基于SolidWokes的虚拟实验室毕业论文.doc

目录1引言.22虚拟实验室.22.1虚拟实验室的概念.32.2虚拟实验室的特点.32.3虚拟实验室主要具有下述主要功能:.32.4虚拟实验技术在教学中的要点问题.42.5虚拟实验技术在教学中的意义.53关于SolidWorkers.64虚拟实验室的建立.64.1螺纹连接和螺纹旋传动.64.1.1螺纹的简介.64.1.2螺纹的画法.74.2键、花键、无键连接和销连接.94.2.1键的简介.94.2.2键的画法.104.3滑动轴承.124.3.1滑动轴承简介.124.3.2滑动轴承的画法.124.4滚动轴承.134.4.1滚动轴承简介.134.4.2滚动轴承设计实例.135虚拟实验室的实现形式.185.1虚拟实验室的建立.185.2虚拟实验室的实现形式.196虚拟实验室的前景展望.197结束语.20致谢.20参考文献.201引言许多研究工作表明，使用丰富的教学方法和教学手段对提高学生的学习效果具有非常重要的意义。利用计算机教学是当今和未来各层次教育发展的一个重要方面，在高等教育中，应用计算机进行教学还远没有发挥计算机这一现代化高科技设备的作用。计算机辅助教学对理工科来说，除利用文字、声音和图像等多媒体功能外，还应该利用计算机模拟和仿真各种实验仪器和实验过程。虚拟现实技术是近年来迅速发展的新的人机接口技术，它有三个重要的特征高度的沉浸感、可信度和交互性。虚拟现实的目标是让使用者尽可能地相信自己真的处在计算机所生成的环境中，而不是一个外部的观察者。在一个理想的虚拟环境中，使用者根本无法确定他们面对的计算机所仿真的环境还是面对的一个真实世界15。所谓虚拟实验室指在计算机系统中采用虚拟现实技术实现的各种虚拟实验环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种预定的实验项目，所取得的学习或训练效果等价于甚至优于在真实环境中取得的效果。目前，网络时代信息化社会的到来正一步步推动高等学校教育改革，学生对教师的依赖性减少，课堂教学受到挑战，在网络上建立电子教室、电子黑板，学生在网上虚拟大学学习的新型教育模式已悄然而致。在远程教学模式中特别需要建立和应用基于飞网络的虚拟实验系统，因为实验是多数工程类课程和应用类课程的重要一环，缺少了实验动手的机会，课程的教学效果将大打折扣。一个好的虚拟实验系统尤其是乃刃网上运行的系统则是人们快速、廉价地获取各种知识和技能的重要场所。从目前国际和国外所建立的虚拟实验室来看，大部分虚拟实验室都停留在演示阶段，还达不到验证学生的设计思想正确性的效果。而那种成熟的完全可以有高度沉浸感的虚拟实验室却是一个必然的趋势。替代真实实验室的虚拟实验室却几乎没有。然而建立虚拟实验室的条件正在日渐完善。完善的虚拟实验室的建立指日可待。2虚拟实验室随着教育信息化的不断进步，虚拟实验室已经成为教师教学和学生学习的好助手。近年来国内外许多高等院校及科研机构纷纷提出了虚拟实验室的概念，利用图形、语音、视频、动画等多种技术，用户可以通过网络能够身临其境地观察实验现象，给用户一个基于网络的技术交流、共同研究的平台。2.1虚拟实验室的概念所谓的虚拟实验室就是以计算机网络为核心，将虚拟仪器通过网络连接起来，以实现数据采集、分析，远程操作的一个系统16。而虚拟实验，就是按照实验教学的基本要求，建立虚拟的工程实验环境，运用各种虚拟实验仪器仪表和设备，对建立起来的实验模型进行实时仿真，构成新型的教学实验。一些基础性实验，如物理实验、机械基础实验、电子技术实验、自动控制原理与系统实验等，都可以采用虚拟的方法进行实验。