三維虛擬技術(shù)在自動(dòng)變速器檢測(cè)與維修課程教學(xué)中的應(yīng)用

解衛(wèi)華+沈愛(ài)蓮

摘 要：汽車傳動(dòng)系統(tǒng)是汽車機(jī)械系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，而自動(dòng)變速器更是其中的重中之重。根據(jù)目前該課程教學(xué)中存在的一系列問(wèn)題，應(yīng)采用三維虛擬技術(shù)改善該課程的教學(xué)手段，利用三維軟件對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行逆向建模，用爆炸圖來(lái)說(shuō)明其中拆裝順序，用仿真動(dòng)畫來(lái)演示其中結(jié)構(gòu)原理，可增強(qiáng)可視性，提高課堂教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：三維虛擬技術(shù)；自動(dòng)變速器課程；可視化

目前，汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。自動(dòng)變速器因其操作的便利性以及使用的舒適性，在現(xiàn)代汽車配置中顯示出檔次，在車輛中占用的比例也越來(lái)越高。自動(dòng)變速器結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，集機(jī)、電、液技術(shù)于一體，包含液力變矩器、行星齒輪組、電氣控制部分、換擋執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。機(jī)械部分包含了離合器、制動(dòng)器、活塞機(jī)構(gòu)等，而其中的油路尤為復(fù)雜，使得拆裝難度加大，導(dǎo)致教師在授課過(guò)程中講述原理及應(yīng)用時(shí)捉襟見(jiàn)肘，在一定程度上影響課堂教學(xué)效果。將三維虛擬技術(shù)廣泛范圍應(yīng)用于汽車的設(shè)計(jì)裝配中，極大地提高了生產(chǎn)設(shè)計(jì)效率。本文則將三維虛擬技術(shù)應(yīng)用到自動(dòng)變速器檢測(cè)與維修課程的日常教學(xué)中，以增強(qiáng)可視化效果。

一、目前存在的問(wèn)題

1.拆裝過(guò)程演示困難

目前自動(dòng)變速器檢測(cè)與維修教學(xué)中，普遍是教師先示范。因?yàn)閷W(xué)生人數(shù)眾多，導(dǎo)致示范的過(guò)程中很多學(xué)生看不清楚。因此，在拆裝過(guò)程當(dāng)中由于操作的不規(guī)范或操作不得要領(lǐng)導(dǎo)致設(shè)備損壞，造成教學(xué)上設(shè)備的浪費(fèi)；或者學(xué)生通過(guò)查詢維修手冊(cè)進(jìn)行拆裝，形成了一道難以逾越的藩墻。例如，自動(dòng)變速器拆裝部分順序是這樣描述：首先取下B2、K2、K1、K32，拆下后端蓋及輸出軸固定螺栓，然后取出輸出軸、花鍵轂、太陽(yáng)轂。

2.原理演示不直觀

自動(dòng)變速器是集機(jī)電液一體的合成體，其結(jié)構(gòu)原理相對(duì)復(fù)雜，學(xué)生無(wú)法多視圖地觀察其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，更難以理解其中的原理，因此，將其中的原理表達(dá)清楚比較困難。以自動(dòng)變速器中的K2離合器為例，現(xiàn)在很多教學(xué)采用的是靜態(tài)的圖片演示或二維圖片動(dòng)畫，內(nèi)容不夠形象。

二、實(shí)施方法

針對(duì)零部件和模型等表達(dá)不夠清晰的問(wèn)題，我們引入三維虛擬技術(shù)。

1.零部件模型建立

對(duì)自動(dòng)變速器零部件進(jìn)行建模是最關(guān)鍵的一步。本例中大部分零部件采用簡(jiǎn)單測(cè)繪技術(shù)重構(gòu)，再導(dǎo)入SolidWorks中。變速器模型主要由以下部分組成：

（1）行星齒輪組。行星齒輪組主要用來(lái)改變速度比和力矩的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)離合器制動(dòng)器等對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)或制動(dòng)，來(lái)獲得不同的速比和輸出轉(zhuǎn)速的方向。其中的大部分齒輪是斜齒輪，但是對(duì)斜齒輪的測(cè)量有一定的難度，如果知道斜齒輪的基本參數(shù)測(cè)量也是可以得到順利解決的。（2）制動(dòng)器和離合器。制動(dòng)器和離合器是變速器中用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同擋位的零部件。其中01M等采用的結(jié)構(gòu)基本都是摩擦片和鋼片的組合，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。（3）滑閥箱。這是變速器的控制部分，是切換油路的執(zhí)行元件，里面包含各種液控閥和電磁閥。（4）油泵。其作用是為變速箱變矩器提供液壓油，其中結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)吸油和壓油兩個(gè)動(dòng)作來(lái)完成。（5）液力變矩器。能實(shí)現(xiàn)動(dòng)力和力矩的傳遞。

2.三維虛擬裝配

采用SolidWorks里面的各種功能，如爆炸視圖，動(dòng)畫仿真，視圖渲染等三維虛擬技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)教學(xué)中的各種目標(biāo)。以K2的活塞為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明三維虛擬技術(shù)在自動(dòng)變速器檢測(cè)維修教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)。即可以利用其中爆炸圖的功能，做出動(dòng)畫來(lái)說(shuō)明其中的拆裝順序步驟；可以通過(guò)三維虛擬技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)要說(shuō)明其原理圖，如工作時(shí)，活塞在液壓油由1-油孔進(jìn)入，由K2殼體和活塞形成空腔，進(jìn)而推動(dòng)3-活塞往下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)執(zhí)行動(dòng)作結(jié)束時(shí)，活塞在4-回位彈簧作用下回位。（如圖1）

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)三維虛擬技術(shù)可以多視角地觀察每個(gè)零部件的結(jié)構(gòu)，甚至可以通過(guò)剖視圖來(lái)看清內(nèi)部結(jié)構(gòu)，通過(guò)動(dòng)畫形象直觀地說(shuō)明拆卸和安裝；同時(shí)，可以擴(kuò)充到汽車檢測(cè)維修其他部分的機(jī)械拆裝維修教學(xué)，進(jìn)而提高教學(xué)和維修入門的效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳家瑞.汽車構(gòu)造：下冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]郭龍.基于π演算的汽車底盤測(cè)功機(jī)智能主體VR系統(tǒng)的研究[D].天津：天津大學(xué)，2009.

作者簡(jiǎn)介：解衛(wèi)華（1985— ），男，浙江臺(tái)州人，碩士，研究方向：CAD，汽車檢測(cè)與維修；沈愛(ài)蓮（1975— ），女，浙江臺(tái)州人，副教授，研究方向：汽車電子，汽車檢測(cè)與維修。