摘要：本文是針對目前汽車職業(yè)院校普遍面臨的實(shí)物教學(xué)困難、經(jīng)費(fèi)投資大的問題，提出建立一個(gè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)仿真教學(xué)系統(tǒng)的構(gòu)建實(shí)施方案。本方案先對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的組成與結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在CATIA V5平臺(tái)中，對標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行參數(shù)化建模，對非標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行測繪后建立相關(guān)零件庫，將零件庫的零件由小到大逐步完成裝配，最后將這個(gè)組裝好的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，生成相關(guān)的文件使其能便于教學(xué)。通過本方案，將發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部可視化，從而建立汽車發(fā)動(dòng)機(jī)仿真教學(xué)系統(tǒng)，很好的解決了課堂教學(xué)中發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)拆裝困難以及職業(yè)教育中面臨的場地經(jīng)費(fèi)問題。

關(guān)鍵詞：汽車教學(xué)；發(fā)動(dòng)機(jī)；零件庫；仿真；CATIA

中圖分類號(hào)：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9599 （2012） 21-0000-02

1 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)仿真教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建意義

在職業(yè)教育教學(xué)中，采用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用在模擬仿真加工方面的比較多，在汽車仿真教學(xué)中應(yīng)用較少，因此，本系統(tǒng)的創(chuàng)建，對汽車專業(yè)學(xué)生的實(shí)習(xí)訓(xùn)練和教學(xué)都有重大意義。原因有以下幾個(gè)方面：

（1）通過本系統(tǒng)，可以緩解職業(yè)院校對實(shí)訓(xùn)設(shè)備投入的不足及實(shí)習(xí)訓(xùn)練場地的限制，同時(shí)也可以代替實(shí)物訓(xùn)練，大大縮短了學(xué)生訓(xùn)練的時(shí)間，提高教學(xué)效率，也大量地節(jié)約了原材料的消耗。（2）通過本系統(tǒng)在學(xué)生訓(xùn)練中的應(yīng)用，可以極大地提高學(xué)生對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系的了解，還可以避免產(chǎn)生在實(shí)物訓(xùn)練過程中的機(jī)械損耗。也可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，也有利于教師對學(xué)生的集中現(xiàn)場指導(dǎo)和因材施教個(gè)性化指導(dǎo)；學(xué)生在運(yùn)用本系統(tǒng)進(jìn)行裝配過程中，如對零件的結(jié)構(gòu)有創(chuàng)造性的意見，可以即時(shí)對零件進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，達(dá)到零件優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。（3）可以在本系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加故障排除與檢測功能，通過故障再現(xiàn)和模擬處理，可以大大提高學(xué)生的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)；可以在本系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加教學(xué)考核功能，通過軟件中的考核程序讓學(xué)生實(shí)行模擬拆裝、故障排除等考核，既準(zhǔn)確、快速又能做到及時(shí)反饋，提高了教學(xué)效果。

2 汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件三維模型創(chuàng)建步驟

2.1 零件整理

先對某一型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)整體的了解和規(guī)劃，理清它的組成。然后按部件分類，測繪出每一個(gè)零件的二維工程圖。在此過程中要對零件用阿拉伯?dāng)?shù)字或者英文名稱命名，以便于零件庫創(chuàng)建時(shí)使用。同時(shí)要認(rèn)真分析每個(gè)零件的設(shè)計(jì)意圖，每一步均要形成文字并記錄下來（如表1-1所示）。

2.2 零件分析

逐一對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零件的功能及特點(diǎn)進(jìn)行分析和了解，條件允許或必要時(shí)對某些零件進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，以達(dá)到零件優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。再對某一組件內(nèi)的零件分為標(biāo)準(zhǔn)件和非標(biāo)準(zhǔn)件兩大類，以便于模擬裝配式隨時(shí)從零件庫中調(diào)用零件。

2.3 創(chuàng)建模型

使用CATIA V5軟件逐個(gè)創(chuàng)建零件模型，并以表1-1所示命名零件文件。創(chuàng)建模型時(shí)，可以針對不同的零件特征，采用不同的建模方式。

1）根據(jù)零件特征進(jìn)行建模。通過實(shí)物測繪，分析零件的實(shí)體特征，在CATIA的草圖工作臺(tái)上畫出草圖圖形，利用基于草圖的特征工具進(jìn)行增料、除料等工具進(jìn)行操作完成零件的主體特征，然后進(jìn)行修飾特征添加材料等操作。像活塞、缸體、曲軸、凸輪軸等都可以采用此種方式進(jìn)行建模。

2）利用參數(shù)化進(jìn)行零件建模。對于有相似特征，尺寸不同的零件，可以采取參數(shù)化建模，這樣的話可以避免減少勞動(dòng)量。像發(fā)動(dòng)機(jī)端蓋、螺釘、螺栓、活塞、齒輪等零件，因?yàn)樗麄兊耐負(fù)浣Y(jié)構(gòu)變化不大，所以在設(shè)計(jì)過程中，都可以采用參數(shù)化設(shè)計(jì)。

