汽车发动机曲轴飞轮组模拟仿真拆装实验的设计(附件)【字数：8494】
摘 要 对于工科类学生来说，理论与实践的结合是十分重要的，综合能力的培养则需要更多地实践教学。然而由于学校实践场地和设备的限制，传统的实践教学并不能很好的将课本上的理论知识在实践中展示，同时因为社会的发展和需求，学生需要学习更先进的理论和技术。虚拟装配技术的运用则有助于对于机械产品结构的具体认知和零部件的虚拟设计及分析。本虚拟仿真利用三维建模软件绘制曲轴飞轮组的零件图及装配图，再将装配过程以动画的方式展示曲轴飞轮组具体的拆装步骤及细节。这个虚拟仿真设计能够解决实践教学中的诸多困难，它展示了曲轴飞轮组的具体结构和拆装步骤，能够让学生自行模拟，将自己理论知识的薄弱部分进行有针对性的练习，有助于学生对于机械结构有一个系统性的认知。
目 录
第一章 课题研究的意义和目的 1
1.1课题研究的背景 1
1.2目前国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2 国内研究现状 1
1.3课题研究的目标与内容 2
1.3.1 课题研究的目标 2
1.3.2 课题研究的内容 2
第二章 发动机曲轴飞轮组介绍 3
2.1 曲轴 3
2.2曲轴扭转减振器 4
2.3飞轮 4
第三章 建模工具介绍 6
3.1 建模工具的选择 6
3.2 UG介绍 6
第四章 建模过程 8
4.1UG操作过程简述 8
4.2曲轴飞轮组的建模 9
4.2.1曲轴的建模 9
4.2.2带轮的建模 12
4.2.3飞轮的建模 13
4.2.4减震器的建模 15
4.2.5其他零件的建模 17
第五章 动态装配的制作 21
5.1曲轴飞轮组的装配 21
5.2装配动画的制作 22
第六章 虚拟实训系统平台建设 26
6.1虚拟实训系统的搭建 26
6.2结构认知部分 26
6.3拆装视频部分 27
6.4模拟操作模块 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
27
结束语 28
致 谢 29
参考文献 30
附录 31
第一章 课题研究的意义和目的
1.1课题研究的背景
实践教学是对于课本上理论知识的理解和巩固，它将理论知识用于实际问题。但是传统的实践教学存在着许多缺陷：由于学校实践教学的资源有限，学生用来训练的实验设备都是经过多年使用，造成零件丢失和损坏的；由于时间的限制，学生在实践教学中并不会花很多时间去仔细研究一个零件的拆卸及组装；由于教学方法死板，学生们积极性不高，学过的知识很快就会忘记。然而对于汽车服务工程专业学生来说，则必须对汽车有系统地了解，能够对汽车零部件进行拆卸和安装。相比于其他机械零件，汽车零件会更加精密和复杂，大学生在实际操作过程中，细节部分会出现许多差错，对零件造成损坏，还会出现许多安全隐患。这样的话，实践教学就不能和书本上的理论知识相结合。
虚拟制造技术是以仿真技术、虚拟现实技术，将产品由设计、制造到装配的全过程在三维数字模型上进行模拟[1]。经过几十年的发展，虚拟仿真技术已经广泛应用在三维建模，仿真设计和有限元分析等领域中。虚拟仿真实际上是利用计算机技术根据实际需求建立一个可以代替实际环境的虚拟环境，学生们可以在这个虚拟环境中了解汽车具体系统的运行和具体零件的拆装。
1.2目前国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
欧美等发达国家对于虚拟仿真技术已经研究了很长一段时间，所以他们在这项技术的运用上处于国际领先地位。华盛顿州立大学首次与美国国家标准技术局共同研发了虚拟装配环境（VADE）[2]，实现了参数化CAD系统，它可以进行零件实体模型从CAD的自动转换，基于约束的装配过程仿真，和零部件参数的修改等功能。 1999年，美国Wichita州立大学,将零件模型、人体模型和夹具模型导入到虚拟环境进行仿真从而研发了基于虚拟仿真的夹具设计系统JIGPRO[3]。2003年 ,美国纽约州立大学机械与航空工程系虚拟现实技术实验室开发了基于虚拟原型的装配系统VPAVE。通过提取影响参数 ,建立一个关于形状精度和尺寸精度的影响模型 ,然后利用有限元软件分析零件的受力、变形情况 ,在虚拟环境下进行分析[3]。2005年 ,意大利 Bologna 大学利用增强现实技术开发了基于 CAD 的装配规划与验证系统PAA ( Personal Active A ssistant)。
