淺析虛擬技術(shù)對液壓元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的展示應(yīng)用

內(nèi)蒙古 段亞麗 梁洪波 高國天 李艷琴

液壓傳動是以流體(液壓油)作為工作介質(zhì)進行能量傳遞和控制的一種傳動形式，相對于機械傳動來說，它是一門新技術(shù)，近代液壓傳動在工業(yè)上得到廣泛的應(yīng)用。在高校中，液壓傳動是機械類、近機類專業(yè)一門非常重要并且實踐性很強的專業(yè)技術(shù)課程，掌握液壓元件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理，是學(xué)好液壓傳動課的基礎(chǔ)。隨著液壓傳動技術(shù)的廣泛應(yīng)用，液壓元件性能的不斷提高，其結(jié)構(gòu)也不斷創(chuàng)新，為了能在盡可能小的空間內(nèi)傳遞盡可能大的功率，液壓元件的體積不斷地向小型化方向發(fā)展。同時由于液壓元件結(jié)構(gòu)相對來說比較復(fù)雜，而且在一些地方經(jīng)常有各種孔和槽，因此，僅僅通過二維圖形難以表達清楚其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。為適應(yīng)這一形勢，減少不斷購買新元件的資金投入，將液壓元件的結(jié)構(gòu)、原理用計算機虛擬技術(shù)表現(xiàn)出來，是我們在教學(xué)改革中一種新的嘗試，虛擬實現(xiàn)技術(shù)還可以根據(jù)市場上液壓元件結(jié)構(gòu)的變化而方便地改變和更新內(nèi)容，有很好的維護性。

在傳統(tǒng)液壓傳動教學(xué)中教師為了節(jié)省授課時間有些時候要事先在黑板上畫出一些圖形，或者使用大量的掛圖、實物模型來進行輔助教學(xué)，幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容，但實際上受到條件的限制，教師們通常只能準(zhǔn)備部分的掛圖和極少的實物模型，而且在教學(xué)演示中受模型大小的限制，坐在后排的學(xué)生根本看不清，教學(xué)效率低，這種授課方式難以讓學(xué)生學(xué)習(xí)變得主動起來。SolidWorks三維特征造型的運用可以很好地解決這一問題，通過這一軟件的開發(fā)運用不僅使學(xué)生直觀形象的掌握知識，同時，在學(xué)習(xí)階段通過不斷地了解新技術(shù)，更有助于學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。

1 液壓元件拆裝包括的內(nèi)容

動力元件：齒輪泵、葉片泵、柱塞泵；

執(zhí)行元件：液壓缸、液壓馬達；

控制元件：方向控制閥（單向閥、換向閥）、壓力控制閥（溢流閥、減壓閥、順序閥、平衡閥、壓力繼電器），流量控制閥（節(jié)流閥、調(diào)速閥）；

輔助元件：壓力表、蓄能器、管接頭等。

2 虛擬技術(shù)實現(xiàn)液壓元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計

液壓元件拆裝實驗是液壓傳動課的第一次實驗，對于學(xué)生感知和了解液壓元件是非常重要的。怎樣使這第一次實驗給學(xué)生留下深刻印象并且激發(fā)學(xué)生對學(xué)習(xí)液壓傳動課的興趣，一直是教師們努力追求的目標(biāo)。要想使學(xué)生盡可能多地了解掌握液壓元件的種類、結(jié)構(gòu)、原理及用途，就要有足夠多的液壓元件實物供學(xué)生拆裝練習(xí)。而目前，液壓元件生產(chǎn)廠家多，產(chǎn)品種類各異，價格貴，要想隨時更新添置液壓元件跟上市場變化是不現(xiàn)實的。于是我們結(jié)合液壓元件拆裝需要利用計算機虛擬技術(shù)來實現(xiàn)其拆裝，就很好地解決了這個問題。用三維的SolidWorks軟件繪制出液壓元件的零件圖、裝配圖，然后用動畫的形式進行虛擬拆裝，形象生動地表現(xiàn)出液壓元件的結(jié)構(gòu)、原理及裝配過程，然后將液壓元件按類建立元件庫，并不斷地更新元件庫的內(nèi)容，使學(xué)生盡可能早地了解并掌握新型液壓元件。

SolidWorks軟件是基于Windows平臺的全參數(shù)化三維造型軟件，可以十分方便地繪制三維實體以立體、有光的生動畫面表達產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和形態(tài)。因此，可將液壓元件利用SolidWorks軟件造型，使元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)一目了然，在此基礎(chǔ)上再講解液壓元件的結(jié)構(gòu)和工作原理就變得非常容易了。

2.1 液壓元件的測繪 為了使虛擬的測壓元件盡量接近實際產(chǎn)品，真實感強，我們收集了大量的產(chǎn)品、數(shù)據(jù)和樣本，對每一個典型的液壓元件進行了精確的測繪，對不能直接測繪的參數(shù)進行了反求，盡量做到與實物相吻合，（以單桿活塞缸為例，如圖1所示）。

圖1

2.2 繪制液壓元件的三維零件圖 用SolidWorks軟件將每一個液壓元件的參數(shù)繪制成零件圖，并建立一個完整的三維零件庫。每一個零件可以以動畫的形式顯示給學(xué)生，從不同角度觀看其結(jié)構(gòu)，同時講解該零件的作用，還可根據(jù)需要進行局部的放大或縮小，對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件，還可以以三維剖面圖的形式展示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2.3 液壓元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)展示 利用SolidWorks剖切圖或者利用拉伸切除特征對不同位置進行“剖切”來演示元件內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如圖2），同時可利用爆炸視圖來表達零件間的關(guān)系，如圖3所示。使用這樣的功能，對教師講課和學(xué)生學(xué)習(xí)有很大的幫助，不用費很多課時就能很好地完成教學(xué)任務(wù)，達到事半功倍的效果。

圖2

圖3

3 虛擬技術(shù)實現(xiàn)液壓元件拆裝的設(shè)計

3.1 形成液壓元件的虛擬拆裝 當(dāng)沒有透明元件（見圖4所示為透明元件）或現(xiàn)有實物元件不能滿足教學(xué)要求時，我們可以用SolidWorks軟件將零件庫中零件進行組裝，完成液壓元件的裝配圖和爆炸圖。為了能更清楚地反映出元件內(nèi)部的裝配關(guān)系，我們采取了透明處理，在圖上可以清楚地看到元件內(nèi)部各零件的空間位置關(guān)系（如圖5所示）。

圖4

圖5

3.2 液壓元件的工作原理 了解了液壓元件的結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系后，掌握它的工作原理是十分重要的。我們采用了SolidWorks軟件中的剖視功能分析液壓元件的工作原理，將抽象的液壓元件工作原理形象生動地顯示出來，很容易在學(xué)生腦海里形成完整的元件工作過程，這時候再結(jié)合實物圖會效果更好，如圖2所示。

結(jié)束語

本課題的研制與開發(fā)，我們主要把SolidWorks軟件應(yīng)用到液壓傳動課程的教學(xué)中，將抽象、生澀、陌生的知識直觀化、形象化，它集造型、分析、裝配及動畫演示于一體，很好地實現(xiàn)了液壓元件虛擬拆裝的全過程。彌補了實驗室現(xiàn)有元件缺乏的不足，同時也增加了學(xué)生對實驗課的興趣，有助于培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，是當(dāng)前教育的發(fā)展趨勢。

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