基于虚拟样机技术的“液压泵结构与性能分析”的实验教学研究

　　将实验技术与计算机技术相结合是目前高校实验教学方法与手段改革的重要方向,也是对传统实验模式的重大突破。将虚拟样机技术应用于“液压泵结构与性能分析”实验教学中,一方面通过展示各实验元件的三维立体动画,使学生直观地认识液压元件,学习单作用叶片泵、双作用叶片泵及轴向柱塞泵的结构、工作原理及工作过程;另一方面通过仿真技术进行运动学及动力学分析,测出各部件的运动及受力曲线,使学生清楚地了解各种液压泵的性能特点,发现液压元件存在的问题并提出改进的方案。同时,虚拟样机技术应用于实验教学,无需大量经费购置实验设备,从而达到节省经费的目的。

　　1　液压泵虚拟样机的建立

　　PRO/E是美国PTC公司推出的新一代CAD/CAE/CAM软件,它具有基于特征、全数、全相关、单一数据库等特点,是目前世界上最普及最优秀的三维设计软件之一。该软件采用参数化设计,具有单一的数据库,因此可以方便地进行零件的修改,而且该软件与动力学分析软件之间有无缝接口,利于数据的传递。

　　在实验教学中,我们利用PRO/E软件对液压元件进行三维建模,然后指导学生将建好的液压元件模型进行装配,再将装配好的三维模型导入ADAMS中进行仿真分析。

　　1.1　零件建模

　　按照单作用叶片泵、双作用叶片泵及轴向柱塞泵各零部件的实际尺寸及结构在PRO/E中建立三维模型。通过建立的模型,从各个角度向学生展示每一个零件的结构特点,使学生清楚地掌握泵的组成、泵的工作原理。如通过建立轴向柱塞泵零件的三维模型图[1-4](见图1和图2),可以将零件完整地展示在学生面前。无论学生之前是否接触过这些零件,都可以清楚地了解零件的结构特点。

　　1.2　液压泵的装配

　　在建立好三维零件模型后,指导学生在计算机上按照先部分后整体、先里后外的装配顺序,将各零件进行组装,装配后可得到如图3所示的三维装配图。通过模拟装配实验不仅使学生掌握了各零件的构造,而且也使他们对各零件之间的关联关系有了清楚的了解。

　　2　液压泵的运动学及动力学分析

　　我们利用ADAMS强大的运动学和动力学分析功能,对液压泵虚拟样机进行静力学、运动学和动力学分析,从而预测机械结构的工作性能———输出位移、速度、加速度、作用力和力矩曲线。

　　2.1　PRO/E与ADAMS的数据转换

　　Pro/E与ADAMS的数据交换有两种方式:一是利用Pro/E与ADAMS的专用接口软件Mechanism/Pro进行转换,Mechanism/Pro与ADAMS采用无缝连接的方式,即不需要退出Pro/E应用环境,就能直接将装配完毕的总成进行模型传递,提高了模型的仿真精度和工作效率;二是在Pro/E中将模型定义为IGES、STEP、Parasolid等格式的图形文件,在AD-AMS中通过ADAMS/Exchange模块输入。