發布時間：2022-04-28所屬分類：工程師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：設計了一種機械設計理實一體化實驗平臺設計，用于機械機構設計與裝調的試驗部分。該設計由機構仿真部分和機構實踐裝調兩部分組成，可以讓學生在學習課程內容時實際了解一些基礎機械結構的裝配形式、運動方式以及連接方式等。此實驗平臺虛實結合，既能在電腦中運
摘 要：設計了一種機械設計理實一體化實驗平臺設計，用于機械機構設計與裝調的試驗部分。該設計由機構仿真部分和機構實踐裝調兩部分組成，可以讓學生在學習課程內容時實際了解一些基礎機械結構的裝配形式、運動方式以及連接方式等。此實驗平臺虛實結合，既能在電腦中運用軟件仿真又能在實際中動手操作，既可以根據已有的機械裝置進行裝配又可以發揮自己想象自由組合，達到了更好的教學效果。
關鍵詞：SolidWorks;虛擬仿真;機械拆裝;教學平臺
機械教學平臺設計現階段存在“部分機械演示平臺”的缺陷。多數機械類教學平臺存在演示類型過于單一和學生實訓時對機械機構運動原理與設計了解不全面的問題，僅能進行 PPT 演示，很難在實際課堂教學中進行結構或原理演示、實際操作 [1]。此機械設計理實一體化實驗平臺可以讓學生在學習課程內容時實際了解一些基礎機械結構的裝配形式、運動方式以及連接方式等。此實驗平臺運用虛實結合，既能在電腦中運用軟件仿真又能在實際中動手操作，既可以根據已有的機械裝置進行裝配又可以發揮自己想象自由組合。此平臺操作簡便，可幫助學生鞏固理論知識，拓寬知識面，提高分析問題與解決問題的能力。該機械平臺可以很好地實現“教 + 學”，利用軟件和實際的結合，既學習軟件又鍛煉動手能力，達到了更好的教學效果，為平臺類的教學用具研究演示提供了一個新選擇，為開設機械教學實訓課程的學校提供了一個新的技術產品。
1 拆裝平臺設計
1.1 平面平臺設計
機械拆裝實驗平臺要求有一定的承重能力，具有固定機構零件的位置，滿足零件位置可以隨意移動且固定的要求，且要求桌面不易磨損 [2]。拆裝實驗平臺設計尺寸范圍為 1 500 ～ 2 000 mm，寬度為 800 ～ 1 000 mm，高度可調節。根據實際的操作環境和教室面積，初步計劃實驗平臺長度 1 880 mm、寬度 900 mm、高度 800 ～ 850 mm，高度可調節。根據需求，最后決定桌面板采用工業鋁型材歐標 3030 為原材料。工業鋁型材抗刮擦、耐腐蝕，切割方便無毛刺，具有高承載能力。AL-Mg-Si 合金擠壓型材具有梯形凹槽結構，使得其承載能力和結構穩定性極強，可作為桌面面板。此型材帶有梯形槽，配合鏈接間可以在任意位置固定所需零件。平臺桌面和桌面連接方式分別如圖 1 和圖 2 所示。
1.2 平臺工具箱設計
機械拆裝平臺桌面下的空間作為平時拆裝實訓專門的工具放置區。將桌面下的空間分成兩個部分，一邊做推拉門，另一邊做側開門 [3]。兩側對稱設計，方便學生在平臺兩側取用工具。將推拉門一側空間用隔板分成 6 塊區域，分別放置各種機構零件、框架支撐零件、連接件以及各種配件等。側開門區域分為上下兩層。上層為抽屜，兩側都可抽取，專門放置拆裝所需的常規工具，如常用的各種規格螺絲刀、多種規格扳手、尖嘴鉗以及錘子等。下層專門放置平時使用的工具和零件的保養工具，如擦拭工具、潤滑工具以及調整工具等，以便定期對實驗平臺的零件和工具進行保養，以延長零件的使用壽命 [4]。工具箱如圖 3 所示。
2 典型拆裝設備的選擇
2.1 桿機構選擇可變四桿機構教具板
此教具板可變化調節桿的鏈接長度為曲柄搖桿機構和雙搖桿機構 [5]。通過改變機架長度和更換桿件展示出雙曲柄機構和曲柄滑塊機構，完整展示了四桿機構的運動情況及其運功軌跡。它可動態演示傳動角和壓力角的變化，并顯示出死點位置和極位夾角的位置。它還可動態演示曲柄搖桿到曲線導軌曲柄滑塊再到直線導軌曲柄滑塊的變化。此教具具有兩面 [6]。對于正 面，它展示了四桿機構傳動、壓力角的動態變化和死點位置、極位夾角的位置，如圖 4 所示。它由四根桿件組成的曲柄搖桿機構、受力分析箭頭和極位夾角板組成，受力分析箭頭跟隨原動件和連桿的轉動而變化，動態表示出壓力角和傳動角的變化。后面極位夾角板表示曲柄搖桿機構的兩個死點位置和曲柄搖桿機構的極位夾角。對于反面，它可演示四桿機構的動力學過程。由于桿長的變化它形成了不同的機構，并發展了一種曲軸機構，用于曲軸纏繞，然后從曲線導引到線性導引，如圖 5 所示。