3）利用關(guān)系式建模。通過使用關(guān)系式，可以控制零件模型中尺寸之間存在的依賴關(guān)系或裝配過程中各部件之間的鏈接關(guān)系等，從而可以方便地設(shè)計(jì)出一系列不同的產(chǎn)品。當(dāng)完成零件或裝配關(guān)系式的編輯后，對零件設(shè)計(jì)來說，若改變其中某一個(gè)尺寸，則與該尺寸存在關(guān)系式的其他尺寸將作相應(yīng)的變化；對裝配件來說，若改變其中的零件，則與其對應(yīng)的零件將發(fā)生相應(yīng)的變化，同時(shí)裝配體自動(dòng)更新。關(guān)系式可以用來提供某一尺寸值，或者是當(dāng)加工的條件違反了關(guān)系的限制時(shí)，系統(tǒng)將出現(xiàn)警示。像正時(shí)齒輪之間的設(shè)計(jì)，就可以采用關(guān)系式。

4 建立發(fā)動(dòng)機(jī)零件庫和模塊化設(shè)計(jì)

構(gòu)成發(fā)動(dòng)機(jī)的零件眾多，在裝配過程中如何找到需要的零件是一件非常棘手而且麻煩的事情，如果不對其進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的管理，勢必在裝配過程中費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。

在汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的建模過程中發(fā)現(xiàn)，大部分的零件外形極為相似，如齒輪、螺釘?shù)葮?biāo)準(zhǔn)零件，可以直接調(diào)用的約有50%左右，還有25%左右的零件不需重新設(shè)計(jì)與建模，只需在以前設(shè)計(jì)的零件基礎(chǔ)上通過小小的修改或者經(jīng)過尺寸參數(shù)化驅(qū)動(dòng)即可使用，但是每次設(shè)計(jì)時(shí)，由于零件數(shù)量較多可能忘記了存放位置，這樣不便于提高設(shè)計(jì)效率。

由上可知，必須建立一個(gè)能夠?qū)α慵M(jìn)行科學(xué)化、系統(tǒng)化的管理系統(tǒng)，采用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)零件庫，可以專門來管理這些文檔和零件，在調(diào)用時(shí)非常方便，大大提高了工作效率。

5 發(fā)動(dòng)機(jī)的虛擬裝配

虛擬裝配零部件的具體步驟：在CATIA所提供的裝配工作臺(tái)上，導(dǎo)入需裝配的零部件（CATIA提供的插入部件的方法主要有插入部件、插入產(chǎn)品、插入新部件也插入已存在的部件等）。然后，對零部件進(jìn)行適當(dāng)?shù)募s束并建立裝配關(guān)系，根據(jù)不同零件的裝配要求，選用不同的約束關(guān)系。最后得到完整的裝配模型。

裝配完成后，通過CATIA V5提供的干涉檢驗(yàn)和截面分析工具對裝配情況進(jìn)行檢驗(yàn)，對裝配時(shí)出現(xiàn)的干涉現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)整。另外還可以由軟件自動(dòng)生成裝配分解圖，檢查各組件的鏈接關(guān)系及裝配關(guān)系是否正確，觀察整機(jī)在裝配過程中有無遺漏和不合理現(xiàn)象，對存在問題的可及時(shí)作出相應(yīng)的調(diào)整。

6 發(fā)動(dòng)機(jī)的虛擬仿真

在裝配的基礎(chǔ)上，可以切換至DMU仿真運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，建立相關(guān)的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，設(shè)置固定件，相對運(yùn)動(dòng)副，添加驅(qū)動(dòng)命令，當(dāng)系統(tǒng)提示可以模擬運(yùn)動(dòng)時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)仿真。通過仿真，可以再對完成的部件之間進(jìn)行干涉分析，調(diào)整零件模型。

在設(shè)計(jì)完成后，可以把相關(guān)文件保存為FLSH文件，方便教師在授課的過程中給學(xué)生動(dòng)畫演示，同時(shí)也可以再結(jié)合編程軟件，設(shè)計(jì)出一套可以讓學(xué)生點(diǎn)擊裝配拆卸的教學(xué)軟件，從而提高教學(xué)效果，節(jié)省學(xué)校資源開支。

參考文獻(xiàn)：

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[3]時(shí)培成等.虛擬仿真技術(shù)在車輛工程實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息，2009

[作者簡介]

魏冬至（1978-），男，河南鞏義人，武漢理工大學(xué)碩士，講師，主要研究方向：汽車電子及電氣方向。張梅紅（1978-），女，山東東明人，武漢理工大學(xué)碩士，講師，主要研究方向：汽車新技術(shù)。