汽车齿轮齿条式转向器虚拟拆装试验系统的设计
摘 要 目前，多媒体化教学很大程度上弥补了传统教学课堂吸引力不足等问题。然而，由于时间，环境，学生安排等外界因素的影响，对汽车专业相关的拆装试验教学还是产生了一定影响。直观的表现为，试验设备，平台的不足导致学生试验时间不足，影响教学质量，然而配置大量的设配来满足需求也是不现实的。于是，需要简单运用虚拟现实技术，从对汽车中的转向器拆装过程进行虚拟动态演示，进一步研究开发《汽车构造II》课程的虚拟拆装试验系统。 汽车齿轮齿齿条式转向器结构简单，工作可靠，加工方便，寿命长，在使用中不需要调整齿轮齿条的间隙，因而在汽车上得到了广泛的应用。齿轮齿条式转向器由转向齿轮，转向齿条，预紧力调整装置和壳体组成。转向齿轮通过轴承支撑在壳体内，转向齿轮的一端与转向轴联接，另一端与转向齿条啮合，将齿轮的转动转变为齿条的移动，再通过转向横拉杆，转向节臂使转向节转动。 UG软件是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种复杂实体及造型的建构。它的主要功能可以分为工业设计、产品设计（及仿真、确认和优化）、NC加工、模具设计等。UG是集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。 本设计以汽车齿轮齿条式转向器为例，用UG软件对其各个零部件建模，完成装配，并制作拆装视频，建立教学网站。帮助学生更加直观地认知转向器的各个零部件，工作原理和拆装过程，从而减少设备损失，人员浪费，节省经费，提高安全性，有利于试验内容、试验设备的更新，还可以解决远程教学中的试验操作问题。
目 录
第一章 设计的意义和目的 1
1.1 设计的意义 1
1.2虚拟实验国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2国内研究现状 2
1.3研究的目的 2
1.3.1研究的目标 2
1.3.2研究的内容 2
第二章 相关软件的介绍 3
2.1 UG软件的介绍 3
2.1.1 UG软件的发展 3
2.1.2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
UG软件的功能 3
2.2 Pro/E软件的介绍 3
2.2.1 Pro/E软件的发展 4
2.2.2 Pro/E软件的功能 4
2.2.3 Pro/E软件的界面 4
第三章 转向器模拟拆装实验的设计 5
3.1相关零件三维模型的创建 5
3.1.1齿条的建模过程 9
3.1.2壳体的建模过程 9
3.2转向器动态拆装过程的设计 15
3.3 建立简易的教学网站 18
结束语 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
第一章 设计的意义和目的
1.1设计的意义
教学网站是网络教学的一种表现形式，而网络教学是指利用网络和信息技术构建一种新型的学习环境，其主要特点是学习主动性强，可以不受时间和地域限制，以学生的学习活动为教学中心，充分地利用丰富的网上教学资源，教育者与学习者间实现了实时交互，有利于学生进行自主探索和个性化学习，较好地实现以学为主的教学模式。在现实条件下，与传动教育相结合，相辅相成，对教学质量的提高和教学周期的缩短有重大帮助。
以汽车专业为例，老师生动的讲述并辅助以现代化的媒体设备，直观地展示
出教学内容，确实能激发我们的学习兴趣，调动我们学习的积极性。但是，虽然
是小班教育，可在有限的课堂时间里，大部分学生还是较难做到与老师的交互，
课后也只能依赖于课堂笔记。另外，由于时间，环境，学生安排等外界因素的影
响，汽车专业相关的拆装试验的现实教学同样存在不足。直观的表现为，试验设
备，平台的不足导致学生试验时间不足，影响教学质量，然而配置大量的设配来
满足需求也是不现实的。这些缺点客观存在，也需要去解决。
1.2虚拟实验国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
虚拟实验(Virtual Laboratory ,VL)的概念,最早是由美国弗吉尼亚大学(University of Virginia)的威廉沃尔夫(William Wolf)教授于1989 年首先提出的,其初衷是为了方便不同实验室中的科研人员共享彼此的数据、仪器,并能交流思想和进行远程科研合作。