1.2.2 国内研究现状
相对于欧美国家来说，我国的虚拟仿真技术起步较晚，发展相对落后，但是国家对于虚拟技术领域大力支持，制定了一系列研究项目。所以现在我国处于高速发展阶段，发展速度很快，取得了不少研究成果。浙江大学CAD&CG国家重点实验室设计的虚拟装配设计系统实现了直接在虚拟环境中修改和设计零件[4]。 2002年，清华大学的CMIS中心开发了虚拟装配支持系统，实现了产品的数字化预装配，装配工艺规划并产生装配工艺卡片。虽然在虚拟技术的应用上，我国还比不过欧美等发达国家，但是随着进一步深入的研究，在虚拟仿真领域中，我们一定会超越其他国家。
1.3课题研究的目标与内容
1.3.1 课题研究的目标
《汽车构造》是一门非常重要和基础的学科，在教学过程中发动机拆装实习重视探究和协助性学习，但是目前发动机的拆装实训还处于传统的教学方法上。并且在实训中还存在着诸多问题。例如：实验设备经过多年使用，零件丢失和损坏，使得拆装实习不能完全印证在课堂上学习的知识，很大程度上影响了学生的实习效果；发动机种类繁多，结构复杂，随着技术的发展，学校所能提供的种类有限，使得学生不能了解更多机型相关知识。而且因为个数有限，不能保证每一个同学都动手操作一遍。所以如果设计一个虚拟仿真平台，利用虚拟现实技术，将汽车的系统结构，拆装步骤和操作视频放入这个仿真平台。这样就能够将发动机零件利用虚拟技术在电脑上实现一个可视化的具体拆装过程，就能够让学生们更加直观和具体地观察零件的结构和装配关系，激发了学生们的学习兴趣。同时避免了实践教学中对于汽车零件的损坏，和实际有可能发生的安全事故。因此本文基于UG建模软件设计一个发动机曲轴飞轮组虚拟拆装实验，在UG上进行三维实体建模和拆装模拟以便学生在网上自行模拟各个零件之间的拆装与装配，有利于课程的理解与巩固[5]。
目 录
第一章 课题研究的意义和目的 1
1.1课题研究的背景 1
1.2目前国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2 国内研究现状 1
1.3课题研究的目标与内容 2
1.3.1 课题研究的目标 2
1.3.2 课题研究的内容 2
第二章 发动机曲轴飞轮组介绍 3
2.1 曲轴 3
2.2曲轴扭转减振器 4
2.3飞轮 4
第三章 建模工具介绍 6
3.1 建模工具的选择 6
3.2 UG介绍 6
第四章 建模过程 8
4.1UG操作过程简述 8
4.2曲轴飞轮组的建模 9
4.2.1曲轴的建模 9
4.2.2带轮的建模 12
4.2.3飞轮的建模 13
4.2.4减震器的建模 15
4.2.5其他零件的建模 17
第五章 动态装配的制作 21
5.1曲轴飞轮组的装配 21
5.2装配动画的制作 22
第六章 虚拟实训系统平台建设 26
6.1虚拟实训系统的搭建 26
6.2结构认知部分 26
6.3拆装视频部分 27
6.4模拟操作模块 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
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结束语 28
致 谢 29
参考文献 30
附录 31
第一章 课题研究的意义和目的
1.1课题研究的背景
