內燃機裝配工藝虛擬仿真實驗系統開發

馬富康

[摘? ? ? ? ? ?要]? 內燃機裝配工藝對其使用壽命、安全性、經濟性和動力性有顯著作用。內燃機裝配工藝規程主要針對裝配內容、方法、流程、技術、工具等進行了約束和管理。在內燃機裝配工藝實習實訓中，由于經費、場地、設備等原因，學生的動手參與度較低。旨在通過進行內燃機裝配工藝虛擬仿真實驗系統開發，完成內燃機零部件結構認知、特征展示以及裝配工藝的實習實訓。

[關? ? 鍵? ?詞]? 內燃機;裝配工藝;虛擬仿真實驗;系統開發

[中圖分類號]? TK406? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]? A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文章編號]? 2096-0603（2021）28-0166-02

一、虛擬仿真實驗方案設計

（一）設計思路

內燃機裝配工藝虛擬仿真實驗方案包含零部件認知、裝配前準備、裝配實驗操作三個方面。具體包括以下方面。

1.內燃機關鍵零部件結構認知。用戶登錄進入實驗，回顧和認識要組裝的組件，包括：機體、曲軸、連桿組、活塞組、氣缸蓋、氣缸套、凸輪軸、氣門、氣門室罩、曲軸上瓦片、曲軸下瓦片、軸承蓋等。

2.內燃機裝配前準備。用戶掌握裝配前的技術標準、清洗準備、裝配要點以及總成的檢驗與裝配。

3.內燃機裝配工藝實驗。用戶按照內燃機整機裝配工藝流程，依次完成氣缸套裝配、曲軸組裝配、活塞連桿組裝配、油底殼裝配、氣缸墊裝配、氣缸蓋總成裝配以及其他系統及附件裝配。在實驗過程中，每一步操作均對應有知識點提示和考核點要求，記錄學生的裝配操作和工藝過程，作為成績評定依據。

（二）教學方法

采用多媒體知識點講解、視頻演示以及虛擬實訓相結合的教學方法開展本實驗，具體方法如下。

1.知識點講解針對內燃機裝配前的技術標準、清洗準備、裝配要點以及總成的檢驗與裝配進行學習，使學生了解虛擬仿真的目的、原理以及方法。

2.虛擬實訓主要針對仿真實驗開展過程中的關鍵步驟進行仿真訓練，實現裝配工藝規程的實訓和知識點的考核。

（三）評價體系

評價體系包含過程評價與實驗報告兩部分。

1.過程評價：結合虛擬仿真實驗的特點，該評價體系側重于過程評價環節，其分值占總成績比例為50%，評價依據為每一個關鍵操作步驟的完成時間與完成質量。

2.實驗報告：實驗報告占總成績比例為50%，評價指標為：報告書寫的規范性、仿真實驗結果的正確性、分析評價的合理性等。

二、虛擬仿真實驗系統開發

內燃機裝配工藝虛擬仿真實驗系統架構如圖1所示。該實驗系統參照實際實驗操作流程，實現了實驗教學內容的認知、實驗準備和實驗操作各環節及規范流程，實驗的各個環節配套相關的知識點學習與考核，實現了賬戶的互聯網登錄和實驗操作數據的網絡存儲，為后續的系統擴展提供了基礎支撐。

內燃機裝配工藝虛擬仿真實驗采用人機交互界面設計和體驗，配套3D仿真、HTML5開發技術，運用Unity3D、數據庫技術，通過互聯網提供內燃機裝配工藝工程的實訓。通過交互式仿真實驗設計，從實驗零部件認知、裝配前準備、實驗裝配操作三個方面進行，將傳統線下實驗過程與線上實驗教學相結合，利用JAVA技術進行平臺開發，運用Unity3D仿真技術將實驗內容與知識點、考核點融合，提升實驗教學的全面性和有效性，實現理論教學與實踐訓練的統一。

三、內燃機整機裝配虛擬仿真實驗說明

（一）實驗教學目的

1.通過虛擬認知組件模塊，鞏固和加強發動機組件的認知，為后續的裝配工藝實施奠定必要的基礎。

2.通過虛擬裝配前準備模塊，熟悉發動機裝配的技術標準、清洗操作、裝配要點以及檢驗方法，培養良好的工作習慣。

3.通過虛擬實驗裝配模塊，掌握組件正確的裝配方法和工藝過程，解決學生在裝配過程中對零部件損壞以及安全的問題。

4.利用實驗系統，完成實驗操作、工藝過程分析及實驗數據的提取。

（二）實驗教學原理

本實驗系統通過發動機組件認知模塊、裝配準備模塊和裝配實驗模塊，重點針對發動機裝配過程的工藝規程進行仿真實訓，包括：技術標準、裝配方法、檢驗要點以及相關的分析和計算。具體包括以下10個知識點。

1.選用同尺寸分組的氣缸套進行裝配，氣缸套壓入氣缸體中，并使氣缸套臺肩與氣缸體上口的平面緊密貼合，同時檢查氣缸套突出高度。

2.選配主軸瓦、要涂潤滑油、各軸承蓋順序不能亂、注意軸承蓋的箭頭朝向應朝向前端。

3.主軸瓦凸肩應嵌入機體軸承座孔凸肩槽內，注意觀察機體上的油孔是否在軸瓦油槽范圍內。

4.曲軸主軸蓋、主軸承、止推墊片按標記并注意方向和對應位置，氣缸體的軸承座油孔應與軸瓦油孔對齊，調整墊片按調試的位置安放調整墊片。

5.活塞、連桿、連桿軸瓦應按標記配對，檢查安裝方向并與氣缸對號入座看是否準確無誤，然后進行裝配。

6.活塞、活塞銷、連桿小頭裝配精度的保證方法，分組裝配的計算方法以及間隙調整。

7.活塞環的裝配方法及其調整、檢驗，三道活塞環端口互錯120°，以防開口重疊時，混合氣從開口處竄入曲軸箱。