内燃机装配工艺虚拟仿真实验系统开发

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  [摘           要]  内燃机装配工艺对其使用寿命、安全性、经济性和动力性有显著作用。内燃机装配工艺规程主要针对装配内容、方法、流程、技术、工具等进行了约束和管理。在内燃机装配工艺实习实训中,由于经费、场地、设备等原因,学生的动手参与度较低。旨在通过进行内燃机装配工艺虚拟仿真实验系统开发,完成内燃机零部件结构认知、特征展示以及装配工艺的实习实训。
  [关    键   词]  内燃机;装配工艺;虚拟仿真实验;系统开发
  [中图分类号]  TK406                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603(2021)28-0166-02
   一、虚拟仿真实验方案设计
   (一)设计思路
   内燃机装配工艺虚拟仿真实验方案包含零部件认知、装配前准备、装配实验操作三个方面。具体包括以下方面。
   1.内燃机关键零部件结构认知。用户登录进入实验,回顾和认识要组装的组件,包括:机体、曲轴、连杆组、活塞组、气缸盖、气缸套、凸轮轴、气门、气门室罩、曲轴上瓦片、曲轴下瓦片、轴承盖等。
   2.内燃机装配前准备。用户掌握装配前的技术标准、清洗准备、装配要点以及总成的检验与装配。
   3.内燃机装配工艺实验。用户按照内燃机整机装配工艺流程,依次完成气缸套装配、曲轴组装配、活塞连杆组装配、油底壳装配、气缸垫装配、气缸盖总成装配以及其他系统及附件装配。在实验过程中,每一步操作均对应有知识点提示和考核点要求,记录学生的装配操作和工艺过程,作为成绩评定依据。
   (二)教学方法
   采用多媒体知识点讲解、视频演示以及虚拟实训相结合的教学方法开展本实验,具体方法如下。
   1.知识点讲解针对内燃机装配前的技术标准、清洗准备、装配要点以及总成的检验与装配进行学习,使学生了解虚拟仿真的目的、原理以及方法。
   2.虚拟实训主要针对仿真实验开展过程中的关键步骤进行仿真训练,实现装配工艺规程的实训和知识点的考核。
   (三)评价体系
   评价体系包含过程评价与实验报告两部分。
   1.过程评价:结合虚拟仿真实验的特点,该评价体系侧重于过程评价环节,其分值占总成绩比例为50%,评价依据为每一个关键操作步骤的完成时间与完成质量。
   2.实验报告:实验报告占总成绩比例为50%,评价指标为:报告书写的规范性、仿真实验结果的正确性、分析评价的合理性等。
   二、虚拟仿真实验系统开发
   内燃机装配工艺虚拟仿真实验系统架构如图1所示。该实验系统参照实际实验操作流程,实现了实验教学内容的认知、实验准备和实验操作各环节及规范流程,实验的各个环节配套相关的知识点学习与考核,实现了账户的互联网登录和实验操作数据的网络存储,为后续的系统扩展提供了基础支撑。
   内燃机装配工艺虚拟仿真实验采用人机交互界面设计和体验,配套3D仿真、HTML5开发技术,运用Unity3D、数据库技术,通过互联网提供内燃机装配工艺工程的实训。通过交互式仿真实验设计,从实验零部件认知、装配前准备、实验装配操作三个方面进行,将传统线下实验过程与线上实验教学相结合,利用JAVA技术进行平台开发,运用Unity3D仿真技术将实验内容与知识点、考核点融合,提升实验教学的全面性和有效性,实现理论教学与实践训练的统一。
   三、内燃机整机装配虚拟仿真实验说明
   (一)实验教学目的
   1.通过虚拟认知组件模块,巩固和加强发动机组件的认知,为后续的装配工艺实施奠定必要的基础。
   2.通过虚拟装配前准备模块,熟悉发动机装配的技术标准、清洗操作、装配要點以及检验方法,培养良好的工作习惯。
   3.通过虚拟实验装配模块,掌握组件正确的装配方法和工艺过程,解决学生在装配过程中对零部件损坏以及安全的问题。
   4.利用实验系统,完成实验操作、工艺过程分析及实验数据的提取。
   (二)实验教学原理
   本实验系统通过发动机组件认知模块、装配准备模块和装配实验模块,重点针对发动机装配过程的工艺规程进行仿真实训,包括:技术标准、装配方法、检验要点以及相关的分析和计算。具体包括以下10个知识点。
   1.选用同尺寸分组的气缸套进行装配,气缸套压入气缸体中,并使气缸套台肩与气缸体上口的平面紧密贴合,同时检查气缸套突出高度。
   2.选配主轴瓦、要涂润滑油、各轴承盖顺序不能乱、注意轴承盖的箭头朝向应朝向前端。
   3.主轴瓦凸肩应嵌入机体轴承座孔凸肩槽内,注意观察机体上的油孔是否在轴瓦油槽范围内。
   4.曲轴主轴盖、主轴承、止推垫片按标记并注意方向和对应位置,气缸体的轴承座油孔应与轴瓦油孔对齐,调整垫片按调试的位置安放调整垫片。
   5.活塞、连杆、连杆轴瓦应按标记配对,检查安装方向并与气缸对号入座看是否准确无误,然后进行装配。
   6.活塞、活塞销、连杆小头装配精度的保证方法,分组装配的计算方法以及间隙调整。
   7.活塞环的装配方法及其调整、检验,三道活塞环端口互错120°,以防开口重叠时,混合气从开口处窜入曲轴箱。
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