一種發動機動態模擬教具的開發

何 濤

（安徽省汽車工業學校，安徽 合肥 231131）

如何利用學校現有資源，開發出具有學校特色、成本低廉的教具，通過學生實訓提升全方位技能水平，切實提高人才培養質量，成為各中職學校面臨的主要問題。

1 中職實訓面臨的問題

國務院《關于加快發展現代職業教育的決定》中提出，職業院校各類專業的人才培養水平要大幅提高，特別是加強實訓設備配備水平和實訓能力，教學過程中廣泛應用現代信息技術，提高職業院校信息化教學能力。中職汽車運用與維修專業的人才培養目標是讓學生獲得先進的汽車故障診斷和維修技術，掌握現代汽車維修基本操作技能，能夠迅速融入汽車維修企業，符合崗位要求，成為汽車維修行業的一線技師。

2 汽車發動機動態模擬教具開發思路

汽車運用與維修專業是中職學校傳統專業，教學過程中所采用的教具多為實物，而汽車零部件存在價格高、重量大和搬運不便等情況，為教師課堂教學帶來諸多不便。發動機動態模擬教具則依托現有3D打印技術專業優勢，利用3D打印技術將發動機各零件使用熱塑性材料加工后再進行裝配，既降低了發動機裝配體積和重量，而且成本低廉，同時可以為3D打印技術專業學生提供實訓機會，可謂一舉多得，教具開發流程如圖1所示。

圖1 教具開發流程

3 發動機工作原理

汽車發動機每次完成一個工作循環，包括進氣、壓縮、做功、排氣四個過程，在一個工作循環中活塞往復上下運動兩次，曲軸旋轉兩圈，凸輪軸旋轉一圈，發動機循環過程如圖2所示。

圖2 發動機工作循環過程

4 發動機零件3D建模

零件3D建模方法很多，文章采用Autodesk公司的Inventor軟件對零件進行特征建模，對零件實測后按照國家制圖標準繪制零件圖，再根據零件圖繪制零件三維立體模型。部分零件三維模型如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖3 活塞三維模型

圖4 連桿三維模型

圖5 單缸曲軸三維模型

圖6 缸體三維模型

5 發動機虛擬裝配

采用單一的裝配方法對產品的設計和裝配特征體現的不太完善，所以本次虛擬裝配采用自底向上和自上向下相混合的裝配方法。發動機虛擬裝配圖和爆炸圖如圖7、圖8所示。

圖7 發動機虛擬裝配圖

圖8 爆炸圖

6 3D打印零件實體

3D打印技術是一門新興技術，也是快速成型技術中的一種。它是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。各零件實體如圖9所示。

圖9 各零件實體

7 組裝演示

確定裝配順序對發動機的實際裝配具有重要的意義，根據零件各自特點和位置要求，分析各部件構成，確定各部件間裝配結構及零件裝配的先后順序，按照虛擬裝配模擬順序完成零件實體裝配，并保留裝配過程錄像。

8 結語

本次教具開發涉及汽車發動機相關技術、融合現代制造技術中的3D打印技術快速完成零件實體加工，總體成本低廉。制作的教具體積小、質量輕，便于課堂教學的便攜性。同時還可作為計算機輔助設計、3D打印等相關專業學生實訓教學項目，具有較好的實際應用性和普及價值。

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