基于Solidworks的船舶電動機拆裝仿真

趙樹培，趙曉明

（公安海警學院 機電管理系，浙江 寧波 315801）

基于Solidworks的船舶電動機拆裝仿真

趙樹培，趙曉明

（公安海警學院 機電管理系，浙江 寧波 315801）

采用Solidworks制作船舶電動機零件及裝配體的三維模型，使用Animator插件制作運動仿真，運用Authorware制成了計算機輔助教學軟件，具有一定的現(xiàn)實意義。

Solidworks；船舶電動機；Animator；Authorware

0 引言

船舶電動機拆裝是《艦艇電氣管理與維修》實作課程中的一個重要內(nèi)容，包括船舶電動機的解體與裝配。要求學習者對船舶電動機結(jié)構(gòu)，裝配工藝的合理性有一定認識。

目前，這方面的實踐教學主要是通過板書、圖片、實驗模型完成的，整個講解過程比較枯燥，特別是在實際拆裝講解時，出現(xiàn)的問題較多，效果不甚理想。究其原因，主要是因為學習者受實際經(jīng)驗、理解能力，特別是空間想象能力的制約，不能很好地理解船舶電動機的拆裝過程，導致在船舶電動機實際拆裝時，出現(xiàn)各種各樣的錯誤。因此，有必要在給出電動機零件的二維圖時，利用動畫演示的三維效果，使靜止的電機模型運動起來，幫助學習者產(chǎn)生立體感、動態(tài)感的空間想象效果。

1 三維模型制作

Solidworks軟件是由美國 Solidworks公司研制開發(fā)的三維機械設計軟件，集三維零件設計、動畫仿真、有限元分析、模具設計、數(shù)據(jù)管理于一體的綜合性軟件[1]。本文首先在Solidworks軟件中完成船舶電動機轉(zhuǎn)子、定子、機座等零件的模型，然后完成其它零部件的裝配。在制作裝配模型時，模型中零件之間的裝配關系必須正確，否則將不能產(chǎn)生相應的運動和動作，這是能否用Animator制作動畫的前提和關鍵。

對于電動機的拆裝，單個的零件沒有實際意義，必須裝配成完整機器實體。裝配不僅是表達零件之間的配合關系，也是運動分析、干涉檢查和實現(xiàn)仿真動畫的基礎。裝配的方法是將準備好的零件逐一插入裝配體文件中，然后依次添加零件之間的配合關系。在SolidWorks中默認第一個插入的零件為固定的，不能移動，以作為其它零件裝配的參考，因此必須仔細考慮第一個插入的零件，一般選擇產(chǎn)品的支架、底座等主要零件作為第一零件。本文選擇電機機座作為第一個部件，然后添加定子，選擇定子與機座同心約束，并利用平行約束調(diào)整定子端面與機座端面的距離。接著插入轉(zhuǎn)子模型，裝配方法與定子一樣，然后是前后軸承及前后端蓋的安裝，機座后部安裝風扇，風罩等部件，最后用設計好的螺栓鎖住各部件，這樣一個電機就按照正規(guī)步驟裝配好了。如圖 1所示為船舶電動機的裝配模型體積干涉檢查圖。各個部件的約束關系要盡量簡化，合理的使用圓周陣列和線性陣列能有效的簡化裝配步驟，更為重要的是各部件的先后裝配順序一定要符合實際電機生產(chǎn)裝配過程，否則下一步產(chǎn)生的動畫會誤導學習者記憶錯誤的拆裝順序。

圖1 電機裝配體積干涉檢查圖

2 運動仿真

Animator動畫制作軟件與Solidworks是完全集成的，交互動畫將船舶電動機的三維模型實現(xiàn)動態(tài)的可視化，攝制船舶電機的模擬仿真裝配過程，模擬拆卸和運行過程[2]。運動仿真流程如圖2所示。

