基于VB的减速器拆装虚拟实验系统的开发

吴青凤，江 帆，李东炜

（广州大学机械与电气工程学院，广东广州 510006）

基于VB的减速器拆装虚拟实验系统的开发

吴青凤，江 帆，李东炜

（广州大学机械与电气工程学院，广东广州 510006）

运用SolidWorks软件建立了减速器常用零部件的三维实体模型，并对减速器进行了虚拟拆装过程的动画制作及运动仿真。利用VB软件设计开发了减速器拆装虚拟实验系统。以常用的两级圆柱齿轮减速器虚拟拆装实验为例，介绍了虚拟实验系统在实验教学中的应用。实践结果表明，通过该虚拟实验系统并结合减速器实物拆装进行实验教学，弥补了传统的实验教学的不足，提高了实验教学效率和质量。该虚拟实验系统还可用在“机械设计”及其课程设计的理论课教学中。

减速器拆装；SolidWorks；虚拟实验系统；VB

减速器是机械系统中比较典型的传动装置，它由多种通用零部件组成，如齿轮、轴、轴承、箱体、密封元件及润滑装置等。减速器的拆装实验是高校“机械设计”课程中的一个传统的、重要的实验项目。通过对减速器的拆装实验，学生可以了解减速器的结构、各零件的结构和功用、轴系与箱体的定位、轴上零件的定位、轴承的润滑与密封方式、减速器的装配关系以及安装调整过程等，从而对机械零部件的设计有初步的了解，为进一步学习机械设计奠定基础［1－3］。

在实验教学实践中，传统的减速器拆装实验虽然有利于对学生实际动手能力的培养，但实验教学效果并不是很好，主要原因是：减速器拆卸前无法看到减速器的内部结构，即使有指导教师的演示，学生在拆装时还是感到困难，用于实物拆装的时间较多，实验效率较低。

基于上述原因，采用SolidWorks三维造型软件对减速器的典型的零部件进行了建模，同时对减速器的运动、分解和组装过程进行了动画仿真，并利用Visual Basic软件设计开发了减速器拆装虚拟实验系统。该虚拟实验系统与减速器实物拆装相结合，弥补了传统的实验教学的不足。实验系统的程序同时发布在校园网上，学生通过网络可以不受时间、地点和空间限制地进行虚拟实验。该系统还可以用于理论课减速器知识的讲解中，从而加深学生对理论知识的理解和掌握［4－6］。

1 典型的减速器的建模

1.1 零部件的建模

主要包括齿轮、蜗轮、蜗杆、轴、箱体、轴承等减速器常用零部件的三维建模。每一个零部件可以通过在文本框输入缩放倍数来放大或缩小观看，也可以变换角度，从不同角度观看其结构。对于结构复杂的零部件，还可以用三维剖面图的形式展示其内部结构［7］。

1.2 减速器的虚拟装拆及运动仿真的动画制作

根据减速器的结构特点和各个零部件间的约束关系，确定整台减速器合理的装配顺序，严格按照减速器装配顺序，通过Solidworks软件进行零部件装配，可以装配成不同类型的减速器。再利用Solidworks软件的模拟功能，以装配后的减速器实体模型为基础，建立其运动模型，对减速器的运动进行仿真。运动仿真完成后再利用Solidworks软件中的Aminter插件以动画的形式来表现减速器的拆卸和装配过程。运动仿真过程、拆卸过程及装配过程均保存为AVI视频文件，供系统的程序调用［8－9］。

2 虚拟实验系统的设计

2.1 虚拟实验系统的功能设计

减速器拆装实验的目的是使学生熟悉减速器的基本结构、用途及特点，了解减速器各零件的名称、结构和作用，了解轴上零件的定位和固定、齿轮和轴承的润滑、密封，熟悉减速器的拆装及调整过程等［10］。为了达到上述实验教学的目的，虚拟实验系统提供了5个主要功能模块，功能结构如图1所示。

（1）实验指导书和实验报告。用Word制作成实验指导书和实验报告，学生在实验前可以阅读实验指导书，作好实验准备。实验指导书包含了实验目的、实验原理、实验操作步骤以及实验过程中的注意事项。学生完成实验报告后，可以下载、打印交给指导教师，也可以直接发邮件给指导教师。

（2）减速器常用零件的三维模型的建立。系统提供了多种零件的三维视图，让学生了解和掌握不同零件的结构。学生可在做实验前调用察看。

（3）不同类型的减速器的运动仿真。系统提供了多种不同类型减速器的运动仿真视频，让学生了解和掌握减速器各个零部件的运动情况以及不同类型的减速器运动的区别。

（4）不同类型的减速器的拆卸和装配过程的仿真。系统提供了多种不同类型减速器的拆卸和装配过程仿真，让学生了解和掌握拆装减速器的正确顺序以及不同类型的减速器拆装的特点和区别。

（5）实验帮助。主要包括减速器相关知识和常见的问题及解答。在实验过程中，学生如有问题，可随时进入实验帮助系统寻找答案。在帮助系统中找不到答案的问题，学生还可以通过网络在线向教师提问或与同学交流，提高学习效率［11］。

图1 系统功能结构图

2.2 虚拟实验系统的操作主界面设计

利用Visual Basic软件创建系统的操作主界面和进行相关设计。

系统主界面的设计包括选单（菜单）设计、主界面程序设计、零部件的三维视图模块设计、减速器的运动仿真及拆装过程的模块设计。系统主界面的选单设计如表1所示。在系统的主界面，通过单击选单来调用各个下级程序，如实验准备和实验帮助。而零部件的三维视图模块设计、减速器的运动仿真及拆装过程的模块设计，是利用主界面的主选单及子选单的单击事件进入相应的界面，显示减速器零部件的三维视图、减速器的运动仿真及拆装过程仿真。所不同的是，减速器的运动仿真及拆装过程仿真采用VB软件中MMControl控件来播放减速器模拟运动、减速器拆卸和减速器组装的动画视频［12］。

