三维虚拟技术在自动变速器检测与维修课程教学中的应用

解卫华+沈爱莲

摘 要：汽车传动系统是汽车机械系统的重要构成部分，而自动变速器更是其中的重中之重。根据目前该课程教学中存在的一系列问题，应采用三维虚拟技术改善该课程的教学手段，利用三维软件对其结构进行逆向建模，用爆炸图来说明其中拆装顺序，用仿真动画来演示其中结构原理，可增强可视性，提高课堂教学效率。

关键词：三维虚拟技术；自动变速器课程；可视化

目前，汽车产业发展迅速。自动变速器因其操作的便利性以及使用的舒适性，在现代汽车配置中显示出档次，在车辆中占用的比例也越来越高。自动变速器结构比较复杂，集机、电、液技术于一体，包含液力变矩器、行星齿轮组、电气控制部分、换挡执行机构等。机械部分包含了离合器、制动器、活塞机构等，而其中的油路尤为复杂，使得拆装难度加大，导致教师在授课过程中讲述原理及应用时捉襟见肘，在一定程度上影响课堂教学效果。将三维虚拟技术广泛范围应用于汽车的设计装配中，极大地提高了生产设计效率。本文则将三维虚拟技术应用到自动变速器检测与维修课程的日常教学中，以增强可视化效果。

一、目前存在的问题

1.拆装过程演示困难

目前自动变速器检测与维修教学中，普遍是教师先示范。因为学生人数众多，导致示范的过程中很多学生看不清楚。因此，在拆装过程当中由于操作的不规范或操作不得要领导致设备损坏，造成教学上设备的浪费；或者学生通过查询维修手册进行拆装，形成了一道难以逾越的藩墙。例如，自动变速器拆装部分顺序是这样描述：首先取下B2、K2、K1、K32，拆下后端盖及输出轴固定螺栓，然后取出输出轴、花键毂、太阳毂。

2.原理演示不直观

自动变速器是集机电液一体的合成体，其结构原理相对复杂，学生无法多视图地观察其内部结构，更难以理解其中的原理，因此，将其中的原理表达清楚比较困难。以自动变速器中的K2离合器为例，现在很多教学采用的是静态的图片演示或二维图片动画，内容不够形象。

二、实施方法

针对零部件和模型等表达不够清晰的问题，我们引入三维虚拟技术。

1.零部件模型建立

对自动变速器零部件进行建模是最关键的一步。本例中大部分零部件采用簡单测绘技术重构，再导入SolidWorks中。变速器模型主要由以下部分组成：

（1）行星齿轮组。行星齿轮组主要用来改变速度比和力矩的执行机构，通过离合器制动器等对其进行驱动或制动，来获得不同的速比和输出转速的方向。其中的大部分齿轮是斜齿轮，但是对斜齿轮的测量有一定的难度，如果知道斜齿轮的基本参数测量也是可以得到顺利解决的。（2）制动器和离合器。制动器和离合器是变速器中用来实现不同挡位的零部件。其中01M等采用的结构基本都是摩擦片和钢片的组合，结构比较简单。（3）滑阀箱。这是变速器的控制部分，是切换油路的执行元件，里面包含各种液控阀和电磁阀。（4）油泵。其作用是为变速箱变矩器提供液压油，其中结构主要是通过吸油和压油两个动作来完成。（5）液力变矩器。能实现动力和力矩的传递。

2.三维虚拟装配

采用SolidWorks里面的各种功能，如爆炸视图，动画仿真，视图渲染等三维虚拟技术来实现教学中的各种目标。以K2的活塞为例，简要说明三维虚拟技术在自动变速器检测维修教学中的优势。即可以利用其中爆炸图的功能，做出动画来说明其中的拆装顺序步骤；可以通过三维虚拟技术来简要说明其原理图，如工作时，活塞在液压油由1-油孔进入，由K2壳体和活塞形成空腔，进而推动3-活塞往下运动。当执行动作结束时，活塞在4-回位弹簧作用下回位。（如图1）

三、结束语

通过三维虚拟技术可以多视角地观察每个零部件的结构，甚至可以通过剖视图来看清内部结构，通过动画形象直观地说明拆卸和安装；同时，可以扩充到汽车检测维修其他部分的机械拆装维修教学，进而提高教学和维修入门的效率。

参考文献：

[1]陈家瑞.汽车构造：下册[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]郭龙.基于π演算的汽车底盘测功机智能主体VR系统的研究[D].天津：天津大学，2009.

作者简介：解卫华（1985— ），男，浙江台州人，硕士，研究方向：CAD，汽车检测与维修；沈爱莲（1975— ），女，浙江台州人，副教授，研究方向：汽车电子，汽车检测与维修。