目前,网络虚拟实验系统在发达国家已十分普及。例如，VLAB是美国俄勒冈大学物理系主办的物理实验网站。该网站包含了天体物理、能量与环境、力学、热学等方面的几十种虚拟实验。该系统采用Java语言开发，实验程序需要从服务器端下载，并运行在客户机上。另外一个典型例子是2004年美国巴尔的摩的约翰霍普金斯大学教育资源中心发起的基于Java技术的虚拟物理实验室项目。学生通过调节实验参数来观察各种实验现象和实验结果。该实验室的实验程序基于Java?Applet技术实现实验界面与仿真算法，将其嵌入到网站中，客户端只需一个集成Java虚拟机的浏览器即可运行仿真。
本文涉及的是其中的拆装实验。虚拟拆装试验就是在虚拟现实环境中，利用数字化模型代替实物原型，进行拆装试验。这得益于虚拟现实技术的成熟，此次课题所用到的虚拟试验技术就是它的一项应用。虚拟试验概念是由西方发达国家率先提出的，并投入了大量的科研经费和时间，尤其在一些优秀教育机构里，虚拟试验的普及程度相当高。当然发达国家的很多企业在虚拟试验方面的应用也取 得了很大的进步，而且能够为虚拟仪器技术的研究和系统的开发提供必要的硬件条件，典型的有：美国波音公司 1994 年设计的 777 飞机就是采用虚拟试验技术来实现的，飞机的整机设计、装配和测试都是在计算机中实现的。
1.2.2国内研究现状
在国内，尤其是在各大高校中，虚拟实验技术的应用越来越被人们所重视。然而，我国的虚拟试验系统发展相对较晚，大部分局限于航天制造业和武器装备制造业等企业中，并且大多停留在初级阶段。但可喜的是之后快速发展，尤其在高校中研究，运用较多，并取得一系列显著成果。
目前一些高校和企业单位已建立了虚拟试验系统。例如，清华大学利用 Vegas 软件，构建了虚拟驾驶仿真试验平台，十分逼真的模拟了汽车驾驶环境，满足不同条件下的驾驶需求，可以实现亲身体验驾驶汽车的功能，并且向学生开放，其产生的作用不言而喻。华中理工大学机械学院工程测试实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用。四川联合大学基于虚拟仪器的设计思路，研制了航空电台二线综合测试仪，将八台仪器集成于一体，组成虚拟仪器系统。
1.3研究的目的
1.3.1研究的目标
需要简单运用虚拟现实技术，以对汽车中的转向器拆装进行虚拟仿真试验，进一步研究开发《汽车构造II》课程的虚拟试验系统，从而，减少设备损失，人员浪费，节省经费，提高安全性，有利于试验内容、试验设备的更新，还可以解决远程教学中的试验操作问题。此次毕业设计课题，即设计汽车齿轮齿条式转向器虚拟拆装试验系统。
1.3.2研究的内容
了解虚拟试验的概念，设计简易的虚拟实验系统，结合本次设计的课题，即最终建立关于汽车齿轮齿条式转向器网上拆装教学网站。了解齿轮齿条式转向器结构和工作原理。利用UG或Pro/E建立汽车齿轮齿条式转向器各个零部件的三维模型。使用相关软件制作转向器的动态拆装过程，并将制成视频。最后建立网上拆装教学网站，对教师教学与学生学习起到辅助作用。
目 录
第一章 设计的意义和目的 1
1.1 设计的意义 1
1.2虚拟实验国内外研究现状 1
1.2.1 国外研究现状 1
1.2.2国内研究现状 2
1.3研究的目的 2
1.3.1研究的目标 2
1.3.2研究的内容 2
第二章 相关软件的介绍 3
2.1 UG软件的介绍 3
2.1.1 UG软件的发展 3
2.1.2
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
UG软件的功能 3
2.2 Pro/E软件的介绍 3
2.2.1 Pro/E软件的发展 4
2.2.2 Pro/E软件的功能 4
2.2.3 Pro/E软件的界面 4
第三章 转向器模拟拆装实验的设计 5
3.1相关零件三维模型的创建 5
3.1.1齿条的建模过程 9
3.1.2壳体的建模过程 9
3.2转向器动态拆装过程的设计 15
3.3 建立简易的教学网站 18
结束语 19
致谢 20
参考文献 21
附录 22
第一章 设计的意义和目的
1.1设计的意义
教学网站是网络教学的一种表现形式，而网络教学是指利用网络和信息技术构建一种新型的学习环境，其主要特点是学习主动性强，可以不受时间和地域限制，以学生的学习活动为教学中心，充分地利用丰富的网上教学资源，教育者与学习者间实现了实时交互，有利于学生进行自主探索和个性化学习，较好地实现以学为主的教学模式。在现实条件下，与传动教育相结合，相辅相成，对教学质量的提高和教学周期的缩短有重大帮助。