表1 系统主界面的主选单及子选单

2.3 系统程序的发布

系统的程序设计和编写之后，利用Visual Basic“打包”功能创建标准软件包或Internet软件包，再通过“展开向导”将创建好的标准软件包或Internet软件包发布到实验室服务器上或校园网上，方便学生和教师使用，提高了实验系统的利用率［13］。

3 虚拟实验系统的应用

以常用的两级圆柱齿轮减速器来介绍该虚拟实验系统在减速器拆装实验中的应用。

首先启动系统的应用程序，进入登录界面（见图2）。点击“登录”，进入系统操作的主界面。

图2 系统的登录界面

第一步，可以通过“实验准备”来了解整个实验流程和实验注意事项；

第二步，可以通过“零部件的三维视图”的界面了解减速器的零件结构等，图3所示为两级圆柱齿轮减速器的零件齿轮的三维视图；

第三步，可以通过“减速器运动仿真”的界面对减速器进行运动仿真，图4所示为两级圆柱齿轮减速器的运动仿真图；

第四步，可以通过“减速器运动拆装仿真”界面进行减速器拆卸和组装仿真实验，图5所示为减速器拆卸某一过程的视图，图6为减速器完成组装后的视图。

图3 齿轮的三维视图

图4 两级圆柱齿轮减速器的运动仿真

图5 两级圆柱齿轮减速器的拆卸

图6 两级圆柱齿轮减速器的组装

4 结束语

该减速器拆装虚拟实验系统已经由教师和学生试用过，师生的一致评价是该系统运行稳定、功能全面，能够真实、生动、形象地模拟整个减速器拆装的实验过程，很好地满足了实验教学的要求。再结合仪器实验，学生的实验兴趣很浓，大大提高了实验效率，降低了实验成本。该虚拟实验系统运用在理论课堂教学中，促进了学生全面理解和掌握减速器相关理论知识。实践证明，该实验系统在教学中起到了重要的作用。随着现代计算机技术和网络技术的发展，该系统将不断被完善，并结合仪器实验，提高课堂教学、实验教学质量和水平，充分发挥虚拟技术在实验教学中的应用。同时该系统的设计思想也用在其他课程虚拟实验系统设计中。

（References）

［1］张维光，郝德发，荆涛.基于Pro/E的减速器仿真装拆实验设计与实现［J］.实验技术与管理，2006，23（1）：71－72.

［2］李静蓉，朱喜青，王清辉，等.减速器拆装虚拟教学实验室的设计与实现［J］.实验室研究与探索，2011，30（4）：158－160.

［3］宋敏，徐行.机械设计基础课虚拟实验的设计与开发［J］.西安航空技术高等专科学校学报，2008，26（1）：21－23.

［4］肖启明，苏道齐，陈冀文，等.基于Solidworks的二级齿轮减速器虚拟装配与运动仿真［J］.装备制造技术，2010（8）：8－9.

［5］常青.基于Visual Basic NET减速器虚拟拆装的设计［D］.北京：中国农业大学，2006.

［6］付顺玲，王洪欣，李允旺.机械原理虚拟实验系统的开发与应用［J］.实验室研究与探索，2004，23（2）：56－57.

［7］瞿爱琴，王同建，宁悦.虚拟技术实现液压元件拆装实验的研制与开发［J］.实验技术与管理，2004，21（4）：58－64.

［8］屠志平，李秀杰，高立中，等.虚拟装配及机构运动仿真在车辆减速器上的应用［J］.铁道通信信号，2010，46（1）：4－7.

［9］陈超祥，胡其登.SolidWorks零件与装配体教程［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［10］于英华，徐兴强.基于Pro/ENGINEER2001的减速器虚拟装配与运动仿真［J］.机械设计与制造，2006（1）：103－104.

［11］王铁军，邵伟平，赵满平，等.机构运动简图测绘虚拟试验系统的设计与实现［J］.沈阳工业学院学报，2004，23（2）：72－75.

［12］殷康养.减速器拆装虚拟实验系统的设计［D］.广州：广州大学，2009.

［13］卢镇波，李青.Visual Basic编程实例人门与提高［M］.北京：电子工业出版社，2005.

Development of virtual disassembly and assembly experimental system of reducer based on VB

Wu Qingfeng，Jiang Fan，Li Dongwei
（School of Mechanical and Electric Engineering，Guangzhou University，Guangzhou 510006，China）

The three－dimensional entity models of the typical reducer parts are built by using SolidWorks software.The animation and motion simulations of the virtual disassembly and assembly are carried through.The virtual disassembly and assembly experiment system of reducer is designed and developed by using programming technology of VB software.The virtual disassembly and assembly experiment system is applied to the experimental teaching of the two－stage cylindrical gear reducer.The result shows that it can combine the virtual experiment system with the reducer physical disassembly and assembly experimental teaching，the deficiency of the traditional experimental teaching is made up，and the teaching efficiency and quality are improved.Meanwhile，the virtual experimental system can also be used in the theoretical teaching of the mechanical design and curriculum design.

disassembly and assembly of reducer；SolidWorks；virtual experimental system；VB

TP391.9

A

1002－4956（2014）1－0104－03

2013－02－03

国家第二类特色专业建设项目（TS2479）；全国教育科学规划课题（CIA090110）；广州市教育科学规划课题（10A034）

吴青凤（1979—），女，安徽桐城，硕士，实验师，主要从事机械原理和机械设计实验教学工作.

计算机技术应用