内燃机装配工艺虚拟仿真实验系统开发

马富康

[摘           要]  内燃机装配工艺对其使用寿命、安全性、经济性和动力性有显著作用。内燃机装配工艺规程主要针对装配内容、方法、流程、技术、工具等进行了约束和管理。在内燃机装配工艺实习实训中，由于经费、场地、设备等原因，学生的动手参与度较低。旨在通过进行内燃机装配工艺虚拟仿真实验系统开发，完成内燃机零部件结构认知、特征展示以及装配工艺的实习实训。

[关    键   词]  内燃机;装配工艺;虚拟仿真实验;系统开发

[中图分类号]  TK406                   [文献标志码]  A                      [文章编号]  2096-0603（2021）28-0166-02

一、虚拟仿真实验方案设计

（一）设计思路

内燃机装配工艺虚拟仿真实验方案包含零部件认知、装配前准备、装配实验操作三个方面。具体包括以下方面。

1.内燃机关键零部件结构认知。用户登录进入实验，回顾和认识要组装的组件，包括：机体、曲轴、连杆组、活塞组、气缸盖、气缸套、凸轮轴、气门、气门室罩、曲轴上瓦片、曲轴下瓦片、轴承盖等。

2.内燃机装配前准备。用户掌握装配前的技术标准、清洗准备、装配要点以及总成的检验与装配。

3.内燃机装配工艺实验。用户按照内燃机整机装配工艺流程，依次完成气缸套装配、曲轴组装配、活塞连杆组装配、油底壳装配、气缸垫装配、气缸盖总成装配以及其他系统及附件装配。在实验过程中，每一步操作均对应有知识点提示和考核点要求，记录学生的装配操作和工艺过程，作为成绩评定依据。

（二）教学方法

采用多媒体知识点讲解、视频演示以及虚拟实训相结合的教学方法开展本实验，具体方法如下。

1.知识点讲解针对内燃机装配前的技术标准、清洗准备、装配要点以及总成的检验与装配进行学习，使学生了解虚拟仿真的目的、原理以及方法。

2.虚拟实训主要针对仿真实验开展过程中的关键步骤进行仿真训练，实现装配工艺规程的实训和知识点的考核。

（三）评价体系

评价体系包含过程评价与实验报告两部分。

1.过程评价：结合虚拟仿真实验的特点，该评价体系侧重于过程评价环节，其分值占总成绩比例为50%，评价依据为每一个关键操作步骤的完成时间与完成质量。

2.实验报告：实验报告占总成绩比例为50%，评价指标为：报告书写的规范性、仿真实验结果的正确性、分析评价的合理性等。

二、虚拟仿真实验系统开发

内燃机装配工艺虚拟仿真实验系统架构如图1所示。该实验系统参照实际实验操作流程，实现了实验教学内容的认知、实验准备和实验操作各环节及规范流程，实验的各个环节配套相关的知识点学习与考核，实现了账户的互联网登录和实验操作数据的网络存储，为后续的系统扩展提供了基础支撑。

内燃机装配工艺虚拟仿真实验采用人机交互界面设计和体验，配套3D仿真、HTML5开发技术，运用Unity3D、数据库技术，通过互联网提供内燃机装配工艺工程的实训。通过交互式仿真实验设计，从实验零部件认知、装配前准备、实验装配操作三个方面进行，将传统线下实验过程与线上实验教学相结合，利用JAVA技术进行平台开发，运用Unity3D仿真技术将实验内容与知识点、考核点融合，提升实验教学的全面性和有效性，实现理论教学与实践训练的统一。

三、内燃机整机装配虚拟仿真实验说明

（一）实验教学目的

1.通过虚拟认知组件模块，巩固和加强发动机组件的认知，为后续的装配工艺实施奠定必要的基础。

2.通过虚拟装配前准备模块，熟悉发动机装配的技术标准、清洗操作、装配要點以及检验方法，培养良好的工作习惯。

3.通过虚拟实验装配模块，掌握组件正确的装配方法和工艺过程，解决学生在装配过程中对零部件损坏以及安全的问题。

4.利用实验系统，完成实验操作、工艺过程分析及实验数据的提取。

（二）实验教学原理

本实验系统通过发动机组件认知模块、装配准备模块和装配实验模块，重点针对发动机装配过程的工艺规程进行仿真实训，包括：技术标准、装配方法、检验要点以及相关的分析和计算。具体包括以下10个知识点。

1.选用同尺寸分组的气缸套进行装配，气缸套压入气缸体中，并使气缸套台肩与气缸体上口的平面紧密贴合，同时检查气缸套突出高度。

2.选配主轴瓦、要涂润滑油、各轴承盖顺序不能乱、注意轴承盖的箭头朝向应朝向前端。

3.主轴瓦凸肩应嵌入机体轴承座孔凸肩槽内，注意观察机体上的油孔是否在轴瓦油槽范围内。

4.曲轴主轴盖、主轴承、止推垫片按标记并注意方向和对应位置，气缸体的轴承座油孔应与轴瓦油孔对齐，调整垫片按调试的位置安放调整垫片。

5.活塞、连杆、连杆轴瓦应按标记配对，检查安装方向并与气缸对号入座看是否准确无误，然后进行装配。

6.活塞、活塞销、连杆小头装配精度的保证方法，分组装配的计算方法以及间隙调整。

7.活塞环的装配方法及其调整、检验，三道活塞环端口互错120°，以防开口重叠时，混合气从开口处窜入曲轴箱。