三維虛擬技術在自動變速器檢測與維修課程教學中的應用

解衛華+沈愛蓮

摘 要：汽車傳動系統是汽車機械系統的重要構成部分，而自動變速器更是其中的重中之重。根據目前該課程教學中存在的一系列問題，應采用三維虛擬技術改善該課程的教學手段，利用三維軟件對其結構進行逆向建模，用爆炸圖來說明其中拆裝順序，用仿真動畫來演示其中結構原理，可增強可視性，提高課堂教學效率。

關鍵詞：三維虛擬技術；自動變速器課程；可視化

目前，汽車產業發展迅速。自動變速器因其操作的便利性以及使用的舒適性，在現代汽車配置中顯示出檔次，在車輛中占用的比例也越來越高。自動變速器結構比較復雜，集機、電、液技術于一體，包含液力變矩器、行星齒輪組、電氣控制部分、換擋執行機構等。機械部分包含了離合器、制動器、活塞機構等，而其中的油路尤為復雜，使得拆裝難度加大，導致教師在授課過程中講述原理及應用時捉襟見肘，在一定程度上影響課堂教學效果。將三維虛擬技術廣泛范圍應用于汽車的設計裝配中，極大地提高了生產設計效率。本文則將三維虛擬技術應用到自動變速器檢測與維修課程的日常教學中，以增強可視化效果。

一、目前存在的問題

1.拆裝過程演示困難

目前自動變速器檢測與維修教學中，普遍是教師先示范。因為學生人數眾多，導致示范的過程中很多學生看不清楚。因此，在拆裝過程當中由于操作的不規范或操作不得要領導致設備損壞，造成教學上設備的浪費；或者學生通過查詢維修手冊進行拆裝，形成了一道難以逾越的藩墻。例如，自動變速器拆裝部分順序是這樣描述：首先取下B2、K2、K1、K32，拆下后端蓋及輸出軸固定螺栓，然后取出輸出軸、花鍵轂、太陽轂。

2.原理演示不直觀

自動變速器是集機電液一體的合成體，其結構原理相對復雜，學生無法多視圖地觀察其內部結構，更難以理解其中的原理，因此，將其中的原理表達清楚比較困難。以自動變速器中的K2離合器為例，現在很多教學采用的是靜態的圖片演示或二維圖片動畫，內容不夠形象。

二、實施方法

針對零部件和模型等表達不夠清晰的問題，我們引入三維虛擬技術。

1.零部件模型建立

對自動變速器零部件進行建模是最關鍵的一步。本例中大部分零部件采用簡單測繪技術重構，再導入SolidWorks中。變速器模型主要由以下部分組成：

（1）行星齒輪組。行星齒輪組主要用來改變速度比和力矩的執行機構，通過離合器制動器等對其進行驅動或制動，來獲得不同的速比和輸出轉速的方向。其中的大部分齒輪是斜齒輪，但是對斜齒輪的測量有一定的難度，如果知道斜齒輪的基本參數測量也是可以得到順利解決的。（2）制動器和離合器。制動器和離合器是變速器中用來實現不同擋位的零部件。其中01M等采用的結構基本都是摩擦片和鋼片的組合，結構比較簡單。（3）滑閥箱。這是變速器的控制部分，是切換油路的執行元件，里面包含各種液控閥和電磁閥。（4）油泵。其作用是為變速箱變矩器提供液壓油，其中結構主要是通過吸油和壓油兩個動作來完成。（5）液力變矩器。能實現動力和力矩的傳遞。

2.三維虛擬裝配

采用SolidWorks里面的各種功能，如爆炸視圖，動畫仿真，視圖渲染等三維虛擬技術來實現教學中的各種目標。以K2的活塞為例，簡要說明三維虛擬技術在自動變速器檢測維修教學中的優勢。即可以利用其中爆炸圖的功能，做出動畫來說明其中的拆裝順序步驟；可以通過三維虛擬技術來簡要說明其原理圖，如工作時，活塞在液壓油由1-油孔進入，由K2殼體和活塞形成空腔，進而推動3-活塞往下運動。當執行動作結束時，活塞在4-回位彈簧作用下回位。（如圖1）

三、結束語

通過三維虛擬技術可以多視角地觀察每個零部件的結構，甚至可以通過剖視圖來看清內部結構，通過動畫形象直觀地說明拆卸和安裝；同時，可以擴充到汽車檢測維修其他部分的機械拆裝維修教學，進而提高教學和維修入門的效率。

參考文獻：

[1]陳家瑞.汽車構造：下冊[M].北京：機械工業出版社，2005.

[2]郭龍.基于π演算的汽車底盤測功機智能主體VR系統的研究[D].天津：天津大學，2009.

作者簡介：解衛華（1985— ），男，浙江臺州人，碩士，研究方向：CAD，汽車檢測與維修；沈愛蓮（1975— ），女，浙江臺州人，副教授，研究方向：汽車電子，汽車檢測與維修。