為了提高學生的創(chuàng)新設計能力，很多高校相繼開設了機構(gòu)運動方案創(chuàng)新設計實驗。我校結(jié)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(jīng)驗，高效率地用好實驗設備，我們調(diào)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(gòu)運動方案創(chuàng)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(diào)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(chuàng)意拼裝，一種是基于虛擬實驗系統(tǒng)的虛擬拼裝實驗[4 ,5]。兩種開設方式各有優(yōu)缺點。前者學生對實驗設備及其零構(gòu)件有較強的感性認識，既培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新設計能力，又培養(yǎng)了學生的實際動手能力，但實驗過程中機構(gòu)的拼裝、調(diào)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(yǎng)了學生的計算機輔助設計能力，雖然三維環(huán)境下零構(gòu)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(yǎng)有所欠缺。
2虛實結(jié)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(gòu)運動方案創(chuàng)新設計實驗。首先，學生按照設計題目擬定多種機構(gòu)運動方案，畫出運動簡圖，再在虛擬實驗系統(tǒng)上進行機構(gòu)虛擬拼裝及運動仿真，最后進行實物拼裝并測定執(zhí)行構(gòu)件的運動參數(shù)，與虛擬仿真的結(jié)果進行分析比較。
2.1機構(gòu)運動方案的創(chuàng)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(wǎng)絡，查閱與該實驗有關(guān)的參考資料，了解實驗設備的結(jié)構(gòu)、零構(gòu)件的類型、結(jié)構(gòu)和主要尺寸，擬定機構(gòu)運動方案。
(1)出題方式為了給學生創(chuàng)新設計提供較大的發(fā)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(gòu)運動方案的創(chuàng)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(gòu)，組合基本機構(gòu)，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(gòu)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(gòu)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(diào)用。
虛擬拼裝虛擬拼裝時，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。為了不改變零件庫中模板零件的參數(shù)，一般先新建一個文件夾，用來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型實驗臺配備的零構(gòu)件虛擬拼裝V型發(fā)動機運動方案。雖然solidworks可以實現(xiàn)尺寸驅(qū)動，但實際的拼裝設備配備的零構(gòu)件規(guī)格數(shù)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(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動干涉。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(zhuǎn)化為運動約束，直接調(diào)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(shù)的運動，實施仿真，即可驗證從動件能否按要求的運動規(guī)律運動，并且仿真分析的結(jié)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(fā)動機運動仿真結(jié)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(jù)仿真分析的結(jié)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。