浅析虚拟技术对液压元件内部结构的展示应用
2013-12-03内蒙古段亚丽梁洪波高国天李艳琴
内蒙古 段亚丽 梁洪波 高国天 李艳琴
液压传动是以流体(液压油)作为工作介质进行能量传递和控制的一种传动形式,相对于机械传动来说,它是一门新技术,近代液压传动在工业上得到广泛的应用。在高校中,液压传动是机械类、近机类专业一门非常重要并且实践性很强的专业技术课程,掌握液压元件的内部结构和工作原理,是学好液压传动课的基础。随着液压传动技术的广泛应用,液压元件性能的不断提高,其结构也不断创新,为了能在尽可能小的空间内传递尽可能大的功率,液压元件的体积不断地向小型化方向发展。同时由于液压元件结构相对来说比较复杂,而且在一些地方经常有各种孔和槽,因此,仅仅通过二维图形难以表达清楚其内部结构。为适应这一形势,减少不断购买新元件的资金投入,将液压元件的结构、原理用计算机虚拟技术表现出来,是我们在教学改革中一种新的尝试,虚拟实现技术还可以根据市场上液压元件结构的变化而方便地改变和更新内容,有很好的维护性。
在传统液压传动教学中教师为了节省授课时间有些时候要事先在黑板上画出一些图形,或者使用大量的挂图、实物模型来进行辅助教学,帮助学生理解教学内容,但实际上受到条件的限制,教师们通常只能准备部分的挂图和极少的实物模型,而且在教学演示中受模型大小的限制,坐在后排的学生根本看不清,教学效率低,这种授课方式难以让学生学习变得主动起来。SolidWorks三维特征造型的运用可以很好地解决这一问题,通过这一软件的开发运用不仅使学生直观形象的掌握知识,同时,在学习阶段通过不断地了解新技术,更有助于学生综合能力的培养。
1 液压元件拆装包括的内容
动力元件:齿轮泵、叶片泵、柱塞泵;
执行元件:液压缸、液压马达;
控制元件:方向控制阀(单向阀、换向阀)、压力控制阀(溢流阀、减压阀、顺序阀、平衡阀、压力继电器),流量控制阀(节流阀、调速阀);
辅助元件:压力表、蓄能器、管接头等。
2 虚拟技术实现液压元件内部结构设计
液压元件拆装实验是液压传动课的第一次实验,对于学生感知和了解液压元件是非常重要的。怎样使这第一次实验给学生留下深刻印象并且激发学生对学习液压传动课的兴趣,一直是教师们努力追求的目标。要想使学生尽可能多地了解掌握液压元件的种类、结构、原理及用途,就要有足够多的液压元件实物供学生拆装练习。而目前,液压元件生产厂家多,产品种类各异,价格贵,要想随时更新添置液压元件跟上市场变化是不现实的。于是我们结合液压元件拆装需要利用计算机虚拟技术来实现其拆装,就很好地解决了这个问题。用三维的SolidWorks软件绘制出液压元件的零件图、装配图,然后用动画的形式进行虚拟拆装,形象生动地表现出液压元件的结构、原理及装配过程,然后将液压元件按类建立元件库,并不断地更新元件库的内容,使学生尽可能早地了解并掌握新型液压元件。
SolidWorks软件是基于Windows平台的全参数化三维造型软件,可以十分方便地绘制三维实体以立体、有光的生动画面表达产品结构和形态。因此,可将液压元件利用SolidWorks软件造型,使元件内部结构一目了然,在此基础上再讲解液压元件的结构和工作原理就变得非常容易了。
2.1 液压元件的测绘 为了使虚拟的测压元件尽量接近实际产品,真实感强,我们收集了大量的产品、数据和样本,对每一个典型的液压元件进行了精确的测绘,对不能直接测绘的参数进行了反求,尽量做到与实物相吻合,(以单杆活塞缸为例,如图1所示)。
图1
2.2 绘制液压元件的三维零件图 用SolidWorks软件将每一个液压元件的参数绘制成零件图,并建立一个完整的三维零件库。每一个零件可以以动画的形式显示给学生,从不同角度观看其结构,同时讲解该零件的作用,还可根据需要进行局部的放大或缩小,对于结构复杂的零件,还可以以三维剖面图的形式展示其内部结构。
2.3 液压元件内部结构展示 利用SolidWorks剖切图或者利用拉伸切除特征对不同位置进行“剖切”来演示元件内部结构(如图2),同时可利用爆炸视图来表达零件间的关系,如图3所示。使用这样的功能,对教师讲课和学生学习有很大的帮助,不用费很多课时就能很好地完成教学任务,达到事半功倍的效果。
图2
图3
3 虚拟技术实现液压元件拆装的设计
3.1 形成液压元件的虚拟拆装 当没有透明元件(见图4所示为透明元件)或现有实物元件不能满足教学要求时,我们可以用SolidWorks软件将零件库中零件进行组装,完成液压元件的装配图和爆炸图。为了能更清楚地反映出元件内部的装配关系,我们采取了透明处理,在图上可以清楚地看到元件内部各零件的空间位置关系(如图5所示)。
图4
图5
3.2 液压元件的工作原理 了解了液压元件的结构和装配关系后,掌握它的工作原理是十分重要的。我们采用了SolidWorks软件中的剖视功能分析液压元件的工作原理,将抽象的液压元件工作原理形象生动地显示出来,很容易在学生脑海里形成完整的元件工作过程,这时候再结合实物图会效果更好,如图2所示。
结束语
本课题的研制与开发,我们主要把SolidWorks软件应用到液压传动课程的教学中,将抽象、生涩、陌生的知识直观化、形象化,它集造型、分析、装配及动画演示于一体,很好地实现了液压元件虚拟拆装的全过程。弥补了实验室现有元件缺乏的不足,同时也增加了学生对实验课的兴趣,有助于培养学生的综合能力,是当前教育的发展趋势。
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