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【摘要】在《机械设计》课程设计中应用三维设计软件ProE，指导学生进行减速器的结构设计，能够提高学生的空间想象能力，增强教学效果。
【关键词】《机械设计》；课程设计；ProE
【中图分类号】G712
1 引言
《机械设计》课程设计是机械类专业学生主要专业基础课程之一，是非常重要的教学实践环节。通过课程设计，可以把《机械设计基础》、《机械制图》、《工程材料》、《公差与配合》等所修课程的知识进行综合运用。在课程设计中需要查阅大量的国家标准、企业标准手册等相关资料。通过课程设计，学生可以掌握一套完整的设计原则、步骤和方法。通过课程设计培养学生机械综合设计能力、创新能力和工程意识，是启迪学生的创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段，并为以后的专业课程设计和毕业设计奠定基础，在教学计划中具有承上启下的重要作用[1]。
我们学院《机械设计》课程设计选用的题目是通用机械传动装置齿轮减速器--作为设计题目。在实践教学中，发现由于学生的空间想象能力不足和缺乏工程实践经验，面对传统采用二维设计的减速器图纸，难以想象出减速器的结构，导致学生对自己设计的减速器似懂非懂，影响了设计质量。而且传统《机械设计》课程设计的设计手段是手工设计、计算和绘图，设计计算繁杂，设计、绘图和修改很不方便。学生依样画虎，大部分时间和精力用在设计计算和画图上，方案和结构的创新设计考虑的比较少。随着计算机技术的飞速发展，在机械设计领域的二维设计逐步被三维设计所取代。ProE是基于Windows系统环境下的三维实体建模软件。该软件在计算机上可实现工业中常见零件的3D建模，并能虚拟其工作原理和装配功能，且形象直观、易学易用。在课程设计中引入可以使学生了解工业中流行的三维计算机辅助设计软件，密切联系工程实践，将三维建模与二维工程图样及设计过程紧密结合到一起，增强学生使用计算机辅助设计的能力，为学生今后的工作发展奠定坚实的基础。
2 目前高职院校传统机械课程设计中存在的问题
目前，我院《机械设计》课程设计基本采用二维设计平台进行设计，如手工绘图或AutoCAD绘图，所存在主要问题如下：
2.1传统二维设计仅仅用于设计二维工程图，在制造和装配过程中如果出现问题，后期修改工作将非常复杂繁琐。随着现代工业产品更新换代周期的逐渐缩短，迫切需要缩短产品设计修改时间，降低出错率。所以，传统的二维设计已经不能满足现代工业发展。
2.2以二维设计为主线展开教学，直观上不便于掌握和理解，也无法形成对减速器的设计和装配过程有详细的了解。
2.3传授的知识陈旧，无法体现现代制造技术的特点，因而也无法满足用人单位的需要，也不利于学生综合创新能力的培养。
3 ProE三维造型技术的优点
ProE是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活[2]。
3.1 单一数据库[3] ProE是建立在统一基层上的数据库上，所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。
3.2 全相关性 ProE的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。这一优点，可以缩短产品设计修改时间，降低出错率。
3.3 基于特征的参数化造型 ProE使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。
3.4 装配管理 ProE的基本结构能够使工程技术人员利用一些直观的命令，例如"啮合"、"插入"、"对齐"等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。
4 ProE三维造型在机械课程设计综合实践中的应用
以一级圆柱齿轮减速器的课程设计为例，在计算确定基本参数以后，应用ProE软件进行三维设计，步骤如下：
4.1齿轮减速器各类零件的三维建模
减速器主要由减速器下箱体、减速器上箱体、输入轴、输出轴、轴承、键、一对啮合齿轮与轴承盖等部分组成，几大部件由ProE分别建模，如图l为某学生设计的齿轮减速器主要零件的三维实体模型。在设计同时可以通过简单步骤对典型零件转化为工业设计中的二维工程图。 由于在三维软件中零件实体模型、装配体模型和二维工程图是相互关联的，零件和装配体模型的任何修改，在二维工程图中就会自动的修改。三维实体模型直观，外观材质丰富，设计和修改很方便。学生兴趣浓厚，将较多的时间和精力花在零部件的结构的创新设计上，真正提高了学生的创新设计能力。
图l 齿轮减速器主要零件三维实体模型
4.2齿轮减速器虚拟装配和爆炸图
在各类零件建模基础上，根据减速器的结构尺寸形式和各个部件间的约束关系，确定整个减速器的装配顺序，选定减速器下箱体为基准进行装配。接下来将大齿轮、键、输出轴装配起来，固定在配套的轴承上面。用同样的方法完成小齒轮轴的装配，再接下来将减速器上箱装配起来。最后完成轴承盖（包括闷盖和透盖）和螺钉、垫圈的装配。在设计过程中通过虚拟装配过程，可以清楚的模拟减速器装配的顺序和体现各个零件在装配中的位置关系的确定。最后还可以在此基础上形成装配爆炸图和实现减速器工作原理的模拟动画，进一步加强设计的理解。如图2。
图2 齿轮减速器装配图和爆炸图
4 结论
通过在ProE软件平台上对减速器课程设计进行3D建模和模拟装配，让学生在三维的基础上，分析和解决课程设计中遇到的空间想象、立体造型、零件装配和设计总成等具体问题，利用形象的三维技术，直观、真实的展现课程设计的过程和步骤。同时实现教学互动，提高了学生学习的兴趣，拓宽了学生技术应用的水平，为后续发展奠定了坚实的基础。
参考文献
[1]李可桢、程光蕴、李仲生，机械设计基础（第五版），高等教育出版社。
