一种发动机动态模拟教具的开发

何 涛

（安徽省汽车工业学校，安徽 合肥 231131）

如何利用学校现有资源，开发出具有学校特色、成本低廉的教具，通过学生实训提升全方位技能水平，切实提高人才培养质量，成为各中职学校面临的主要问题。

1 中职实训面临的问题

国务院《关于加快发展现代职业教育的决定》中提出，职业院校各类专业的人才培养水平要大幅提高，特别是加强实训设备配备水平和实训能力，教学过程中广泛应用现代信息技术，提高职业院校信息化教学能力。中职汽车运用与维修专业的人才培养目标是让学生获得先进的汽车故障诊断和维修技术，掌握现代汽车维修基本操作技能，能够迅速融入汽车维修企业，符合岗位要求，成为汽车维修行业的一线技师。

2 汽车发动机动态模拟教具开发思路

汽车运用与维修专业是中职学校传统专业，教学过程中所采用的教具多为实物，而汽车零部件存在价格高、重量大和搬运不便等情况，为教师课堂教学带来诸多不便。发动机动态模拟教具则依托现有3D打印技术专业优势，利用3D打印技术将发动机各零件使用热塑性材料加工后再进行装配，既降低了发动机装配体积和重量，而且成本低廉，同时可以为3D打印技术专业学生提供实训机会，可谓一举多得，教具开发流程如图1所示。

图1 教具开发流程

3 发动机工作原理

汽车发动机每次完成一个工作循环，包括进气、压缩、做功、排气四个过程，在一个工作循环中活塞往复上下运动两次，曲轴旋转两圈，凸轮轴旋转一圈，发动机循环过程如图2所示。

图2 发动机工作循环过程

4 发动机零件3D建模

零件3D建模方法很多，文章采用Autodesk公司的Inventor软件对零件进行特征建模，对零件实测后按照国家制图标准绘制零件图，再根据零件图绘制零件三维立体模型。部分零件三维模型如图3、图4、图5、图6所示。

图3 活塞三维模型

图4 连杆三维模型

图5 单缸曲轴三维模型

图6 缸体三维模型

5 发动机虚拟装配

采用单一的装配方法对产品的设计和装配特征体现的不太完善，所以本次虚拟装配采用自底向上和自上向下相混合的装配方法。发动机虚拟装配图和爆炸图如图7、图8所示。

图7 发动机虚拟装配图

图8 爆炸图

6 3D打印零件实体

3D打印技术是一门新兴技术，也是快速成型技术中的一种。它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。各零件实体如图9所示。

图9 各零件实体

7 组装演示

确定装配顺序对发动机的实际装配具有重要的意义，根据零件各自特点和位置要求，分析各部件构成，确定各部件间装配结构及零件装配的先后顺序，按照虚拟装配模拟顺序完成零件实体装配，并保留装配过程录像。

8 结语

本次教具开发涉及汽车发动机相关技术、融合现代制造技术中的3D打印技术快速完成零件实体加工，总体成本低廉。制作的教具体积小、质量轻，便于课堂教学的便携性。同时还可作为计算机辅助设计、3D打印等相关专业学生实训教学项目，具有较好的实际应用性和普及价值。

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