圖2 運動仿真流程圖

運動特性分析前，要對電機裝配體進行干涉檢查，主要包括碰撞測試、動態(tài)間隙、體積干涉三個方面，確定裝配是否正確。然后利用動畫向?qū)Чδ埽尚D(zhuǎn)動畫，爆炸動畫或解除爆炸動畫，Animator插件通常不在 Solidworks的工作界面中，需要單擊工具、插件，選擇Solidworks Animator，然后出現(xiàn)Animator插件的菜單和工具條，選擇動畫類型，然后在動畫控制選項中輸入播放時間，延遲時間，選擇播放和錄制動畫，開始動畫播放和錄制[3]。本文首先生成旋轉(zhuǎn)動畫，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)動畫的路徑，保留該路徑，然后使用動畫向?qū)杀▌赢嫞窂皆谘b配時已制作完畢。同樣，可生成旋轉(zhuǎn)和解除爆炸動畫，然后對其進行干涉檢查，需要注意的是，動畫制作過程中要不斷調(diào)試播放效果，這里不是指簡單的設置播放時間長短的問題，而是要不斷調(diào)整播放的視角，使動畫能最清楚的表達拆裝過程，在某些重要部件的拆裝時，要適當減慢播放速度，利于記憶拆裝過程。最后將做好的動畫渲染成影像文件，能在沒安裝SolidWorks的計算機上觀看。如圖 3所示為電動機拆裝運動仿真圖。研究中可以使用 Animator插件的屏幕錄制鍵將其動畫過程進行錄制，保存成AVI格式的文件進行播放。

圖3 電動機拆裝運動仿真圖

3 仿真應用

仿真動畫是演示電機運動規(guī)律、裝配過程的有效方法。仿真動畫是現(xiàn)代計算機輔助教學中不可缺少的要素，很多知識點的講授，有時需要動畫效果來表現(xiàn)。在Authorware中，可使用的視頻文件格式有很多，例如MPEG文件、BMP序列文件、Quick Time文件[4]。其中MPEG文件具有高壓縮比、磁盤空間占用少的特點，是常用的視頻文件，為了制作需要的動畫效果，將生成的AVI文件通過轉(zhuǎn)換軟件Bros MTS Converter轉(zhuǎn)換成 MPEG2格式文件，將大大減少所占有磁盤空間，提高程序運行效率。最后利用Authorware的交互功能，設置動畫播放控制按鈕，這樣可以在課件講授中實現(xiàn)動畫界面與文字內(nèi)容之間的相互轉(zhuǎn)換。如圖 4所示為Authorware程序、界面設計圖。

圖4 Authorware程序、界面設計圖

最后把 MPEG2文件采用鏈接的方式，鏈接到Authorware的視頻控制知識對象中，這樣可以減少磁盤占用率，方便存儲。然后設置播放參數(shù)，利用視頻控制知識對象，可以方便地調(diào)整動畫過程的運動方式，如正常播放、快進或快退播放，調(diào)整到滿意為止。

4 結(jié)束語

本文以SolidWorks作為設計平臺，進行船用電動機建模和裝配，然后利用插件Animator制作拆裝運動仿真動畫，可以方便快速地制作出形象逼真的拆裝過程[5]，最后把船用電動機的模型和拆裝過程應用于計算機輔助教學中，以豐富多彩的形式展現(xiàn)，是一次對艦艇電氣設備實踐教學的有益嘗試。

[1] 劉淑芬. 基于 SolidWorks的減速器拆裝及工作原理動態(tài)仿真[J]. 遼寧工業(yè)大學學報: 自然科學版,2009, 29(3): 178-180.

[2] 胡仁喜, 李志尊. SolidWorks2012 從入門到精通[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2012(6): 360-441.

[3] 李曉玲. 基于 Solidworks的機械產(chǎn)品仿真動畫[J].西安航空技術高等專科學校學報, 2011, 29(3):36-38.

[4] 馮建平, 符策群. 中文 Authorware多媒體制作教程[M]. 北京: 人民郵電出版社, 2012(10): 212-227.

[5] 陳晗. 用Solidworks制作零件和裝配體動畫[J]. 甘肅蘭州: 發(fā)展, 2006(11): 163-164.

Simulation of Dismounting Marine Motor Based on Solidworks

ZHAO Shu-pei, ZHAO Xiao-ming
(China Maritime Police Academy, Ningbo 315801, China)

This article adopts Solidworks to create marine motor spare parts and assembly of 3D model.The motion simulation is made with the animator plug-in. A software of computer aided instruction is made with the Authorware, which has a certain practical significance.

solidworks; marine motor; animator; authorware

TP391.9

A

10.16443/j.cnki.31-1420.2015.01.010

趙樹培（1987-），男，公安海警學院機電管理系講師。研究方向：艦艇電氣輔機。