液壓技術(shù)是一項(xiàng)很有發(fā)展前途的技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代傳動(dòng)和控制的關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展速度僅次于電子技術(shù)。據(jù)有關(guān)資料記載，國外生產(chǎn)的95%的工程機(jī)械、90%的數(shù)控加工中心、95%的自動(dòng)生產(chǎn)線，都采用了液壓與氣動(dòng)技術(shù)，其水平的高低已成為一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的標(biāo)志。通過液壓泵工況仿真、虛擬拆裝動(dòng)態(tài)電子課件的建設(shè)，將傳統(tǒng)和先進(jìn)的教學(xué)手段相結(jié)合，可以增強(qiáng)教學(xué)的動(dòng)態(tài)效果，輔助開發(fā)學(xué)生的智力，培養(yǎng)學(xué)生豐富的想象能力以及解決生產(chǎn)實(shí)際問題的能力，能更加突出應(yīng)用型高校“應(yīng)用型、復(fù)合型、刨新型、外向型”人才的培養(yǎng)目標(biāo)。

　　1 Pro/E的特點(diǎn)

　　Pro/E將傳統(tǒng)意義上的三維設(shè)計(jì)提升到服務(wù)產(chǎn)品全過程，服務(wù)于整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)乃至全球并行設(shè)計(jì)的一整套完整的產(chǎn)品設(shè)計(jì)解決方案。PTC提出的單一數(shù)據(jù)庫、參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)及工程數(shù)據(jù)的再利用等概念改變了MDA的傳統(tǒng)觀念。在運(yùn)動(dòng)仿真模塊，能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)分析，能全行程檢查干涉及沖突。

　　2 液壓泵動(dòng)態(tài)電子課件的設(shè)計(jì)

　　液壓泵動(dòng)態(tài)電子課件的主要設(shè)計(jì)過程如下：

　　(1)零件設(shè)計(jì);

　　(2)動(dòng)態(tài)組件設(shè)計(jì);

　　(3)動(dòng)態(tài)機(jī)構(gòu)配置;

　　(4)執(zhí)行時(shí)間配置;

　　(5)干涉檢查及改進(jìn)修復(fù);

　　(6)影像錄制;

　　(7)創(chuàng)建動(dòng)態(tài)點(diǎn)軌跡曲線;

　　(8)關(guān)鍵點(diǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線和極值獲取，分析曲線，找出問題，改進(jìn)設(shè)計(jì)。

　　2.1 零件設(shè)計(jì)

　　以雙聯(lián)齒輪泵主要零部件齒輪為例，其主要設(shè)計(jì)造型過程如下：

　　首先計(jì)算齒輪各參數(shù)，并使用“工具”-“參數(shù)”命令設(shè)置其值。使用Pro/E特征創(chuàng)建命令，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、混合、掃描、陣列等，創(chuàng)建相應(yīng)的結(jié)構(gòu)。對(duì)復(fù)雜的曲面零件，可以使用曲面命令創(chuàng)建其特征。圖1為主動(dòng)齒輪三維造型圖。

　　圖1 主動(dòng)齒輪三維造型圖

　　2.2 動(dòng)態(tài)組件設(shè)計(jì)

　　第一個(gè)組合的零件一般為基礎(chǔ)固定件，常使用缺省放置的方式。在組件下裝配零件時(shí)，如果零件是運(yùn)動(dòng)的，則不能使用放置命令，應(yīng)使用連接命令定義其類型。零件類型選項(xiàng)主要有圓柱、軸承、剛性、銷釘、平面、焊接、球、滑動(dòng)桿等。

　　圖2 主動(dòng)齒輪與端蓋組合圖

　　以主動(dòng)齒輪的組合為例，選擇連接命令，類型為銷釘，點(diǎn)擊零件旋轉(zhuǎn)軸，再點(diǎn)選閥體相應(yīng)軸線，完成軸線定義。然后再選擇兩零件的貼合面作為平移參照，多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合是兩圖面接觸，必要時(shí)可改變軸線方向，以使組合關(guān)系符合要求。圖2為主動(dòng)齒輪與端蓋組合圖。