以汽车专业为例，老师生动的讲述并辅助以现代化的媒体设备，直观地展示
出教学内容，确实能激发我们的学习兴趣，调动我们学习的积极性。但是，虽然
是小班教育，可在有限的课堂时间里，大部分学生还是较难做到与老师的交互，
课后也只能依赖于课堂笔记。另外，由于时间，环境，学生安排等外界因素的影
响，汽车专业相关的拆装试验的现实教学同样存在不足。直观的表现为，试验设
备，平台的不足导致学生试验时间不足，影响教学质量，然而配置大量的设配来
满足需求也是不现实的。这些缺点客观存在，也需要去解决。
1.2虚拟实验国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
虚拟实验(Virtual Laboratory ,VL)的概念,最早是由美国弗吉尼亚大学(University of Virginia)的威廉沃尔夫(William Wolf)教授于1989 年首先提出的,其初衷是为了方便不同实验室中的科研人员共享彼此的数据、仪器,并能交流思想和进行远程科研合作。
目前,网络虚拟实验系统在发达国家已十分普及。例如，VLAB是美国俄勒冈大学物理系主办的物理实验网站。该网站包含了天体物理、能量与环境、力学、热学等方面的几十种虚拟实验。该系统采用Java语言开发，实验程序需要从服务器端下载，并运行在客户机上。另外一个典型例子是2004年美国巴尔的摩的约翰霍普金斯大学教育资源中心发起的基于Java技术的虚拟物理实验室项目。学生通过调节实验参数来观察各种实验现象和实验结果。该实验室的实验程序基于Java?Applet技术实现实验界面与仿真算法，将其嵌入到网站中，客户端只需一个集成Java虚拟机的浏览器即可运行仿真。
本文涉及的是其中的拆装实验。虚拟拆装试验就是在虚拟现实环境中，利用数字化模型代替实物原型，进行拆装试验。这得益于虚拟现实技术的成熟，此次课题所用到的虚拟试验技术就是它的一项应用。虚拟试验概念是由西方发达国家率先提出的，并投入了大量的科研经费和时间，尤其在一些优秀教育机构里，虚拟试验的普及程度相当高。当然发达国家的很多企业在虚拟试验方面的应用也取 得了很大的进步，而且能够为虚拟仪器技术的研究和系统的开发提供必要的硬件条件，典型的有：美国波音公司 1994 年设计的 777 飞机就是采用虚拟试验技术来实现的，飞机的整机设计、装配和测试都是在计算机中实现的。
1.2.2国内研究现状
在国内，尤其是在各大高校中，虚拟实验技术的应用越来越被人们所重视。然而，我国的虚拟试验系统发展相对较晚，大部分局限于航天制造业和武器装备制造业等企业中，并且大多停留在初级阶段。但可喜的是之后快速发展，尤其在高校中研究，运用较多，并取得一系列显著成果。
目前一些高校和企业单位已建立了虚拟试验系统。例如，清华大学利用 Vegas 软件，构建了虚拟驾驶仿真试验平台，十分逼真的模拟了汽车驾驶环境，满足不同条件下的驾驶需求，可以实现亲身体验驾驶汽车的功能，并且向学生开放，其产生的作用不言而喻。华中理工大学机械学院工程测试实验室将其虚拟实验室成果在网上公开展示，供远程教育使用。四川联合大学基于虚拟仪器的设计思路，研制了航空电台二线综合测试仪，将八台仪器集成于一体，组成虚拟仪器系统。
1.3研究的目的
1.3.1研究的目标
需要简单运用虚拟现实技术，以对汽车中的转向器拆装进行虚拟仿真试验，进一步研究开发《汽车构造II》课程的虚拟试验系统，从而，减少设备损失，人员浪费，节省经费，提高安全性，有利于试验内容、试验设备的更新，还可以解决远程教学中的试验操作问题。此次毕业设计课题，即设计汽车齿轮齿条式转向器虚拟拆装试验系统。
1.3.2研究的内容
了解虚拟试验的概念，设计简易的虚拟实验系统，结合本次设计的课题，即最终建立关于汽车齿轮齿条式转向器网上拆装教学网站。了解齿轮齿条式转向器结构和工作原理。利用UG或Pro/E建立汽车齿轮齿条式转向器各个零部件的三维模型。使用相关软件制作转向器的动态拆装过程，并将制成视频。最后建立网上拆装教学网站，对教师教学与学生学习起到辅助作用。
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