[2]李万全，基于ProE的机械设计课程设计教学改革，中国科教创新导刊，2009（28）。
[3]http：//www.qqywf.com/view/b_49809.html
【关键词】《机械设计》；课程设计；ProE
【中图分类号】G712
1 引言
《机械设计》课程设计是机械类专业学生主要专业基础课程之一，是非常重要的教学实践环节。通过课程设计，可以把《机械设计基础》、《机械制图》、《工程材料》、《公差与配合》等所修课程的知识进行综合运用。在课程设计中需要查阅大量的国家标准、企业标准手册等相关资料。通过课程设计，学生可以掌握一套完整的设计原则、步骤和方法。通过课程设计培养学生机械综合设计能力、创新能力和工程意识，是启迪学生的创新思维、开拓学生创新潜能的重要手段，并为以后的专业课程设计和毕业设计奠定基础，在教学计划中具有承上启下的重要作用[1]。
我们学院《机械设计》课程设计选用的题目是通用机械传动装置齿轮减速器--作为设计题目。在实践教学中，发现由于学生的空间想象能力不足和缺乏工程实践经验，面对传统采用二维设计的减速器图纸，难以想象出减速器的结构，导致学生对自己设计的减速器似懂非懂，影响了设计质量。而且传统《机械设计》课程设计的设计手段是手工设计、计算和绘图，设计计算繁杂，设计、绘图和修改很不方便。学生依样画虎，大部分时间和精力用在设计计算和画图上，方案和结构的创新设计考虑的比较少。随着计算机技术的飞速发展，在机械设计领域的二维设计逐步被三维设计所取代。ProE是基于Windows系统环境下的三维实体建模软件。该软件在计算机上可实现工业中常见零件的3D建模，并能虚拟其工作原理和装配功能，且形象直观、易学易用。在课程设计中引入可以使学生了解工业中流行的三维计算机辅助设计软件，密切联系工程实践，将三维建模与二维工程图样及设计过程紧密结合到一起，增强学生使用计算机辅助设计的能力，为学生今后的工作发展奠定坚实的基础。
2 目前高职院校传统机械课程设计中存在的问题
目前，我院《机械设计》课程设计基本采用二维设计平台进行设计，如手工绘图或AutoCAD绘图，所存在主要问题如下：
2.1传统二维设计仅仅用于设计二维工程图，在制造和装配过程中如果出现问题，后期修改工作将非常复杂繁琐。随着现代工业产品更新换代周期的逐渐缩短，迫切需要缩短产品设计修改时间，降低出错率。所以，传统的二维设计已经不能满足现代工业发展。
2.2以二维设计为主线展开教学，直观上不便于掌握和理解，也无法形成对减速器的设计和装配过程有详细的了解。
2.3传授的知识陈旧，无法体现现代制造技术的特点，因而也无法满足用人单位的需要，也不利于学生综合创新能力的培养。
3 ProE三维造型技术的优点
ProE是采用参数化设计的、基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活[2]。
3.1 单一数据库[3] ProE是建立在统一基层上的数据库上，所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。
3.2 全相关性 ProE的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。这一优点，可以缩短产品设计修改时间，降低出错率。
3.3 基于特征的参数化造型 ProE使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。
3.4 装配管理 ProE的基本结构能够使工程技术人员利用一些直观的命令，例如"啮合"、"插入"、"对齐"等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。
4 ProE三维造型在机械课程设计综合实践中的应用
以一级圆柱齿轮减速器的课程设计为例，在计算确定基本参数以后，应用ProE软件进行三维设计，步骤如下：
4.1齿轮减速器各类零件的三维建模
减速器主要由减速器下箱体、减速器上箱体、输入轴、输出轴、轴承、键、一对啮合齿轮与轴承盖等部分组成，几大部件由ProE分别建模，如图l为某学生设计的齿轮减速器主要零件的三维实体模型。在设计同时可以通过简单步骤对典型零件转化为工业设计中的二维工程图。 由于在三维软件中零件实体模型、装配体模型和二维工程图是相互关联的，零件和装配体模型的任何修改，在二维工程图中就会自动的修改。三维实体模型直观，外观材质丰富，设计和修改很方便。学生兴趣浓厚，将较多的时间和精力花在零部件的结构的创新设计上，真正提高了学生的创新设计能力。
图l 齿轮减速器主要零件三维实体模型
4.2齿轮减速器虚拟装配和爆炸图
在各类零件建模基础上，根据减速器的结构尺寸形式和各个部件间的约束关系，确定整个减速器的装配顺序，选定减速器下箱体为基准进行装配。接下来将大齿轮、键、输出轴装配起来，固定在配套的轴承上面。用同样的方法完成小齒轮轴的装配，再接下来将减速器上箱装配起来。最后完成轴承盖（包括闷盖和透盖）和螺钉、垫圈的装配。在设计过程中通过虚拟装配过程，可以清楚的模拟减速器装配的顺序和体现各个零件在装配中的位置关系的确定。最后还可以在此基础上形成装配爆炸图和实现减速器工作原理的模拟动画，进一步加强设计的理解。如图2。
图2 齿轮减速器装配图和爆炸图
4 结论
通过在ProE软件平台上对减速器课程设计进行3D建模和模拟装配，让学生在三维的基础上，分析和解决课程设计中遇到的空间想象、立体造型、零件装配和设计总成等具体问题，利用形象的三维技术，直观、真实的展现课程设计的过程和步骤。同时实现教学互动，提高了学生学习的兴趣，拓宽了学生技术应用的水平，为后续发展奠定了坚实的基础。
参考文献
[1]李可桢、程光蕴、李仲生，机械设计基础（第五版），高等教育出版社。
[2]李万全，基于ProE的机械设计课程设计教学改革，中国科教创新导刊，2009（28）。
[3]http：//www.qqywf.com/view/b_49809.html