　　2.3 動(dòng)態(tài)機(jī)構(gòu)配置

　　待所有零件裝配完成后，就可以進(jìn)行動(dòng)態(tài)機(jī)構(gòu)的配置。選擇“應(yīng)用程序”-“機(jī)構(gòu)”，進(jìn)入機(jī)構(gòu)模塊。以主動(dòng)齒輪為例，首先進(jìn)行連接軸的設(shè)置，選中連接軸，在指定參照中點(diǎn)擊綠色主體的參照，選擇側(cè)板面作為綠色主體，再點(diǎn)擊橙色主體下的參照選擇齒輪的齒端面，按確定。如圖3所示為連接軸設(shè)置界面。

　　   　圖3 連接軸設(shè)置界面

 圖4 伺服電動(dòng)機(jī)定義

　　對(duì)齒輪副傳動(dòng)、凸輪傳動(dòng)等機(jī)構(gòu)，需要定義從動(dòng)機(jī)構(gòu)連接，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，如齒輪傳動(dòng)軸、分度圓直徑等。

　　接下來，定義伺服電動(dòng)機(jī)，如圖4所示。選擇機(jī)構(gòu)，伺服電動(dòng)機(jī)，單擊新建一個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)，點(diǎn)擊主動(dòng)齒輪連接軸，按旋轉(zhuǎn)方向的要求決定是否需要反向。點(diǎn)擊輪廓，選擇規(guī)范類型以及初始位置。常用的“位置”類型，模為“余弦”的定義，其含義是為電動(dòng)機(jī)輪廓指定余弦曲線。

　　q=Acos(360x/T+B)+C

　　其中：A為幅值;B為相位;C為偏移量;T為周期。

　　2.4 執(zhí)行時(shí)間配置

　　   圖5 運(yùn)動(dòng)的分析定義

　 圖6 組合過程中的雙聯(lián)齒輪泵

　　首先定義運(yùn)動(dòng)分析。單擊新建，在類型中選擇“運(yùn)動(dòng)學(xué)”，在優(yōu)先選項(xiàng)中設(shè)置開始時(shí)間、終止時(shí)間、幀頻、最小間隔等參數(shù)。再選擇“電動(dòng)機(jī)”，選擇相應(yīng)的伺服電動(dòng)機(jī)。如果是多個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，需要詳細(xì)配置運(yùn)動(dòng)時(shí)間差，只要合理設(shè)置復(fù)合運(yùn)動(dòng)的各項(xiàng)參數(shù)，就能仿真泵的工況運(yùn)動(dòng)、泵的組合和分解過程。圖5為包含兩項(xiàng)復(fù)合運(yùn)動(dòng)的分析定義，圖6為組合過程中的雙聯(lián)齒輪泵。

　　2.5 干涉檢查及改進(jìn)修復(fù)

　　通過運(yùn)動(dòng)仿真，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的一些錯(cuò)誤。如零件運(yùn)動(dòng)干涉問題。干涉檢查過程是，首先點(diǎn)擊運(yùn)動(dòng)分析，選中名稱運(yùn)行即可。再點(diǎn)擊回放，模式可以選擇全局方式或者2個(gè)零件。雙聯(lián)齒輪泵的一般干涉問題主要出現(xiàn)在齒輪嚙合中。圖7為雙聯(lián)齒輪泵的干涉檢查結(jié)果。只要針對(duì)性地對(duì)相應(yīng)零件的尺寸作些修改調(diào)整，即可解決干涉問題。