虚拟实验的应用和发展，是对传统实验教学模式的补充和完善。2.2虚拟实验室的特点虚拟实验室的特点与现实的实验室相比，虚拟实验室具有它的许多优势和特点，归纳起来有下面几个：1仿真性理想的虚拟实验室环境应该达到使实验者难以分辨真假的程度（例如可视场景应随着视点的变化而变化），甚至比真的还“真”（如实现比现实更逼真的照明和音响效果）。2开放性虚拟实验室内涵的开放性，使操作器具更加广泛、信息的内容更加丰富、实验形式更加多样，实验环境呈立体地与人的多维器官相互作用。虚拟实验室外延的开放性，使它通过远程网络覆盖全民化，实验者不分性别、国别、种族、贫富等差异，实验操作不分时间、空间、条件、形式、数量等的限制，人人获得自由通过虚拟实验室进行实验之权利，人们期望已久的“实验仪器设备资源共享”的“全球实验室”理想有望真正实现。3超时空性虚拟实验室具有超时空的特点，它能够将过去世界、现在世界、未来世界、微观世界、宏观世界、客观世界、主观世界、幻想世界等拥有的物体和发生的事件单独呈现或进行有机组合，并可随时随地提供给实验者进行实验。4可操作性可操作性是虚拟实验室可在教育或其它领域实际运用的必备特性，对于教育来说，它使学生得以在其中学习需要实际操作的实验课程，也使远程实验教学可能真正实现17。2.3虚拟实验室主要具有下述主要功能:（1）教育功能让学生通过使用虚拟或真实仪器、装置或系统的模拟装置来熟悉实验过程，掌握相关技术；能满足不同知识背景学生的要求，根据其能力、实验经验等调整资源模块(如设备、组件、仪器、生成器、数据采集板等)，保证学生在单独使用模拟环境时能进行各种实验操作。（2）辅助设计功能例如现代电子系统的设计与分析，是运用EDA(ElectronicDesignAutoma2tion)，在分布式网络环境下，在EDA平台上进行设计、下载、综合、仿真，然后在实际条件下进行测试。EDA模拟软件将仪器、仪表、模拟器件、数字器件等直观地反映在计算机屏幕上，可灵活地改变电路结构和参数，反复观察实验的结果，并动态显示电路的波形。（3）协同实验和研究功能。虚拟实验室利用当前网络技术和设施，使参与试验的人员在远程相互合作，进行试验研究，为分布在世界各地的研究人员提供共同从事一个项目的分布式问题解决环境。虚拟实验室的研究可以用于许多方面，例如世界范围的大的科学研究课题，大型和复杂产品的设计和制造等。2.4虚拟实验技术在教学中的要点问题（1）网络虚拟实验室的软件系统应易于维护并具备扩展性在软件设计上要采用跨平台的组件原则，以便于维护和管理。图像、声音、动画等采用标准格式，网络应用程序必须采用跨平台设计方案，这样才能保证网络虚拟实验室的不断发展和完善。（2）网络虚拟实验室的系统运行应保证安全性与可靠性要求系统全天候安全稳定运行。网络管理员应定期对网络进行安全维护，对重数据进行备份。建设网络虚拟实验室则可在同一台微机上虚拟出数十种仪器来,实验室建设时间明显缩短,空间占用也相对浓缩,而且人机空间占比大幅度地偏向人的一方,将会有更多的学生能使用实验室,更重要也更实际地是建设的资金成本大幅下降。网络虚拟实验室还可供多种学科的实验教学共同使用,多室合一提高了使用效率。因此可以说网络虚拟实验室为实验教学转型解决了最大的成本难题。（3）虚拟实验的设计应注重交互性。网络虚拟实验室在技术上为人机间、师生间、学生间的顺畅交互提供了可能。因此为了可以更全面正地评价学生的综合实验技能，虚拟实验设计时必须注重在实验过程中增强交互性。教学人员需要从根本上利用好虚拟实验室的实质性作用，要培养以学生为中心的实验模式，让学生通过实验增强综合运用知识来分析和解决实际问题的能力。（4）虚拟实验的设计应注重科学