实践教学是对于课本上理论知识的理解和巩固，它将理论知识用于实际问题。但是传统的实践教学存在着许多缺陷：由于学校实践教学的资源有限，学生用来训练的实验设备都是经过多年使用，造成零件丢失和损坏的；由于时间的限制，学生在实践教学中并不会花很多时间去仔细研究一个零件的拆卸及组装；由于教学方法死板，学生们积极性不高，学过的知识很快就会忘记。然而对于汽车服务工程专业学生来说，则必须对汽车有系统地了解，能够对汽车零部件进行拆卸和安装。相比于其他机械零件，汽车零件会更加精密和复杂，大学生在实际操作过程中，细节部分会出现许多差错，对零件造成损坏，还会出现许多安全隐患。这样的话，实践教学就不能和书本上的理论知识相结合。
虚拟制造技术是以仿真技术、虚拟现实技术，将产品由设计、制造到装配的全过程在三维数字模型上进行模拟[1]。经过几十年的发展，虚拟仿真技术已经广泛应用在三维建模，仿真设计和有限元分析等领域中。虚拟仿真实际上是利用计算机技术根据实际需求建立一个可以代替实际环境的虚拟环境，学生们可以在这个虚拟环境中了解汽车具体系统的运行和具体零件的拆装。
1.2目前国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
欧美等发达国家对于虚拟仿真技术已经研究了很长一段时间，所以他们在这项技术的运用上处于国际领先地位。华盛顿州立大学首次与美国国家标准技术局共同研发了虚拟装配环境（VADE）[2]，实现了参数化CAD系统，它可以进行零件实体模型从CAD的自动转换，基于约束的装配过程仿真，和零部件参数的修改等功能。 1999年，美国Wichita州立大学,将零件模型、人体模型和夹具模型导入到虚拟环境进行仿真从而研发了基于虚拟仿真的夹具设计系统JIGPRO[3]。2003年 ,美国纽约州立大学机械与航空工程系虚拟现实技术实验室开发了基于虚拟原型的装配系统VPAVE。通过提取影响参数 ,建立一个关于形状精度和尺寸精度的影响模型 ,然后利用有限元软件分析零件的受力、变形情况 ,在虚拟环境下进行分析[3]。2005年 ,意大利 Bologna 大学利用增强现实技术开发了基于 CAD 的装配规划与验证系统PAA ( Personal Active A ssistant)。
1.2.2 国内研究现状
相对于欧美国家来说，我国的虚拟仿真技术起步较晚，发展相对落后，但是国家对于虚拟技术领域大力支持，制定了一系列研究项目。所以现在我国处于高速发展阶段，发展速度很快，取得了不少研究成果。浙江大学CAD&CG国家重点实验室设计的虚拟装配设计系统实现了直接在虚拟环境中修改和设计零件[4]。 2002年，清华大学的CMIS中心开发了虚拟装配支持系统，实现了产品的数字化预装配，装配工艺规划并产生装配工艺卡片。虽然在虚拟技术的应用上，我国还比不过欧美等发达国家，但是随着进一步深入的研究，在虚拟仿真领域中，我们一定会超越其他国家。
1.3课题研究的目标与内容
1.3.1 课题研究的目标
《汽车构造》是一门非常重要和基础的学科，在教学过程中发动机拆装实习重视探究和协助性学习，但是目前发动机的拆装实训还处于传统的教学方法上。并且在实训中还存在着诸多问题。例如：实验设备经过多年使用，零件丢失和损坏，使得拆装实习不能完全印证在课堂上学习的知识，很大程度上影响了学生的实习效果；发动机种类繁多，结构复杂，随着技术的发展，学校所能提供的种类有限，使得学生不能了解更多机型相关知识。而且因为个数有限，不能保证每一个同学都动手操作一遍。所以如果设计一个虚拟仿真平台，利用虚拟现实技术，将汽车的系统结构，拆装步骤和操作视频放入这个仿真平台。这样就能够将发动机零件利用虚拟技术在电脑上实现一个可视化的具体拆装过程，就能够让学生们更加直观和具体地观察零件的结构和装配关系，激发了学生们的学习兴趣。同时避免了实践教学中对于汽车零件的损坏，和实际有可能发生的安全事故。因此本文基于UG建模软件设计一个发动机曲轴飞轮组虚拟拆装实验，在UG上进行三维实体建模和拆装模拟以便学生在网上自行模拟各个零件之间的拆装与装配，有利于课程的理解与巩固[5]。
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