2.2 絲杠機構選擇小型銑床模型
本次選用的小型銑床模型包含滾珠絲桿結構，如圖 6 所示。它的平臺的前后移動和主軸的上下左右移動均通滾珠絲杠結構完成。它的 xyz 軸利用滾珠絲杠進行驅動。通過 3 個電機帶動絲杠旋轉，從而使平臺和主軸進行移動。通過銑床模型的拆卸，學生可以了解滾珠絲桿的原理和結構特點。滾珠絲杠可以改變運動方向，將電機的旋轉運動改變成平臺和主軸的直線運動 [7]。該銑床的整體框架由工業鋁型材搭建而成，輕巧且裝配簡便，適合學生在拆裝實訓課程中使用。
3 機械拆裝平臺整體結構
基于 SolidWorks 虛擬仿真機械拆裝平臺由電腦和實訓平臺組成。電腦中下載安裝 SolidWorks 軟件，并安裝 Motion 插件和邁迪工具集插件 [8]。平臺配備機械零件、拆裝工具和保養工具。
使用軟件模擬仿真機構，機構運轉正常后，在平臺工具箱取出組裝機構所需的零件和工具，在平臺桌面上進行實際動手裝配。裝配完成效果，如圖 7 所示。下課前將組裝的機構拆除，所用的零件和拆裝工具保養完成后放回工具箱。
4 結語
將虛擬現實技術應用于機械拆裝實訓課程教學，設計了基于 SolidWorks 虛擬仿真機械拆裝的實訓平臺。利用此平臺有效提升了學生的學習效果，緩解了 高校機械拆裝實訓設備緊缺、時間和場地有限等問題，為機械拆裝提供了新型且有效的教學手段，值得進一步研究和應用。
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本文在分析機械拆裝課程學習與實訓需求的基礎上進行機械拆裝實驗平臺的研發，通過 SolidWorks 對實驗平臺和典型的機械結構零件進行建模，運用 SolidWorks 軟件 Motion 插件進行運動算例仿真。仿真完成后，在實驗平臺上進行實際的動手拆裝操，有助于增強教學多樣性，使教學過程更加生動，有效提高教學質量，有助于學生更加牢固地掌握機構的構造和相關的機械原理，熟悉機構拆裝過程。本機械拆裝實驗平臺初步滿足了機械拆裝實訓課程的教學需求，但也存在一些不足，如典型機構模型較少，只能展現部分簡單的機械原理和機械結構，還需要在后續的學習工作中不斷完善。——論文作者：田姍姍 郭夢強 孫成安 劉曉寅 張 茜
參考文獻
[1] 王子正 . 汽車發動機拆裝實訓與學習虛擬仿真系統研發 [D]. 沈陽：沈陽大學，2017.
[2]STANTON N A，YOUNG M S，WALKERG H.The psychology of driving automation：a discussion with professor don norman[J].International Journal of Vehicle Design，2007(3)：289-306.
[3]MICHON J.A critical view of driver behavior models： what do we know，what should we do?[C]//Human Behavior and Traffic Safety，2004.
[4] 于海霞，王家騏 . 虛擬裝配技術的研究綜述 [J]. 電腦知識與技術，2011(18)：4420-4428.
[5] 周云成 . 汽車發動機構造虛擬仿真實訓系統開發研究 [D]. 長春：吉林大學，2012.
[6] 余華鴻 . 虛擬實現是技術的應用現狀及發展 [J]. 今日科苑，2009(4)：182.
[7] 韓曉東 . 機械零件虛擬裝配的關鍵技術研究 [D]. 綿陽：西南科技大學，2009.
[8] 武筱菲，申榮衛 . 汽車發動機虛擬拆裝系統的設計與研究 [J]. 汽車零部件，2016(9)：46-49.
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