　　圖7 雙聯(lián)齒輪泵的干涉檢查

　　2.6 影像錄制

　　在回放界面上，點(diǎn)選播放結(jié)果集按鈕，進(jìn)入動(dòng)畫界面，即可捕獲影像。選擇影像保存路徑、類型、圖像尺寸及幀數(shù)后，即可開始捕獲。

　　2.7 創(chuàng)建動(dòng)態(tài)點(diǎn)軌跡曲線

　　圖8 軌跡曲線

　　齒輪泵類的運(yùn)動(dòng)軌跡曲線一般為圓形，運(yùn)動(dòng)形式很容易理解。對(duì)葉片泵內(nèi)葉片滑動(dòng)軌跡曲線，可以在Pro/E的機(jī)構(gòu)模塊中按以下方法求得。首先，按分析定義的運(yùn)動(dòng)參數(shù)運(yùn)行模型;然后，插入軌跡曲線，指定關(guān)鍵點(diǎn)的位置和曲線類型，如3D，選擇結(jié)果集，即可產(chǎn)生軌跡曲線。圖8(a)是萬向節(jié)球上某一點(diǎn)的軌跡曲線，圖8(b)是葉片泵葉片內(nèi)側(cè)中間點(diǎn)的軌跡曲線，圖8(c)是雙回轉(zhuǎn)噴水機(jī)構(gòu)噴頭的軌跡曲線。通過對(duì)曲線形態(tài)的分析，能更清晰地理解機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)過程。

　　2.8 關(guān)鍵點(diǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線、極值獲取和分析改進(jìn)

　　通過創(chuàng)建關(guān)鍵點(diǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)曲線，分析曲線的變化規(guī)律和極值，對(duì)改進(jìn)設(shè)計(jì)方案有重要意義j在設(shè)計(jì)雙作用葉片泵的定子內(nèi)側(cè)葉片運(yùn)動(dòng)控制輪廓時(shí)，由于轉(zhuǎn)折過渡處處理得不夠平穩(wěn)，從葉片徑向運(yùn)動(dòng)曲線(圖9(a))可以看出，在曲線過渡處，徑向加速度很大，極值約為68mm/s2，也就意味著葉片工作時(shí)的沖擊很大，隨之帶來的是噪聲大和不正常磨損。使用高次曲線能夠有效改善葉片泵對(duì)定子曲線徑向速度、加速度和加速度變化率等項(xiàng)特性的要求，尤其在控制葉片振動(dòng)、降低噪聲方面具有突出的優(yōu)越性，對(duì)高性能低噪聲葉片泵的設(shè)計(jì)工作具有積極意義。圖9(b)為對(duì)定子曲線作修正后的徑向加速度曲線，從圖中可以看出，極值約為20mm/s2，曲線特征已經(jīng)有所改善。

　　圖9 葉片徑向加速度曲線圖

　　3 課件的集成調(diào)用

　　圖10 零件的集成參考界面

　　各種類型的泵及各工況仿真設(shè)計(jì)完成后，還需要將整套電子課件整合起來，由集成的程序界面統(tǒng)一調(diào)用和管理。程序界面的設(shè)計(jì)方法很多，可以使用VB編程，也可以在P盯下直接加鏈接調(diào)用。如果使用P陽調(diào)用，所有文件必須全部集中在PPT文件所在的目錄內(nèi)。總界面分成泵總成和泵零件兩大類，每一類再依次展開。圖10為泵的集成工況參考界面。圖11為零件的集成參考界面。

　　圖11 泵的集成工況參考界面

　　4 結(jié)束語

　　通過多媒體動(dòng)態(tài)電子課件的應(yīng)用，再結(jié)合經(jīng)典板書、圖片講解、VCD影片、透明元件演示、工業(yè)剖面元件傳看等教學(xué)手段，使學(xué)生很快掌握液壓泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理和回路構(gòu)成。同時(shí)也了解了液壓泵的一種設(shè)計(jì)方法，以及液壓泵設(shè)計(jì)過程中零部件之間干涉的檢查方法。