為了提高學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，很多高校相繼開(kāi)設(shè)了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。我校結(jié)合"中央與地方共建機(jī)械基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室"項(xiàng)目也開(kāi)設(shè)了該實(shí)驗(yàn)。為了吸取經(jīng)驗(yàn)，高效率地用好實(shí)驗(yàn)設(shè)備，我們調(diào)查了一些院校開(kāi)設(shè)該實(shí)驗(yàn)的方式，分析提出按照"理論準(zhǔn)備-虛擬實(shí)驗(yàn)-實(shí)物實(shí)驗(yàn)"的方式開(kāi)設(shè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，并組織實(shí)施，取得了較好的教學(xué)效果。
   
    1實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)方式的調(diào)查與分析
   
    目前，該實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)方式歸納起來(lái)有2種:一種是基于實(shí)物實(shí)驗(yàn)設(shè)備的創(chuàng)意拼裝，一種是基于虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的虛擬拼裝實(shí)驗(yàn)[4 ,5]。兩種開(kāi)設(shè)方式各有優(yōu)缺點(diǎn)。前者學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及其零構(gòu)件有較強(qiáng)的感性認(rèn)識(shí)，既培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新設(shè)計(jì)能力，又培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中機(jī)構(gòu)的拼裝、調(diào)整花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，不便于實(shí)驗(yàn)課時(shí)的安排。后者設(shè)備費(fèi)用低，培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)能力，雖然三維環(huán)境下零構(gòu)件有較強(qiáng)的真實(shí)感，但沒(méi)接觸實(shí)物，眼高手低，對(duì)學(xué)生動(dòng)手操作能力的培養(yǎng)有所欠缺。
   
    2虛實(shí)結(jié)合的實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)方式
   
    為揚(yáng)長(zhǎng)避短，我校采用"理論準(zhǔn)備-虛擬實(shí)驗(yàn)-實(shí)物實(shí)驗(yàn)"的方式開(kāi)設(shè)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案創(chuàng)新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。首先，學(xué)生按照設(shè)計(jì)題目擬定多種機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，畫(huà)出運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖，再在虛擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上進(jìn)行機(jī)構(gòu)虛擬拼裝及運(yùn)動(dòng)仿真，最后進(jìn)行實(shí)物拼裝并測(cè)定執(zhí)行構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，與虛擬仿真的結(jié)果進(jìn)行分析比較。
   
    2.1機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的創(chuàng)意設(shè)計(jì)
   
    在實(shí)驗(yàn)開(kāi)設(shè)前將實(shí)驗(yàn)題目布置給學(xué)生，學(xué)生利用所學(xué)的理論知識(shí)，利用開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)室和校園網(wǎng)絡(luò)，查閱與該實(shí)驗(yàn)有關(guān)的參考資料，了解實(shí)驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)、零構(gòu)件的類型、結(jié)構(gòu)和主要尺寸，擬定機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案。
   
    (1)出題方式為了給學(xué)生創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供較大的發(fā)揮空間，實(shí)驗(yàn)題目一般以"黑箱"的形式給出，配以必要的文字說(shuō)明，例如描述外部條件、運(yùn)動(dòng)要求、動(dòng)作配合要求以及運(yùn)動(dòng)性能和動(dòng)力性能要求。
   
    (2)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案的創(chuàng)意設(shè)計(jì)步驟首先將設(shè)計(jì)要求和外部條件分解成各個(gè)基本動(dòng)作、基本運(yùn)動(dòng)及其約束條件，再初步選定能滿足設(shè)計(jì)要求的基本機(jī)構(gòu)，組合基本機(jī)構(gòu)，得到可能的設(shè)計(jì)方案，最后對(duì)各種設(shè)計(jì)方案進(jìn)行初步尺寸綜合，畫(huà)出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。
   

    2. 2虛擬拼裝及運(yùn)動(dòng)仿真分析
   
    為了便于虛擬拼裝，我們將實(shí)驗(yàn)用到的幾種實(shí)驗(yàn)設(shè)備的零構(gòu)件全部制作出三維實(shí)休模型，集中放在一個(gè)文件夾中。基于Solidworks2005建立了一個(gè)零件庫(kù):通過(guò)其"任務(wù)窗口"上的"零件庫(kù)""添加零件位置"打開(kāi)該庫(kù)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(shí)方便地調(diào)用。
   
    虛擬拼裝虛擬拼裝時(shí)，將選好的零構(gòu)件插人到裝配體中，添加裝配配合關(guān)系，就形成裝配體。為了不改變零件庫(kù)中模板零件的參數(shù)，一般先新建一個(gè)文件夾，用來(lái)存放拼裝用到的零構(gòu)件和拼裝成的裝配體。圖1是采用3DMC-1型實(shí)驗(yàn)臺(tái)配備的零構(gòu)件虛擬拼裝V型發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)方案。雖然solidworks可以實(shí)現(xiàn)尺寸驅(qū)動(dòng)，但實(shí)際的拼裝設(shè)備配備的零構(gòu)件規(guī)格數(shù)量有限，為方便下一步的實(shí)物拼裝，推薦選用零件庫(kù)中有的零構(gòu)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(yùn)動(dòng)干涉。假如有干涉，可以調(diào)整零構(gòu)件的安裝層次，或者更改所選的零構(gòu)件，直至無(wú)干涉。
   
    (3)運(yùn)動(dòng)仿真分析Cosmosmotion是與solidworks無(wú)縫集成的CAE插件，操作方便，使用簡(jiǎn)單，在solidworks中定義的裝配約束可自動(dòng)轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)約束，直接調(diào)用solidworks的材料庫(kù)，自動(dòng)給出零件的材料特性困。給原動(dòng)件添加給定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)施仿真，即可驗(yàn)證從動(dòng)件能否按要求的運(yùn)動(dòng)規(guī)律運(yùn)動(dòng)，并且仿真分析的結(jié)果可以以AVI動(dòng)畫(huà)、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(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真結(jié)果。學(xué)生將第一階段擬訂的幾個(gè)方案均拼裝成裝配體后進(jìn)行仿真分析，根據(jù)仿真分析的結(jié)果，對(duì)方案的運(yùn)動(dòng)性能和動(dòng)力性能進(jìn)行比較和評(píng)價(jià)，選定一個(gè)最佳方案進(jìn)行下一步的實(shí)物拼裝。