驗[4 ,5]。兩種開設方式各有優缺點。前者學生對實驗設備及其零構件有較強的感性認識，既培養了學生的創新設計能力，又培養了學生的實際動手能力，但實驗過程中機構的拼裝、調整花費的時間較長，不便于實驗課時的安排。后者設備費用低，培養了學生的計算機輔助設計能力，雖然三維環境下零構件有較強的真實感，但沒接觸實物，眼高手低，對學生動手操作能力的培養有所欠缺。

　　2虛實結合的實驗開設方式

　　為揚長避短，我校采用"理論準備-虛擬實驗-實物實驗"的方式開設機構運動方案創新設計實驗。首先，學生按照設計題目擬定多種機構運動方案，畫出運動簡圖，再在虛擬實驗系統上進行機構虛擬拼裝及運動仿真，最后進行實物拼裝并測定執行構件的運動參數，與虛擬仿真的結果進行分析比較。

　　2.1機構運動方案的創意設計

　　在實驗開設前將實驗題目布置給學生，學生利用所學的理論知識，利用開放性實驗室和校園網絡，查閱與該實驗有關的參考資料，了解實驗設備的結構、零構件的類型、結構和主要尺寸，擬定機構運動方案。

　　(1)出題方式為了給學生創新設計提供較大的發揮空間，實驗題目一般以"黑箱"的形式給出，配以必要的文字說明，例如描述外部條件、運動要求、動作配合要求以及運動性能和動力性能要求。

　　(2)機構運動方案的創意設計步驟首先將設計要求和外部條件分解成各個基本動作、基本運動及其約束條件，再初步選定能滿足設計要求的基本機構，組合基本機構，得到可能的設計方案，最后對各種設計方案進行初步尺寸綜合，畫出機構運動簡圖。

　　2. 2虛擬拼裝及運動仿真分析

　　為了便于虛擬拼裝，我們將實驗用到的幾種實驗設備的零構件全部制作出三維實休模型，集中放在一個文件夾中。基于Solidworks2005建立了一個零件庫:通過其"任務窗口"上的"零件庫""添加零件位置"打開該庫文件夾，拼裝用到的各種零部件，就可象solidworks自帶的工具箱零件一樣，可以隨時方便地調用。

　　虛擬拼裝虛擬拼裝時，將選好的零構件插人到裝配體中，添加裝配配合關系，就形成裝配體。為了不改變零件庫中模板零件的參數，一般先新建一個文件夾，用來存放拼裝用到的零構件和拼裝成的裝配體。圖1是采用3DMC-1型實驗臺配備的零構件虛擬拼裝V型發動機運動方案。雖然solidworks可以實現尺寸驅動，但實際的拼裝設備配備的零構件規格數量有限，為方便下一步的實物拼裝，推薦選用零件庫中有的零構件。

　　(2)干涉檢查利用solidworks的干涉檢查功能，檢查裝配體中是否有運動干涉。假如有干涉，可以調整零構件的安裝層次，或者更改所選的零構件，直至無干涉。

　　(3)運動仿真分析Cosmosmotion是與solidworks無縫集成的CAE插件，操作方便，使用簡單，在solidworks中定義的裝配約束可自動轉化為運動約束，直接調用solidworks的材料庫，自動給出零件的材料特性困。給原動件添加給定的運動參數的運動，實施仿真，即可驗證從動件能否按要求的運動規律運動，并且仿真分析的結果可以以AVI動畫、text文件、圖表以及VRML等多種格式輸出。圖2為圖1中的V形發動機運動仿真結果。學生將第一階段擬訂的幾個方案均拼裝成裝配體后進行仿真分析，根據仿真分析的結果，對方案的運動性能和動力性能進行比較和評價，選定一個最佳方案進行下一步的實物拼裝。

　　2.3實物拼裝及其運動參數的測定

　　按照虛擬拼裝成的裝配體"戶零構件的規格、安裝層次和聯接方式，選用相應的實物零構件，根據實驗指導書所提供的方法，將確定的設計方案拼裝好。拼裝過程中學生可以學到常用裝拆工具的使用方法，對零構件有很強的感性認識，學到零構件間的位置、間隙的調整方法。由于有了虛擬裝配的訓練，只要依照虛擬裝配的順序、層次和尺寸，一般在較短的時間內就可將設計方案拼裝好。給原動件、執行構件裝上速度傳感器或位移傳感器，利用設備配備的測試模塊及軟件即可測定出原動件在一定的運動參數運轉下，執行構件的運動參數。圖3為實際測定的V形發動機執行構件的運動線圖。比較圖2和圖3，結果基本一致，誤差主要是由于摩擦和測定誤差等因素引起的。

　　由于實物拼裝構件結構和數量等的限制，可能有更好的設計方案無法完成實物拼裝，學生可在虛擬實驗系統中，利用課外進行創新制作來完成。

　　3結論

　　(1)虛實結合地開設機構運動方案創新設計實驗，理論和實踐緊密結合，培養學生創新設計能力和動手能力。虛擬實驗環節，鞏固學生的理論知識，明確了實驗操作規程，便于設計方案的評價，為熟練進行實物拼裝實驗奠定了基礎，培養計算機輔助設計能力。

　　(2)虛實結合地開設機構運動方案創新設計實驗，提高實驗效率。方案的修改、調整非常方便，避免實物設備的損壞，節約實驗費用。

　　(3)通過"理論準備-虛擬實驗-實物實驗"這一過程，學生初步掌握從明確設計任務到機構運動方案設計、模擬仿真驗證、實物實驗驗證這一機械產品設計的一般過程。